CN113779878B - 单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法及系统，根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，进而得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值以及屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值；本发明在保证屏蔽层环流在一定范围内的情况下，以屏蔽层过电压最小化为目标，实现了降低屏蔽层过电压和避免屏蔽层环流过大的兼顾，得到了阻尼泄放装置的最优参数。

Description

单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法及系统
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，特别涉及一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
单芯电缆屏蔽层单端接地时常常产生过高的对地电压，在工业供电场合由于谐波含量较大，屏蔽层对地同时还有高频谐波过电压，严重影响电缆的绝缘安全。为抑制电缆屏蔽层过电压，此前研究通过电阻和电容串联构成阻尼泄放装置，接入在屏蔽层的原不接地端，构成屏蔽层经阻尼泄放装置接地，能起到有效保护电缆屏蔽层的作用。
构成阻尼泄放装置的电阻和电容的取值对装置的过电压抑制效果有比较重要的影响，但是现有阻尼泄放装置的参数设定存在如下问题：
(1)仅依靠考虑了降低屏蔽层过电压一个角度，没有考虑到屏蔽层环流的影响，可能会引起屏蔽层的环流过大以及屏蔽层的严重发热；
(2)参数设定缺乏设计依据和方法，电阻和电容无法通过合适的参数选取而充分配合。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法及系统，在保证屏蔽层环流在一定范围内的情况下，以屏蔽层过电压最小化为目标，实现了降低屏蔽层过电压和避免屏蔽层环流过大的兼顾，得到了阻尼泄放装置的最优参数。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法。
一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，包括以下过程：
获取需安装泄放装置的单芯电缆的电气参数以及运行在最大负荷下的单芯电缆负荷电流；
通过傅里叶变换，得到单芯电缆负荷电流的各个频率成分；
根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式；
根据屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值；
根据屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；
以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值。
本发明第二方面提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化系统。
一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取需安装泄放装置的单芯电缆的电气参数以及运行在最大负荷下的单芯电缆负荷电流；
负荷电流频率成分获取模块，被配置为：通过傅里叶变换，得到单芯电缆负荷电流的各个频率成分；
复频域表达式获取模块，被配置为：根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式；
总谐波电压有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值；
总谐波电流有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；
最优参数获取模块，被配置为：以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值。
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
本发明第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，在保证屏蔽层环流在预设范围内的情况下，以屏蔽层过电压最小化为目标，实现了降低屏蔽层过电压和避免屏蔽层环流过大的兼顾，得到了阻尼泄放装置的最优参数。
2、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，既可以降低屏蔽层的对地过电压，又可以将屏蔽层环流最小化，能够有效的防止屏蔽层过热，降低了电缆载流量。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法的流程示意图。
图2为本发明实施例1提供的阻尼泄放装置结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的屏蔽层等效电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本发明实施例1提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，提前获取电缆线路最大负荷运行时的负荷电流谐波含量分析数据，利用阻尼泄放回路接入后的电缆屏蔽层对地的等效回路，得到各个频率下的幅频增益，通过计算得到屏蔽层的总谐波电压有效值作为优化目标，屏蔽层总电流的有效值考虑作为约束，由优化算法计算得到最优参数，以此指导阻尼泄放装置的参数设计。
具体的，包括以下过程：
S1：数据获取
首先，获取需安装泄放装置的单芯电缆的结构参数，阻尼泄放装置结构以图1结构为例，根据结构参数利用经验公式计算得到包括互感Mcs、屏蔽层电阻Rs、电感Ls在内的电缆电气参数，或者电气参数由电缆厂家给出的。
其次，获取本条电缆线路运行在最大负荷下的电缆负荷电流，并作通过傅里叶分析获取各个频率成分Ick。
S2：根据由等效电气参数可以得到如图3所示的等效电路图，根据电路图可以得到求取屏蔽层电压及环流各自到缆芯电流之间复频域表达式，如式(1)和(2)，据此求得各次谐波及基波下的频率增益。
其中，当阻尼泄放装置对应图2结构时，即电阻和电容串联，式(1)及(2)中的ω0为基波频率，Zo(kω0)表示不同电阻和电容取值得到的频率增益。
S3：以式(3)定义的屏蔽层的前m次总谐波电压有效值Uh的最小值为优化目标，以式(4)定义的前m次屏蔽层总电流的有效值小于等于设定电流值Im作为约束，其中Im可根据电缆载流量情况设定，根据以上建立优化模型。
其中，Uk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电压，Gu(kω0)由式(1)得到。
其中，Isk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电流，Gi(kω0)由式(2)得到。式(3)及(4)中m的取值根据所能测到的最大谐波次数选择，谐波含量多的场合建议m不低于25。
