多芯电缆的暂态时域分析方法和暂态时域分析系统技术方案

本申请提供了一种多芯电缆的暂态时域分析方法和暂态时域分析系统。该方法包括：获取多芯电缆的初始参数，初始参数采用FDTD算法进行运算得到，多芯电缆为铠层内包括至少两个导体的电缆；对初始参数进行更新，得到目标参数；根据MTL算法对目标参数进行运算，得到运算结果，运算结果用于表征对多芯电缆进行暂态时域分析的结果。本方案中设计了一种新的对多芯电缆的暂态时域分析方案，并且本方案是对多芯电缆进行暂态时域分析的，首先对FDTD算法中的参数进行更新，这样不需要再通过FDTD网格离散求解，再采用MTL算法来分析，实现了FDTD

【技术实现步骤摘要】
多芯电缆的暂态时域分析方法和暂态时域分析系统


[0001]本申请涉及多芯电缆的暂态时域分析
，具体而言，涉及一种多芯电缆的暂态时域分析方法、装置和多芯电缆的暂态时域分析系统。

技术介绍

[0002]电力电缆是一种电能及信号传输线，一般是由四层物料造成：最内里是一条或多条导电铜线，线的外面有一层塑胶(作绝缘体、电介质之用)围拢，绝缘体外面又有一层薄的网状屏蔽导电体(一般为铜或合金，本方案中统称为金属铠层或铠层)，然后导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮。由于其抗干扰能力强、单位体积内能量密度高，电力电缆已广泛应用于电能传输、信息传输、电气化铁路等领域，各领域对电力电缆的稳定运行也提出了更高的要求。
[0003]多芯电力电缆是指铠层内布置两根及以上绝缘线芯的电缆。当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流不再均匀分布，电流集中在导体的“皮肤”部分，即趋肤效应，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。而采用多芯结构的电力电缆可有效降低由趋肤效应导致的电阻增加，降低沿线发热功率损耗，提升电能输电效率。
[0004]在对包含多芯电力电缆输电系统做电磁暂态过电压分析时，应精确分析多芯电力电缆内的电磁传播与折反射，以及多芯电力电缆与其他输电系统的匹配与电磁耦合效应，从而整体性的优化电缆联结方式、延长电缆寿命、提升系统运行可靠性。目前的方案中，常采用FDTD(finite difference time domain，有限时域差分)算法来对电力电缆开展时域电磁暂态仿真，传统FDTD算法需通过正交网格对计算区域的全域离散，离散网格的尺寸和网格数量需根据仿真物体的几何结构尺寸和临近区域的电磁场畸变程度确定。对于多芯电力电缆，其径向尺寸小至毫米级，轴向尺寸大至百米级，空间跨度极大。因此，目前的FDTD算法对多芯的电力电缆进行暂态时域分析的效率较低。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种多芯电缆的暂态时域分析方法、装置和多芯电缆的暂态时域分析系统，以至少解决现有技术中目前的FDTD算法对多芯的电力电缆进行暂态时域分析的效率较低的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种多芯电缆的暂态时域分析方法，包括：获取多芯电缆的初始参数，其中，所述初始参数为采用FDTD算法进行运算得到，所述初始参数包括以下至少之一：初始介电常数、初始磁导率，所述多芯电缆为铠层内包括至少两个导体的电缆；对所述初始参数进行更新，得到目标参数；根据MTL算法对所述目标参数进行运算，得到运算结果，其中，所述运算结果用于表征对所述多芯电缆进行暂态时域分析的结果。
[0007]可选地，在所述初始参数包括初始所述介电常数和所述初始磁导率的情况下，所
述目标参数包括介电常数和磁导率，对所述初始参数进行更新，得到目标参数，包括：根据第一公式计算修正系数，其中，所述第一公式为
[0008][0009]m表示所述修正系数，所述修正系数用于对所述初始参数进行更新，r
d
表述所述多芯电缆的圆心到所述铠层外边缘的半径，Δs为FDTD网格尺寸；根据第二公式：ε'＝mε对所述初始介电常数进行更新，得到所述介电常数，其中，ε'表示所述介电常数，ε表示所述初始介电常数；根据第三公式：μ'＝mμ对所述初始磁导率进行更新，得到所述磁导率，其中，μ'表示所述磁导率，μ表示所述初始磁导率。
