电力电缆系统热模型特征参数精确获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力传送部件热模型特征参数的测试技术领域，尤其涉及一种电力电 缆系统热模型特征参数精确获取方法。
【背景技术】
[0002] 电力电缆系统的热模型越来越多地用于电缆系统的热监控、电力动态传送的管 理、电缆寿命估计等。对于提高分布式电网的电力实时传送能力，以及实时利用系统信息提 高智能电网的动态电力管理能力，电力电缆系统的热模型将发挥越来越重要的基础作用。
[0003] 电缆系统热模型的基本构成元素为电缆各组成单元的热阻、热容，这些元素的精 度从根本上影响着电缆模型的精度、有效性。通常，将这些构成元素称为电缆的热特征参 数。电缆系统热特征参数的大小通常根据电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性 等通过查阅如85此0 60287、83 7671:2008等标准、手册来获取。事实上，同一厂家同一流 水线生产的相同型号电缆，它们的几何属性、各单元采用的材料总存在着或多或少差异。
[0004] 采用上述传统方法获得的电缆系统特征参数无法体现出这些差异、变化。也就是 说，传统方法只能粗略地获得电缆的热特征参数。对于充分发挥分布式电网的电力实时传 送能力以及利用包含电缆在内的电网系统信息安全、高效、可靠地实现智能电网的动态电 力管理，这些粗略的热特征参数是远远不能满足要求的。为了精确获得这些热特征参数，人 们开始采用有限元分析方法，但该方法需要获知电缆各组成单元内部大量的温度信息，这 意味着超大量的计算（这是有限元分析法所固有的），以及因安放温度感知器件而出现的 电缆机械损伤或很高的成本（如在制造电缆时在电缆各组成单元内部预先安置如光纤温 度传感器等）。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电力电缆系统热模型特征参数精确获取 方法，所述方法提高了电力电缆系统热模型特征参数获取的精确度，且计算量小，成本低、 没有电缆的机械损伤、通用性好、简便有效。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电力电缆系统热模型特 征参数精确获取方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
[0007] (1)组建实验平台，进行电力电缆系统的热阶跃实验，记录电力电缆表面的温度响 应0 st(t)的曲线；
[0008] (2)根据电力电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性通过查阅IEC 60287以及BS 7671:2008标准粗略地获取电缆系统热特征参数；
[0009] (3)基于高斯-牛顿迭代法，以步骤⑵获得的热特征参数作为其初始值优化热特 征参数，让式1
【主权项】
1. 一种电力电缆系统热模型特征参数精确获取方法，其特征在于所述方法包括以下步 骤： (1) 组建实验平台，进行电力电缆系统的热阶跃实验，记录电力电缆表面的温度响应的 曲线 9st(t); (2) 根据电力电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性通过查阅IEC60287以 及BS7671:2008标准粗略地获取电缆系统热特征参数，即电缆系统各阶网络的热容、热 阻； (3) 基于高斯-牛顿迭代法，以步骤（2)获得的热特征参数作为其初始值并不断地优 化这些热特征参数，让式
s= 1，2, 3,…，n中的 9s(t)不断地逼近步骤（1)中的0st(t)，当式
s= 1，2,3,…，n中的0s(t)最逼近0st(t)时，得出最佳的电力电缆热特征参数值，式中： ^为方程
,m= 1，2,3,…，n，0^氏、(；分别为电力电缆系统热模型第i阶 网络的温度、热阻、热容，P为一恒定的热功率值，0a为电缆系统周围空气的温度，也就是 说，系数km、Am;j&Am是关于电缆系统中各热特征参数的函数。
2. 根据权利要求1所述的电力电缆系统热模型特征参数精确获取方法，其特征在于： 优化热特征参数的步骤如下： 构建n阶RC网络表征的电力电缆系统热模型，其中上述模型的热传递公式为
其中，0pRpCi、Pi，别为电力电缆系统热模型第i阶网络的温度、热阻、热容、 流入热容中的热功率、流经热阻并流入下一个网络的热功率； 恒定电力通过电缆时在电缆中产生的热功率P(t)以及电缆系统外周围空气的温度 0a，并让p(t)等于一恒定值P，根据式（1)获得电缆的表面温度0s(t)，
其中，系数km，Ay_，入是电缆系统中各热特征参数的函数。 令电缆系统热特征参数矢量V=況，R2,R3，…，Rn，Q，C2,C3，…，CJ，0sc;(j，V)= 0s(jTs，V)，优化热特征参数的函数为
，其中Ts为采样周期，j 为采样的次数序号，j= 1，2,3,…，N，0S。为电缆表面的计算温度，0 st为电缆表面的测量 温度，令电缆系统热特征参数矢量V的变化量为SV的分量，m=l，2,3，…， 2N，优化热特征参数矢量V的具体步骤为： (1) 初始化电缆系统热特征参数矢量V; (2) 根据式
，s= 1，2, 3,…，n计算 出
的值； (3) 由公式
计算出1^_的值，其中p，m= 1，2,3，…，2N; (4) 由公式
计算出k的值； (5) 由
计算出电缆系统热特征参数矢量V的变化量SV的值； (6) 计算x2 (V+SV)和x2 (V)的值，若前者大于后者，则更新电缆系统热特征参数矢量 V，此时，电缆系统热特征参数矢量V=V+SV，转步骤（2)继续重复上述计算工作，否则，结 束计算，获得优化的电缆系统热特征参数矢量V，从而精确地获得电缆系统的热特征参数。
【专利摘要】本发明公开了一种电力电缆系统热模型特征参数精确获取方法，涉及电性能的测试装置技术领域。所述方法包括以下步骤：组建实验平台，进行电力电缆系统的热阶跃实验，记录电力电缆表面的温度响应θst(t)的曲线；根据电力电缆构成、电缆各组成单元的材料及其几何属性通过查阅IEC 60287以及BS 7671:2008标准粗略地获取电缆系统热特征参数；基于高斯-牛顿迭代法，得出最佳的电力电缆热特征参数值。所述方法提高了电力电缆系统热模型特征参数获取的精确度，且计算量小，成低、没有电缆的机械损伤、通用性好、简便有效。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104573394
【申请号】CN201510042079
【发明人】肖继学, 曾强, 胥玉萍, 龚建全, 王泽 , 董圣友, 李海军
【申请人】西华大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日