考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法和系统，首先通过IEC 60287标准计算电力电缆的温升和载流量，其次采用雨流计数法对负荷波动进行分型处理，识别波动类型并划分负荷波动中的突发波动和趋势波动，对于环境干扰的电力负荷量进行去噪处理，最后采用差分整合移动平均自回归（ARIMA）模型预测去噪后的电力电缆载流量。本发明专利技术采用雨流计数法对负荷波动进行分型处理，减少了电力电缆载流量预测中负荷波动特性对负荷整体运行趋势的影响，然后采用ARIMA模型预测动态载流量，利用了随机时间序列的过去值推断未来值，关注电力负荷数据的时序性，计算量较小，同时能够显著提升短期负荷预测的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法和系统


[0001]本专利技术属于电缆载流量预测
，具体涉及一种考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法和系统。

技术介绍

[0002]我国国民经济的高速发展需要稳定可靠的电能供应，随着我国经济的不断发展，城市用电量逐年增大，单芯电缆作为电力系统中重要的输电设备，承担了输送电能和传输信号的不可或缺作用。随着电力负荷逐年增加，输电走廊日趋紧张，合理挖掘现有电力电缆的载流能力可以有效缓解负荷峰谷差增大的问题。单芯电缆的敷设条件为：室内、隧道、电缆沟内，能承受一定机械外力与拉力，带铠装可直埋敷设，也可敷设在包含磁性管道的各种管材中。单芯电缆直埋敷设的优点为：敷设方便，节省材料和人工。但是由于土壤影响了电缆的散热，长期工作在较高温的土壤环境下会加速电力电缆的绝缘老化，进而降低电缆的最大载流量。因此，准确计算直埋敷设下单芯电缆的温升，探究单芯电缆温升和载流量的关系，提出科学合理的电缆载流量预测方法，有利于提高电力系统运行可靠性，为电力调度部门提供参考。
[0003]现有电缆温升和载流量的计算方法有解析法、热路模型法（IEC 60287标准）、数值计算法等。现有技术主要研究单根电缆稳态、暂态温升获取方法和电力电缆中间接头温度计算方法，但是极少考虑电力负荷波动下电缆载流量的计算方法。实际运行中电力负荷不断变化，且伴有干扰因素，现有技术对此难以适用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在解决现有电缆温升和载流量的计算方法难以适用于电力负荷波动下电缆载流量的计算的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，适用于直埋敷设下的单芯电缆载流量预测，包括如下步骤：通过IEC 60287标准计算第一时段内电力电缆的稳态温升和载流量，得到一系列关于载流量的时序数据计算值；采集第二时段内电力电缆的电流波形，采用雨流计数法对电流波形中的负荷波动进行分型处理，识别波动类型并划分负荷波动为正常波动或异常波动；将电流波形中的异常波动量进行筛除处理，根据处理后的电流波形得到一系列关于载流量的时序数据实测值；采用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，以载流量的时序数据计算值和实测值为基础，验证电力电缆载流量计算的有效性；以电力电缆历史数据为基础，通过IEC 60287标准计算电力电缆的载流量，以计算得到的电力电缆载流量为训练样本，通过差分整合移动平均自回归模型学习样本数据并预
测电力电缆未来一段时期内的动态载流量。
[0006]进一步的，验证电力电缆载流量计算的有效性，具体包括：以第一时段内载流量的时序数据计算值为样本数据；将第二时段内载流量的时序数据实测值作为对照组，利用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，得到第一时段内的载流量预测值，基于载流量预测值和计算值验证电力电缆载流量计算的有效性。
[0007]进一步的，对于直埋单芯电缆，土壤和电缆之间的热传导采用下式计算：；式中，为温度，单位为K；T为热阻，单位为K
∙
m/W；W为热源功率，单位为J/m；Q为热容，单位为J/K；为热时间常数，单位为s。
[0008]进一步的，对于孤立敷设单根电缆或三根单芯电缆组成的单一回路，由周围土壤域变干燥引发的外部热阻变化时的载流量根据下式计算：；式中，I表示一根导体中流过的电流，单位为A；表示高于环境温度的导体温升，单位为K；R表示最高工作温度下导体单位长度的交流电阻，单位为Ω/m；表示每单位长度的导体周围的绝缘介质损耗，单位为W/m；表示一根导体和金属套之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示金属套和铠装之间内衬层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆外护层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆中载有负荷的导体数；表示电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；表示电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率；表示干燥和潮湿土壤域热阻系数之比率；表示土壤临界温升，即高于环境温度的干燥与潮湿土壤之边界的温升，单位为K；表示土壤临界温度，即干燥与潮湿土壤之边界的温度，单位为℃。
[0009]进一步的，采用雨流计数法对电流波形中的负荷波动进行分型处理中，对负荷波动的评价指标具体包括：趋势波动起止时间、负荷趋势波动序列起止功率、趋势波动持续相对时长、趋势波动持续相对幅度、趋势波动倾斜率、突发波动在趋势波动中的发生频率、趋势波动平均值和趋势波动标准差。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测系统，适用于直埋敷设下的单芯电缆载流量预测，包括：验证单元，用于通过IEC 60287标准计算第一时段内电力电缆的稳态温升和载流
