CN104466803A - 一种多回路不等截面电缆群敷设方法 - Google Patents

一种多回路不等截面电缆群敷设方法 Download PDF

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CN104466803A
CN104466803A CN201410849178.3A CN201410849178A CN104466803A CN 104466803 A CN104466803 A CN 104466803A CN 201410849178 A CN201410849178 A CN 201410849178A CN 104466803 A CN104466803 A CN 104466803A
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laying
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张冠军
卢旭
张家宁
邓军波
余鹏
田杰
胡冉
时亨通
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Xi an Jiaotong University
Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
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Xi an Jiaotong University
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Abstract

本发明提供一种多回路不等截面电缆群敷设方法,包括:获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算参数;根据电缆群敷设的方式和环境参数以及电缆群中电缆的结构参数和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型;使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量;根据电缆群载流量判断多回路不等截面电缆群敷设是否合理,若不合理,则进行调整电缆群载流量和\或排布。本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可实现两个方面的优化:一个载流量运行优化,另一个是线路排布的优化。使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆调度运行的参考依据。

Description

-种多回路不等截面电缆群敷设方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域,尤其涉及一种多回路不等截面电缆群敷设方法。
背景技术
[0002] 地下电缆是城市电力输送的主要形式,而电缆载流量是电缆设计和运行中的重要 参数,电缆负荷电流高于额定载流量将缩短电缆使用寿命,降低运行可靠性,而低于额定载 流量则不能充分发挥电缆传输能力。电缆群敷设时,为了提高电缆的传输容量和电缆的利 用率,电缆载流量计算是一个重要的参数。电缆群载流量优化,就是调节电缆电流值(包括 调节幅值和相位),在满足某种限定条件的前提下,提高电缆利用效率、降低电缆损耗等。电 缆群载流量优化过程是在电缆群中各电缆线芯温度不超过9(TC的前提下,寻找最佳的各电 缆电流分布方案,使电缆群的总载流量达到最大,从而充分发挥电缆的输送能力、提高其经 济性
[0003] 在现有的计算电缆载流量的方法中,公式迭代法应用得最多。使用公式法迭代计 算电缆载流量,当电缆根数较多时,迭代法确定电缆载流量不够精确,收敛性不够好。另外, 对于不同型号不等负荷的多回路电缆群,使用公式迭代法进行载流量的计算很繁琐,且需 要不断修正其载流量的值,并时时检验每根电缆是否超过工作温度的允许值。
[0004] 总之,现有的方法对非标准敷设电缆系统中多个回路不等截面电缆群的载流量计 算精度不高,计算过程复杂繁琐,局限性很大。
发明内容
[0005] 为解决上述技术问题,本发明提供一种多回路不等截面电缆群敷设方法,该方法 中给出一种多个回路不等截面电缆群敷设的解析优化方法,可实现两个方面的优化;一个 载流量运行优化,另一个是线路排布的优化。本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方 法可W使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆调度运行的 参考依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流量的参考值。本发明提供的多回路不等 截面电缆群敷设方法也有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆线路的设计, 进而最大限度挖掘电缆载流能力。
[0006] 本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法,包括:
[0007] 获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算参数;
[0008] 根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数和计算参 数,建立电缆群载流量优化设计数学模型;
[0009] 使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电 缆群载流量;
[0010] 根据所述电缆群载流量判断所述多回路不等截面电缆群敷设是否合理,若不合 理,则进行调整所述电缆群载流量和\或排布。
[0011] 其中,所述根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数 和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型之后,使用障碍函数法进行迭代,对电缆 群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量之前,还包括:将所述电缆群载流 量优化设计数学模型进行化简。
[0012] 其中,所述电缆群敷设的方式为电缆群中每根电缆的敷设深度、电缆之间的相对 位置;所述电缆群敷设的环境参数为±壤热阻系数、±壤环境温度、每根电缆的最高工作温 度;所述电缆群中电缆的相关结构参数为电缆群中每根电缆各层的几何尺寸、电缆群中电 缆的根数;所述电缆群中电缆的计算参数为电缆的绝缘热阻、屏蔽包带热阻、护层热阻、外 部热阻、金属屏蔽损耗、错装损耗、介质损耗、交流电阻、负荷损耗因数。
[0013] 其中,所述电缆群载流量优化设计数学模型包括目标函数和约束条件两部分,目 标函数为电缆群载流量的倒数,约束条件为电缆群中每根电缆的温度不超过最大工作温 度。
[0014] 其中,所述根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数 和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型包括:将所有电缆电流之和的值作为目 标函数,求解目标函,使得电缆群所有电缆电流之和达到最大。把电缆群中各根电缆电流作 为优化设计变量,在优化过程中,可W不断调整电流的赋值;各根电缆线芯温度不超过电缆 最高工作温度作为不等式设计约束。线芯温度是电缆电流的函数,并设定线芯温度上限值 不超过9(TC,该是计算电缆载流量的依据。
[0015] 根据上述分析,可W建立电缆群载流量优化设计数学模型,公式1 :
[0016] Maximize I1+I2+. ..+1。
[0017] subject to 目 1《日 imax
[0018] 0 2^ 0 2_
[0019] .
