一种电力电缆护套的功率损耗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种电力电缆护套的功率损耗计算方法，该方法根据电缆的基本参数以及电缆的结构，推导电缆的等值导纳矩阵；根据电缆的等值导纳矩阵以及电缆系统的边界条件，计算确定电缆送端的电流；根据电缆的送端电流，确定电缆沿线每段各点的护套电流，进而确定电缆护套损耗。相对于现有技术，本发明专利技术方法具有耗时短且精度高，可以算出电缆沿线电压电流的精确分布情况，进而确定每段电缆的护套损耗，为后续的电缆损耗降低策略提供了理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电缆护套的功率损耗计算方法
本专利技术属于电力传输
，具体涉及一种电力电缆护套的功率损耗计算方法。
技术介绍
电力电缆输电方式在近年来得到快速发展，越来越多的地下输电系统应用在城市电网的拓展上，原因主要有以下三个：第一，日益增长的环境问题限制了架空线路在城市中的应用；第二，在海洋输电领域，海底电缆较架空线有着无可比拟的优势；第三，电缆制造和运行技术上的革新使得绝缘电缆更加具有竞争力。在单芯电缆中，电缆护套起保护的作用，以免单芯导体受潮和受到机械损坏；除此之外，电缆护套可以屏蔽静电场，并且作为故障电流和容性充电电流的回路。当电缆导体中流经交流电时，电缆护套上会有感应电压产生，如果电缆护套的双端均接地，那么感应电压会产生环流；此环流经过护套则会产生相当可观的护套损耗。对于某些电缆系统来说，环流流经护套产生的损耗甚至比得上电缆导体产生的损耗，这将会增加热量的产生并且会使电缆的载流量受到限制。由上述可知，电缆护套损耗问题不容忽视，前人对此问题的研究主要集中在护套环流以及涡流的产生机理上以及影响损耗大小的因素等方面。系统研究护套损耗的方法比较有效地是全相模型方法，但是传统的全全相模型方法存在以下两点问题：1)需要在每一细分小段都建立节点电压方程，如果要保证模型的精确度，总体的电压方程可能高达几万阶，求解十分费时费力；2)传统方法在获得耦合线的传输矩阵时，需要求解复数矩阵的特征根和特征向量，这也是十分浪费时间的环节。总体来说传统护套损耗的计算方法对于复杂结构的电缆系统来说效率低且费时长。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种电力电缆护套的功率损耗计算方法，通过求解电力电缆的等值导纳矩阵并结合系统的边界条件，可以确定电缆沿线的护套电流分布，进而求解出精确的电缆护套损耗。一种电力电缆护套的功率损耗计算方法，包括如下步骤：(1)获取电缆的基本参数以及电缆两端电力系统的等效正序参数；所述的基本参数包括电缆的单位长度串联阻抗矩阵Z以及单位长度并联导纳矩阵Y，所述的等效正序参数包括送端电力系统每相的等效电源电势ES和等效阻抗ZS以及受端电力系统每相的等效电源电势ER和等效阻抗ZR；(2)根据所述的基本参数以及电缆的结构，确定电缆的等值导纳矩阵Yeq；(3)根据电缆的等值导纳矩阵Yeq以及电缆的系统边界条件，计算电缆送端的电压US和电流IS；(4)根据电缆送端的电压US和电流IS，确定电缆沿线各点的护套电流；(5)根据电缆沿线各点的护套电流，计算出电缆护套的功率损耗P。所述的步骤(2)中确定电缆等值导纳矩阵Yeq的具体过程如下：若电缆为不分段结构，则其等值导纳矩阵Yeq的表达式如下：其中：Ys和Ym分别为电缆的自导纳矩阵和互导纳矩阵，coth和csch分别为双曲余切函数和双曲余割函数，Γ为传播常数矩阵且Γ＝(ZY)1/2，l为电缆长度；若电缆为k段交叉互联型结构或k段循环换位型结构，则电缆包含k段导体以及k-1个接头，k为大于1的自然数；首先，根据以下表达式确定电缆每段导体的导纳矩阵：其中：Yi为第i段导体的导纳矩阵，i为自然数且1≤i≤k，Ysi和Ymi分别为第i段导体的自导纳矩阵和互导纳矩阵，li为第i段导体的长度；然后，确定电缆每个接头的导纳矩阵；若电缆为k段交叉互联型结构，其每个接头的导纳矩阵均采用以下表达式：若电缆为k段循环换位型结构，其每个接头的导纳矩阵均采用以下表达式：其中：Yc为接头的导纳矩阵，Ysc和Ymc分别为接头的自导纳矩阵和互导纳矩阵，T表示转置，I3×3为三阶单位矩阵，gc为导体间连接线的导纳，gs为护套间连接线的导纳；最后，将导体和接头均看作为单元块，则电缆由2k-1个单元块级联组成；任取两个相邻的单元块p和q合并成一个新的单元块，得到新单元块的导纳矩阵Ypq如下，依此逐个进行合并即得到电缆的等值导纳矩阵Yeq；其中：Ysp和Ymp分别为单元块p的自导纳矩阵和互导纳矩阵，Ysq和Ymq分别为单元块q的自导纳矩阵和互导纳矩阵。