量，得到一系列关于载流量的时序数据计算值；还用于采集第二时段内电力电缆的电流波形，采用雨流计数法对电流波形中的负荷波动进行分型处理，识别波动类型并划分负荷波动为正常波动或异常波动；还用于将电流波形中的异常波动量进行筛除处理，根据处理后的电流波形得到一系列关于载流量的时序数据实测值；还用于采用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，以载流量的时序数据计算值和实测值为基础，验证电力电缆载流量计算的有效性；预测单元，用于以电力电缆历史数据为基础，通过IEC 60287标准计算电力电缆的载流量，以计算得到的电力电缆载流量为训练样本，通过差分整合移动平均自回归模型学习样本数据并预测电力电缆未来一段时期内的动态载流量。
[0011]进一步的，在验证单元中，验证电力电缆载流量计算的有效性，具体包括：以第一时段内载流量的时序数据计算值为样本数据；将第二时段内载流量的时序数据实测值作为对照组，利用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，得到第一时段内的载流量预测值，基于载流量预测值和计算值验证电力电缆载流量计算的有效性。
[0012]进一步的，在验证单元中，对于直埋单芯电缆，土壤和电缆之间的热传导采用下式计算：；式中，为温度，单位为K；T为热阻，单位为K
∙
m/W；W为热源功率，单位为J/m；Q为热容，单位为J/K；为热时间常数，单位为s。
[0013]进一步的，在验证单元中，对于孤立敷设单根电缆或三根单芯电缆组成的单一回路，由周围土壤域变干燥引发的外部热阻变化时的载流量根据下式计算：；式中，I表示一根导体中流过的电流，单位为A；表示高于环境温度的导体温升，单位为K；R表示最高工作温度下导体单位长度的交流电阻，单位为Ω/m；表示每单位长度的导体周围的绝缘介质损耗，单位为W/m；表示一根导体和金属套之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示金属套和铠装之间内衬层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆外护层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆中载有负荷的导体数；表示电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；表示电缆铠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，其特征在于，适用于直埋敷设下的单芯电缆载流量预测，包括如下步骤：通过IEC 60287标准计算第一时段内电力电缆的稳态温升和载流量，得到一系列关于载流量的时序数据计算值；采集第二时段内电力电缆的电流波形，采用雨流计数法对所述电流波形中的负荷波动进行分型处理，识别波动类型并划分所述负荷波动为正常波动或异常波动；将所述电流波形中的异常波动量进行筛除处理，根据处理后的所述电流波形得到一系列关于载流量的时序数据实测值；采用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，以载流量的所述时序数据计算值和实测值为基础，验证电力电缆载流量计算的有效性；以电力电缆历史数据为基础，通过IEC 60287标准计算电力电缆的载流量，以计算得到的电力电缆载流量为训练样本，通过所述差分整合移动平均自回归模型学习样本数据并预测电力电缆未来一段时期内的动态载流量。2.根据权利要求1所述的考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，其特征在于，验证电力电缆载流量计算的有效性，具体包括：以第一时段内载流量的所述时序数据计算值为样本数据；将第二时段内载流量的所述时序数据实测值作为对照组，利用差分整合移动平均自回归模型进行电力电缆的载流量预测，得到所述第一时段内的载流量预测值，基于所述载流量预测值和计算值验证电力电缆载流量计算的有效性。3.根据权利要求1所述的考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，其特征在于，对于直埋单芯电缆，土壤和电缆之间的热传导采用下式计算：；式中，为温度，单位为K；T为热阻，单位为K
∙
m/W；W为热源功率，单位为J/m；Q为热容，单位为J/K；为热时间常数，单位为s。4.根据权利要求3所述的考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，其特征在于，对于孤立敷设单根电缆或三根单芯电缆组成的单一回路，由周围土壤域变干燥引发的外部热阻变化时的载流量根据下式计算：；式中，I表示一根导体中流过的电流，单位为A；表示高于环境温度的导体温升，单位为K；R表示最高工作温度下导体单位长度的交流电阻，单位为Ω/m；表示每单位长度的导体周围的绝缘介质损耗，单位为W/m；表示一根导体和金属套之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示金属套和铠装之间内衬层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆外护
层单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆表面和周围介质之间单位长度热阻，单位为K.m/W；表示电缆中载有负荷的导体数；表示电缆金属套损耗相对于所有导体总损耗的比率；表示电缆铠装损耗相对于所有导体总损耗的比率；表示干燥和潮湿土壤域热阻系数之比率；表示土壤临界温升，即高于环境温度的干燥与潮湿土壤之边界的温升，单位为K；表示土壤临界温度，即干燥与潮湿土壤之边界的温度，单位为℃。5.根据权利要求1所述的考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测方法，其特征在于，采用雨流计数法对所述电流波形中的负荷波动进行分型处理中，对负荷波动的评价指标具体包括：趋势波动起止时间、负荷趋势波动序列起止功率、趋势波动持续相对时长、趋势波动持续相对幅度、趋势波动倾斜率、突发波动在趋势波动中的发生频率、趋势波动平均值和趋势波动标准差。6.考虑负荷波动特性的单芯电缆动态载流量预测系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，李新海，曾令诚，范德和，陈昱，吴毅江，王学宗，陈英杰，黄源辉，曾威，张宁，何炳锋，周恒，王振刚，丁垚，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司中山供电局，
类型：发明
国别省市：