[0020] .
[0021].
[0022] e 0龍X 公式1
[002引式中;I;为电缆i运行的电流,i = 1,......,n ; 0 i为电缆i运行的温度,i = 1,……,n;0im"为电缆i允许运行的最大温度。
[0024] 其中,所述将电缆群载流量优化设计数学模型进行化简具体包括;根据电缆群敷 设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的相关结构参数和计算参数,带入相关计算公式, 对电缆群载流量优化设计数学模型的约束条件进行化简。
[00巧]其中,所述将电缆群载流量优化设计数学模型进行化简具体包括;求目标函数 f(x)的极大化等价于求目标函数-f(x)极小化,将公式1转化为公式2 :
[0026] Maximize-Ii-Ig-. . . -1。
[0027] subject to 目 1《日 imax
[0028] e 0 2max
[0029] .
[0030] .
[0031] .
[0032] e 0 "ax 公式 2
[003引根据电缆的电流计算公式得到电缆1的电流,公式3 :
[0034]
Figure CN104466803AD00091
[00巧]式中等号右边的参数是由所述电缆群敷设的方式和环境参数、电缆群中电缆的相 关结构参数和计算参数经过计算得到的;
[0036] 根据公式3得到公式2的第一个约束条件,公式4 :
[0037]
Figure CN104466803AD00092
[003引重新排列公式4的各项,得到公式5 :
[0039]
Figure CN104466803AD00093
Figure CN104466803AD00094
Figure CN104466803AD00095
Figure CN104466803AD00096
5
[0040] 为使公式5更加简明,用字母替代公式中的一些项,定义公式6、公式7 :
[0041]
[0042] 公式7
[0043] 式中;j = 2,......,n。
[0044] 将公式6、公式7带入公式5并进行整理,可得到公式8 :
[0045]
Figure CN104466803AD00101
[0046] 将公式8带入公式2得到最小值优化数学模型公式,公式9 :
[0047]
Figure CN104466803AD00102
[0048] W此类推列出其它n-1根电缆的不等式约束公式,从而得到电缆群载流量优化设 计数学模型,公式10:
Figure CN104466803AD00103
Figure CN104466803AD00104
Figure CN104466803AD00105
[0049]
Figure CN104466803AD00111
[0050] 其中,所述使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求 解,得到电缆群载流量具体包括;确定障碍因子为初始惩罚因子、障碍因子的缩小系数、迭 代精度,构造增广目标函数,在可行域内选定电缆电流初始值,使用无约束非线性牛顿迭 代,求解内惩函数的极小点,满足迭代终止条件后,输出最优解。
[0051] 其中,所述使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求 解,得到电缆群载流量具体包括:
[0052] 步骤a,给定电缆根数n、将障碍因子设为初始惩罚因子ri= 200,障碍因子的缩小 系数0<c<l可取c = 0.5、迭代精度e ;
[0053] 步骤b,构造增广目标函数即障碍函数,公式11 :
Figure CN104466803AD00112
[0057] 式中;町为惩罚因子,是一个随迭代次数k增加而递减的正值序列;
[005引步骤C,在可行域内选定电缆初始值1(0),令k= 1 ;用无约束非线性牛顿迭代,求 解内惩函数F(I,r)的极小点,设其最优解为Ibk);
[0059] 步骤d,若|f〇(Ik)-f〇(Iw) I《£成立,则1(町)是问题的最优解,停止迭代,转向 步骤t否则转向步骤e ;
[0060] 步骤e,令町4= cr k,k = k+1,返回步骤C ;
[0061] 步骤 f,输出最优解 I* = I 化),f(i*) = f(iGO)。
[0062] 本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可实现两个方面的优化:一个载流
Figure CN104466803AD00113
Figure CN104466803AD00114
量运行优化,另一个是线路排布的优化。本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可 W使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆调度运行的参考 依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流量的参考值。本发明提供的多回路不等截面 电缆群敷设方法也有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆线路的设计,进而 最大限度挖掘电缆载流能力。