所述的自导纳矩阵Ys和Ysi以及互导纳矩阵Ym和Ymi采用伯努利级数展开，具体表达式如下：其中：I6×6为六阶单位矩阵，n为大于9的自然数，B2n为第2n项伯努利系数。所述的步骤(3)中计算电缆送端的电压US和电流IS的具体方法如下：首先，根据电缆的等值导纳矩阵Yeq建立电缆送受两端电压与电流的关系式如下：其中：UR和IR分别为电缆受端的电压和电流，IS和IR均为六维向量其中依次包含了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电缆护套的功率损耗计算方法，包括如下步骤：(1)获取电缆的基本参数以及电缆两端电力系统的等效正序参数；所述的基本参数包括电缆的单位长度串联阻抗矩阵Z以及单位长度并联导纳矩阵Y，所述的等效正序参数包括送端电力系统每相的等效电源电势ES和等效阻抗ZS以及受端电力系统每相的等效电源电势ER和等效阻抗ZR；(2)根据所述的基本参数以及电缆的结构，确定电缆的等值导纳矩阵Yeq；(3)根据电缆的等值导纳矩阵Yeq以及电缆的系统边界条件，计算电缆送端的电压US和电流IS；(4)根据电缆送端的电压US和电流IS，确定电缆沿线各点的护套电流；(5)根据电缆沿线各点的护套电流，计算出电缆护套的功率损耗P。

【技术特征摘要】
1.一种电力电缆护套的功率损耗计算方法，包括如下步骤：(1)获取电缆的基本参数以及电缆两端电力系统的等效正序参数；所述的基本参数包括电缆的单位长度串联阻抗矩阵Z以及单位长度并联导纳矩阵Y，所述的等效正序参数包括送端电力系统每相的等效电源电势ES和等效阻抗ZS以及受端电力系统每相的等效电源电势ER和等效阻抗ZR；(2)根据所述的基本参数以及电缆的结构，确定电缆的等值导纳矩阵Yeq；(3)根据电缆的等值导纳矩阵Yeq以及电缆的系统边界条件，计算电缆送端的电压US和电流IS；(4)根据电缆送端的电压US和电流IS，确定电缆沿线各点的护套电流；(5)根据电缆沿线各点的护套电流，计算出电缆护套的功率损耗P。2.根据权利要求1所述的功率损耗计算方法，其特征在于：所述的步骤(2)中确定电缆等值导纳矩阵Yeq的具体过程如下：若电缆为不分段结构，则其等值导纳矩阵Yeq的表达式如下：其中：Ys和Ym分别为电缆的自导纳矩阵和互导纳矩阵，coth和csch分别为双曲余切函数和双曲余割函数，Γ为传播常数矩阵且Γ＝(ZY)1/2，l为电缆长度；若电缆为k段交叉互联型结构或k段循环换位型结构，则电缆包含k段导体以及k-1个接头，k为大于1的自然数；首先，根据以下表达式确定电缆每段导体的导纳矩阵：其中：Yi为第i段导体的导纳矩阵，i为自然数且1≤i≤k，Ysi和Ymi分别为第i段导体的自导纳矩阵和互导纳矩阵，li为第i段导体的长度；然后，确定电缆每个接头的导纳矩阵；若电缆为k段交叉互联型结构，其每个接头的导纳矩阵均采用以下表达式：若电缆为k段循环换位型结构，其每个接头的导纳矩阵均采用以下表达式：其中：Yc为接头的导纳矩阵，Ysc和Ymc分别为接头的自导纳矩阵和互导纳矩阵，T表示转置，I3×3为三阶单位矩阵，gc为导体间连接线的导纳，gs为护套间连接线的导纳；最后，将导体和接头均看作为单元块，则电缆由2k-1个单元块级联组成；任取两个相邻的单元块p和q合并成一个新的单元块，得到新单元块的导纳矩阵Ypq如下，依此逐个进行合并即得到电缆的等值导纳矩阵Yeq；其中：Ysp和Ymp分别为单元块p的自导纳矩阵和互导纳矩阵，Ysq和Ymq分别为单元块q的自导纳矩阵和互导纳矩阵。3.根据权利要求2所述的功率损耗计算方法，其特征在于：所述的自导纳矩阵Ys和Ysi以及互导纳矩阵Ym和Ymi采用伯努利级数展开，具体表达式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政，林勇，肖亮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33