S4：利用智能优化算法求解模型最优解，得到最优解对应的电阻和电容数值，并根据实际值选择合适数值。
具体的，本实施例中以遗传算法作为优化算法的求解方法，求解步骤如下：
S4.1：给出遗传迭代数，确定种群大小并随机生成初始种群；
S4.2：计算种群的屏蔽层的总谐波电压有效值(优化目标值)；
S4.3：根据屏蔽层的总谐波电压有效值分配各个种群的适应度；
S4.4：对现有种群进行选择、重组、变异得到子代；
S4.5：计算子代的屏蔽层的总谐波电压有效值，将子代插入到父代得到新种群；
S4.6：判断，是否满足迭代次数，若是则转到S4.7，若否则转达S4.3；
S4.7：搜索末代种群的最优值，得到最优解。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取需安装泄放装置的单芯电缆的电气参数以及运行在最大负荷下的单芯电缆负荷电流；
负荷电流频率成分获取模块，被配置为：通过傅里叶变换，得到单芯电缆负荷电流的各个频率成分；
复频域表达式获取模块，被配置为：根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式；
总谐波电压有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值；
总谐波电流有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；
最优参数获取模块，被配置为：以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值。
所述系统的工作方法与实施例1提供的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
实施例4：
本发明实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以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一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(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，其特征在于：包括以下过程：
获取需安装泄放装置的单芯电缆的电气参数以及运行在最大负荷下的单芯电缆负荷电流；
通过傅里叶变换，得到单芯电缆负荷电流的各个频率成分；
根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式；
根据屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值；
根据屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；
以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值；
前m次的总谐波电压有效值，具体为：
其中，Uk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电压，Gu(kω0)为屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，Ick第k次电缆负荷电流；
前m次的总谐波电流有效值，具体为：
其中，Isk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电流，Gi(kω0)为屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，Ick第k次电缆负荷电流。
2.如权利要求1所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，其特征在于：
屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式中均包含有频率增益表达式。
3.如权利要求2所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，其特征在于：
频率增益表达式中至少包括基波频率、阻尼泄放装置的电阻值以及阻尼泄放装置的电容值。
4.如权利要求1所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，其特征在于：
m的取值根据所能测到的最大谐波次数选择。
5.如权利要求1所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法，其特征在于：
采用遗传算法进行目标的求解，具体为：
给出遗传迭代数，确定种群大小并随机生成初始种群；
计算种群的屏蔽层的总谐波电压有效值；
根据屏蔽层的总谐波电压有效值分配各个种群的适应度；
对现有种群进行选择、重组、变异得到子代；
计算子代的屏蔽层的总谐波电压有效值，将子代插入到父代得到新种群；
判断，是否满足迭代次数，若是则转到下一步，若否则回到根据屏蔽层的总谐波电压有效值分配各个种群的适应度的步骤；
搜索末代种群的最优值，得到最优解。
6.一种单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化系统，其特征在于：包括：
数据获取模块，被配置为：获取需安装泄放装置的单芯电缆的电气参数以及运行在最大负荷下的单芯电缆负荷电流；
负荷电流频率成分获取模块，被配置为：通过傅里叶变换，得到单芯电缆负荷电流的各个频率成分；
复频域表达式获取模块，被配置为：根据单芯电缆的电气参数和负荷电流的各个频率成分，得到屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式以及屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式；
总谐波电压有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电压有效值；
总谐波电流有效值获取模块，被配置为：根据屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，得到屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值；
最优参数获取模块，被配置为：以前预设次数的总谐波电压有效值最小为目标，以屏蔽层的前预设次数的总谐波电流有效值小于预设值为约束，得到阻尼泄放装置的最优参数值；
前m次的总谐波电压有效值，具体为：
其中，Uk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电压，Gu(kω0)为屏蔽层电压与缆芯电流之间复频域表达式，Ick第k次电缆负荷电流；
前m次的总谐波电流有效值，具体为：
其中，Isk为阻尼泄放装置接入后第k次屏蔽层谐波电流，Gi(kω0)为屏蔽层环流与缆芯电流之间复频域表达式，Ick第k次电缆负荷电流。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任一项所述的单芯电缆屏蔽层阻尼泄放接地装置参数优化方法中的步骤。
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