附图说明
[0063] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可W 根据该些附图获得其他的附图。
[0064] 图1是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第一实施例流程示意图;
[0065] 图2是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第二实施例流程示意图;
[0066] 图3是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第二实施例流程示意图;
[0067] 图4是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法中,使用障碍函数法进行迭 代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量的流程示意图;
[006引图5是本发明提供的实施例中电缆群中每根电缆的敷设深度和电缆之间的相对 位置示意图。
具体实施方式
[0069] 本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可实现两个方面的优化:一个载流 量运行优化,另一个是线路排布的优化。本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可 W使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆调度运行的参考 依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流量的参考值。本发明提供的多回路不等截面 电缆群敷设方法也有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆线路的设计,进而 最大限度挖掘电缆载流能力。
[0070] 首先,需要说明的是,本发明提供的各个实施例中,电缆群敷设的方式为电缆群中 每根电缆的敷设深度、电缆之间的相对位置;电缆群敷设的环境参数为±壤热阻系数、±壤 环境温度、每根电缆的最高工作温度;电缆群中电缆的相关结构参数为电缆群中每根电缆 各层的几何尺寸、电缆群中电缆的根数;电缆群中电缆的计算参数为电缆的绝缘热阻、屏蔽 包带热阻、护层热阻、外部热阻、金属屏蔽损耗、错装损耗、介质损耗、交流电阻、负荷损耗因 数。
[0071] 参见图1,图1是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第一实施例流程 示意图。如图1所示,该方法包括:
[0072] 步骤S101,获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算 参数;
[0073] 步骤S102,根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数 和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型;
[0074] 步骤S103,使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求 解,得到电缆群载流量;
[0075] 步骤S104,根据所述电缆群载流量判断所述多回路不等截面电缆群敷设是否合 理,若不合理,则进行调整所述电缆群载流量和\或排布。
[0076] 优选的,所述根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参 数和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型之后,使用障碍函数法进行迭代,对电 缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量之前,还包括:将所述电缆群载 流量优化设计数学模型进行化简。
[0077] 更为具体的,参见图2。图2是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第二 实施例流程示意图。本实施例与上一实施例相比,不同之处在于增加了对电缆群载流量优 化设计数学模型进行了化简,使得对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆 群载流量的过程更加快捷有效。
[007引该方法如图2所示,包括:
[0079] 步骤S201,获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算 参数;
[0080] 步骤S202,根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数 和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型;
[0081] 步骤S203,将所述电缆群载流量优化设计数学模型进行化简;
[0082] 步骤S204,使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求 解,得到电缆群载流量;
[0083] 步骤S205,根据所述电缆群载流量判断所述多回路不等截面电缆群敷设是否合 理,若不合理,则进行调整所述电缆群载流量和\或排布。
[0084] 本发明第一、第二实施例提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可实现两个方面 的优化;一个载流量运行优化,另一个是线路排布的优化。本发明提供的多回路不等截面电 缆群敷设方法可W使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆 调度运行的参考依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流量的参考值。本发明提供的 多回路不等截面电缆群敷设方法也有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆 线路的设计,进而最大限度挖掘电缆载流能力。
[0085] 参见图3。图3是本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法第H实施例流程 示意图。在本实施例中,将着重描述电缆群载流量优化设计数学模型的建议、简化和求解的 过程。该方法具体包括:
[0086] 步骤S301,获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算 参数;电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数和计算参数在前面之前 已经给出了具体含义,此处不再费述。
[0087] 步骤S302,根据所述电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的结构参数 和计算参数,建立电缆群载流量优化设计数学模型。所述电缆群载流量优化设计数学模型 包括目标函数和约束条件两部分,目标函数为电缆群载流量的倒数,约束条件为电缆群中 每根电缆的温度不超过最大工作温度。更为具体的,建立电缆群载流量优化设计数学模型 包括:
[008引将所有电缆电流之和的值作为目标函数,求解目标函,使得电缆群所有电缆电流 之和达到最大。把电缆群中各根电缆电流作为优化设计变量,在优化过程中,可w不断调整 电流的赋值;各根电缆线芯温度不超过电缆最高工作温度作为不等式设计约束。线芯温度 是电缆电流的函数,并设定线芯温度上限值不超过9(TC,该是计算电缆载流量的依据。
[0089] 根据上述分析,可W建立电缆群载流量优化设计数学模型,公式1 :
[0090] Maximize I1+I2+. .. +1。
[0091] subject to 白 1《白 imax
[009引 e 0 2max
[0093] .
[0094] .
[0095] .
[0096] e 0 "ax (公式 1)
[0097] 式中;li为电缆i运行的电流,i = 1,......,n ; 0 i为电缆i运行的温度,i = 1,……,n;0im"为电缆i允许运行的最大温度。
[0098] 步骤S303,将所述电缆群载流量优化设计数学模型进行化简;化简的原理是根据 电缆群敷设的方式和环境参数W及电缆群中电缆的相关结构参数和计算参数,带入相关计 算公式,对电缆群载流量优化设计数学模型的约束条件进行化简。更为具体的,所述将电缆 群载流量优化设计数学模型进行化简具体包括:
[0099] 求目标函数f(x)的极大化等价于求目标函数-f(x)极小化,将公式1转化为
[0100] 公式 2:
[0101] Maximize -Ii-I]-. ..-1。
[0102] subject to 日 1《日 imax
[010引日2《02。班
[0104] .
[0105] .
[0106] .
[0107] 龍X (公式。
[010引根据电缆的电流计算公式得到电缆1的电流,公式3 :
[0109]
Figure CN104466803AD00141
3)
Figure CN104466803AD00142
[0110] 式中等号右边的参数是由所述电缆群敷设的方式和环境参数、电缆群中电缆的相 关结构参数和计算参数经过计算得到的;
[0111] 根据公式3得到公式2的第一个约束条件,公式4 :
[0112]
Figure CN104466803AD00151
[0113] 重新排列公式4的各项,得到公式5 :
[0114]
Figure CN104466803AD00152
[0115] 为使公式5更加简明,用字母替代公式中的一些项,定义公式6、公式7 :
Figure CN104466803AD00153
[0118] 将公式6、公式7带入公式5并进行整理,可得到公式8 :
Figure CN104466803AD00154
Figure CN104466803AD00155
Figure CN104466803AD00156
[0119]
Figure CN104466803AD00161
[0120] 将公式8带入公式2得到最小值优化数学模型公式,公式9 :
[0121]
Figure CN104466803AD00162
[0122] W此类推列出其它n-1根电缆的不等式约束公式,从而得到电缆群载流量优化设 计数学模型,公式10:
[0123]
Figure CN104466803AD00163
[0124] 步骤S304,使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求 解,得到电缆群载流量。其计算原理为:确定障碍因子为初始惩罚因子、障碍因子的缩小系 数、迭代精度,构造增广目标函数,在可行域内选定电缆电流初始值,使用无约束非线性牛 顿迭代,求解内惩函数的极小点,满足迭代终止条件后,输出最优解。更为具体的,本步骤 S304具体包括:
[0125] 步骤S3041,给定电缆根数n、将障碍因子设为初始惩罚因子ri= 200,障碍因子的 缩小系数0 < C < 1可取C = 0. 5、迭代精度e ;
[0126] 步骤S3042,构造增广目标函数即障碍函数,公式11 :
[0127]
Figure CN104466803AD00164
Figure CN104466803AD00165
Figure CN104466803AD00166
Figure CN104466803AD00167
Figure CN104466803AD00168
Figure CN104466803AD00171
[0130] 式中;町为惩罚因子,是一个随迭代次数k增加而递减的正值序列;
[0131] 步骤S3043,在可行域内选定电缆初始值1(0),令k= 1 ;用无约束非线性牛顿迭 化求解内惩函数F(I,r)的极小点,设其最优解为Ibk);
[0132] 步骤S3044,若|f〇(Ik)-f〇(Iw) I《e成立,则1(町)是问题的最优解,停止迭代, 转向步骤S3046,否则转向步骤S3045 ;
[0133] 步骤 S3045,令町+1= cfk,k = k+1,返回步骤 S3043 ;
[0134] 步骤 S3046,输出最优解 I* = I 化),f(I*) = f(I 化))。
[0135] 所述使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得 到电缆群载流量的流程图如图4所示。
[0136] 步骤S305,根据所述电缆群载流量判断所述多回路不等截面电缆群敷设是否合 理,若不合理,则进行调整所述电缆群载流量和\或排布。
[0137] 本实施例提供的多回路不等截面电缆群敷设方法可实现两个方面的优化;一个载 流量运行优化,另一个是线路排布的优化。本发明提供的多回路不等截面电缆群敷设方法 可W使动态运行载荷方面更具灵活性和准确性。同时,优化结果可作为电缆调度运行的参 考依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流量的参考值。本发明提供的多回路不等截 面电缆群敷设方法也有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆线路的设计,进 而最大限度挖掘电缆载流能力。
[013引下面将结合附图及实际的数据,对本发明做进一步说明。本实例W某篇文献中的 电缆群的实际运行为例。本发明提供的多个回路不等截面电缆群敷设的解析优化算法,包 括如下步骤,
[0139] 1)获取电缆群敷设的方式和环境参数,主要包括电缆群中每根电缆的敷设深度、 电缆之间的相对位置、±壤热阻系数、±壤环境温度、每根电缆的最高工作温度。电缆群中 每根电缆的敷设深度和电缆之间的相对位置如图5所示。
[0140] ±壤热阻系数为化m/W,±壤环境温度为15C。电缆长期最高工作温度9(TC。
[0141] 2)获取电缆群中电缆的相关结构参数和计算参数,主要包括电缆群中每根电缆 各层的几何尺寸、电缆群中电缆的根数,电缆群中电缆的计算参数为电缆的绝缘热阻、屏蔽 包带热阻、护层热阻、外部热阻、金属屏蔽损耗、错装损耗、介质损耗、交流电阻、负荷损耗因 数。图5中1、5、6号电缆是H芯电缆,型号为YJV-8. 7/10kV-3X300,相关结构参数见表1, 计算参数见表2 ;2、3、4号电缆是同回路单芯电缆,型号为YJV-8. 7/10kV-l*300,相关结构 参数见表3,计算参数见表4。已知1号和5号电缆的固定电流分别是200A和100A。
[0142] 表1单芯电缆结构参数表
[0143]
Figure CN104466803AD00172
Figure CN104466803AD00181
[0144] 表2单芯电缆计算参数表
[0145]
Figure CN104466803AD00182
[0146] 表3 H芯电缆结构参数表
[0147]
Figure CN104466803AD00183
[0148] 表4 H芯电缆计算参数表
[0149]
Figure CN104466803AD00184
Figure CN104466803AD00185
Figure CN104466803AD00186
Figure CN104466803AD00191
[0150] 3)在电缆载流量计算中引入优化设计,根据步骤1)和2)获取的所述电缆群敷设 的方式和环境参数W及电缆群中电缆的相关结构参数和计算参数,建立电缆群载流量优化 设计数学模型,并将电缆群载流量优化设计数学模型进行化简。具体的模型建立及化简过 程在上一实施例中已经详细说明,本实施例中不再费述。
[0151] 4)使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到 电缆群载流量。具体的障碍函数法迭代过程在上一实施例中已经详细说明,本实施例中不 再费述。本实例中的电缆系统是很典型的非标准敷设方式,系统中的电缆有同型号的、不同 型号的、等负荷的、不等负荷的、W及有些电缆通流是定值。用前述的障碍函数法进行优化 设计计算电缆系统的载流量,给出电缆群的最优化电缆电流分布方案,并与文献中的计算 结果进行对比,结果见表5。
[0152] 表5本方法与文献计算结果数据对比
[0153]
Figure CN104466803AD00192
[0154] 可W看到,上面的计算实例是针对已经投入运行的电缆群的实际运行工况,在 保证不超过规定的电缆温度限值的前提下,最大限度地挖掘电缆群的载流能力,给出电 缆群的最优化电缆电流分布方案。表5中,通过对比上面两个优化结果可知,文献中六 根电缆载流量的总和为2559A,本方法计算结果为2736A,比文献结果总载流量提高了 177A(6. 92% )。由于指定的两个电流值比最优化分布值要小,所W其他电缆电流值还有上 升空间。通过该优化算法,从整体上提高电缆群利用效率。对电缆群而言,可W指定任意根 数电缆的电流值,通过优化算法,求得其他电缆的最优化电流值分布。
[0155] 本发明基于多个回路不等截面电缆群敷设的解析优化算法,是计算电缆群载流量 的一个有效途径,并且与传统迭代算法相比,具有通用性强、灵活、准确度高、适用范围广的 优点。优化结果可作为电缆调度运行的参考依据,也可将其作为电缆群中各电缆额定载流
Figure CN104466803AD00193
Figure CN104466803AD00194
量的参考值。优化运行设计有助于运行中旧线路电缆载流量的评估和新敷设电缆线路的设 计,进而最大限度挖掘电缆载流能力。优化结果在满足供电负荷需求的前提下,可作为最经 济的电缆线路设计方案,为电力部口相关工作人员解决相关问题提供了一种有效的方法。
[0156] 本领域普通技术人员可W理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可W 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质 中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体化eacHDnly Memo巧,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memoir, RAM)等。
[0157] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定 本发明的具体实施只局限于该些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在 不脱离本发明构思的前提下,还可W做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的 保护范围。

Claims (9)

1. 一种多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,包括: 获取电缆群敷设的方式和环境参数和电缆群中电缆的结构参数和计算参数; 根据所述电缆群敷设的方式和环境参数以及电缆群中电缆的结构参数和计算参数,建 立电缆群载流量优化设计数学模型; 使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群 载流量; 根据所述电缆群载流量判断所述多回路不等截面电缆群敷设是否合理,若不合理,则 进行调整所述电缆群载流量和\或排布。
2. 如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述根据所述 电缆群敷设的方式和环境参数以及电缆群中电缆的结构参数和计算参数,建立电缆群载流 量优化设计数学模型之后,使用障碍函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型 进行求解,得到电缆群载流量之前,还包括: 将所述电缆群载流量优化设计数学模型进行化简。
3.如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于, 所述电缆群敷设的方式为电缆群中每根电缆的敷设深度、电缆之间的相对位置; 所述电缆群敷设的环境参数为土壤热阻系数、土壤环境温度、每根电缆的最高工作温 度; 所述电缆群中电缆的相关结构参数为电缆群中每根电缆各层的几何尺寸、电缆群中电 缆的根数; 所述电缆群中电缆的计算参数为电缆的绝缘热阻、屏蔽包带热阻、护层热阻、外部热 阻、金属屏蔽损耗、铠装损耗、介质损耗、交流电阻、负荷损耗因数。
4.如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述电缆群载 流量优化设计数学模型包括目标函数和约束条件两部分,目标函数为电缆群载流量的倒 数,约束条件为电缆群中每根电缆的温度不超过最大工作温度。
5.如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述根据所述 电缆群敷设的方式和环境参数以及电缆群中电缆的结构参数和计算参数,建立电缆群载流 量优化设计数学模型包括: 将所有电缆电流之和的值作为目标函数,求解目标函,使得电缆群所有电缆电流之和 达到最大。把电缆群中各根电缆电流作为优化设计变量,在优化过程中,可以不断调整电流 的赋值;各根电缆线芯温度不超过电缆最高工作温度作为不等式设计约束。线芯温度是电 缆电流的函数,并设定线芯温度上限值不超过90°C,这是计算电缆载流量的依据。 根据上述分析,可以建立电缆群载流量优化设计数学模型,公式1 :
Figure CN104466803AC00021
式中:Ii为电缆i运行的电流,i= 1,,η;Θi为电缆i运行的温度,i= 1,, η;Θimax为电缆i允许运行的最大温度。
6. 如权利要求2所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述将电缆群 载流量优化设计数学模型进行化简具体包括: 根据电缆群敷设的方式和环境参数以及电缆群中电缆的相关结构参数和计算参数,带 入相关计算公式,对电缆群载流量优化设计数学模型的约束条件进行化简。
7. 如权利要求2所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述将电缆群 载流量优化设计数学模型进行化简具体包括: 求目标函数f(x)的极大化等价于求目标函数_f(x)极小化,将公式1转化为公式2 :
Figure CN104466803AC00031
根据电缆的电流计算公式得到电缆1的电流,公式3 :
Figure CN104466803AC00032
J 式中等号右边的参数是由所述电缆群敷设的方式和环境参数、电缆群中电缆的相关结 构参数和计算参数经过计算得到的; 根据公式3得到公式2的第一个约束条件,公式4 :
Figure CN104466803AC00041
重新排列公式4的各项,得到公式5:
Figure CN104466803AC00042
为使公式5更加简明,用字母替代公式中的一些项,定义公式6、公式7 :
Figure CN104466803AC00043
式中:j= 2,......,η。 烙公式fi、公式7带入公式5并讲
Figure CN104466803AC00044
行魅理.可徨刹公式S, 将公式8带入公式2得到最小值优化数学模型公式,公式9 :
Figure CN104466803AC00051
以此类推列出其它n-1根电缆的不等式约束公式,从而得到电缆群载流量优化设计数 学模型,公式10:
Figure CN104466803AC00052
8. 如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述使用障碍 函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量具体包 括: 确定障碍因子为初始惩罚因子、障碍因子的缩小系数、迭代精度,构造增广目标函数, 在可行域内选定电缆电流初始值,使用无约束非线性牛顿迭代,求解内惩函数的极小点,满 足迭代终止条件后,输出最优解。
9. 如权利要求1所述的多回路不等截面电缆群敷设方法,其特征在于,所述使用障碍 函数法进行迭代,对电缆群载流量优化设计数学模型进行求解,得到电缆群载流量具体包 括: 步骤a,给定电缆根数η、将障碍因子设为初始惩罚因子!^= 200,障碍因子的缩小系数 0〈c〈l;迭代精度ε; 步骤b,构造增广目标函数即障碍函数,公式11 :
Figure CN104466803AC00053
Figure CN104466803AC00061
式中:rk为惩罚因子,是一个随迭代次数k增加而递减的正值序列; 步骤c,在可行域内选定电缆初始值I(O),令k= 1 ;用无约束非线性牛顿迭代,求解内 惩函数F(I,r)的极小点,设其最优解为I(rk); 步骤d,若<ε成立,则I(rk)是问题的最优解,停止迭代,转向步骤f,否则转向步骤e; 步骤e,令rk+1=crk,k=k+1,返回步骤c; 步骤f,输出最优解I* =I(k),f(I*) =f(I(k))。
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