[0010]可选地，在所述多芯电缆中包括三个所述导体的情况下，所述运算结果包括流经各个所述导体的电流值、各个所述导体与所述铠层之间的电压、所述多芯电缆的总电流值和所述铠层的电流值，根据MTL算法对所述目标参数进行运算，得到运算结果，包括：获取所述多芯电缆中的第一互感、第二互感、第一互容、第二互容和磁场向量，其中，所述第一互感为x相导体与所述铠层之间的互感，所述第二互感为x相导体与y相导体之间的互感，所述第一互容为x相导体与所述铠层之间的互容，所述第二互容为x相导体与y相导体之间的互容，x与y不相等，x表示A或者B或者C，y表示A或者B或者C，所述磁场向量为所述多芯电缆产生的感应磁场的磁场强度矢量；根据所述第一互容和所述第二互容计算第一电流值、第二电流值和第三电流值，根据所述第一互感和所述第二互感计算第一电压值、第二电压值和第三电压值，其中，所述第一电流值为流经A相导体的电流值，所述第二电流值为流经B相导体的电流值，所述第三电流值为流经C相导体的电流值，所述第一电压值为A相导体与所述铠层之间的电压，所述第二电压值为B相导体与所述铠层之间的电压，所述第三电压值为C相导体与所述铠层之间的电压；根据所述磁场向量计算所述多芯电缆的总电流值；计算所述总电流值与目标电流值的差值，得到所述铠层的电流值，其中，所述目标电流值为所述第一电流值、所述第二电流值和所述第三电流值的总和。
[0011]可选地，获取所述多芯电缆中的第一互感、第二互感、第一互容和第二互容，包括：根据第四公式计算所述第一互感，其中，所述第四公式为
[0012][0013]L
xx
表示所述第一互感，μ0表示真空磁导率，μ
r
表示电介质的相对磁导率，r
a
表示各相导体半径，r
b.x
表示x相导体中心与所述铠层中心的距离，r
c
表示所述铠层导体内半径，所述电介质位于各项导体与所述铠层之间；根据第五公式计算所述第二互感，其中，所述第五公式为
[0014][0015]L
xy
表示所述第二互感，θ
xy
表示x相导体和y相导体的空间夹角，系数C
n
的计算公式为
[0016][0017]根据第六公式计算所述第一互容，其中，所述第六公式为
[0018][0019]C
xx
表示所述第一互容，ε0表示介电常数，ε
r
表示所述电介质的相对介电常数；根据第七公式计算所述第二互容，其中，所述第七公式为
[0020][0021]其中，C
xy
表示所述第二互容。
[0022]可选地，根据所述第一互容和所述第二互容计算第一电流值、第二电流值和第三电流值，根据所述第一互感和所述第二互感计算第一电压值、第二电压值和第三电压值，包括：根据第八公式计算所述第一电流值、所述第二电流值和所述第三电流值，其中，所述第八公式为
[0023][0024]l表示所述多芯电缆的轴向距离，s表征复频域，I
A
表示所述第一电流值，I
B
表示所述第二电流值，I
C
表示所述第三电流值，C
xx
表示所述第一互容，C
xy
表示所述第二互容，V
x
表示x相导体与所述铠层之间的电压；根据第九公式计算所述第一电压值、所述第二电压值和所述第三电压值，其中，所述第九公式为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多芯电缆的暂态时域分析方法，其特征在于，包括：获取多芯电缆的初始参数，其中，所述初始参数为采用FDTD算法进行运算得到，所述初始参数包括以下至少之一：初始介电常数、初始磁导率，所述多芯电缆为铠层内包括至少两个导体的电缆；对所述初始参数进行更新，得到目标参数；根据MTL算法对所述目标参数进行运算，得到运算结果，其中，所述运算结果用于表征对所述多芯电缆进行暂态时域分析的结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述初始参数包括初始所述介电常数和所述初始磁导率的情况下，所述目标参数包括介电常数和磁导率，对所述初始参数进行更新，得到目标参数，包括：根据第一公式计算修正系数，其中，所述第一公式为m表示所述修正系数，所述修正系数用于对所述初始参数进行更新，r
d
表述所述多芯电缆的圆心到所述铠层外边缘的半径，Δs为FDTD网格尺寸；根据第二公式：ε'＝mε对所述初始介电常数进行更新，得到所述介电常数，其中，ε'表示所述介电常数，ε表示所述初始介电常数；根据第三公式：μ'＝mμ对所述初始磁导率进行更新，得到所述磁导率，其中，μ'表示所述磁导率，μ表示所述初始磁导率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述多芯电缆中包括三个所述导体的情况下，所述运算结果包括流经各个所述导体的电流值、各个所述导体与所述铠层之间的电压、所述多芯电缆的总电流值和所述铠层的电流值，根据MTL算法对所述目标参数进行运算，得到运算结果，包括：获取所述多芯电缆中的第一互感、第二互感、第一互容、第二互容和磁场向量，其中，所述第一互感为x相导体与所述铠层之间的互感，所述第二互感为x相导体与y相导体之间的互感，所述第一互容为x相导体与所述铠层之间的互容，所述第二互容为x相导体与y相导体之间的互容，x与y不相等，x表示A或者B或者C，y表示A或者B或者C，所述磁场向量为所述多芯电缆产生的感应磁场的磁场强度矢量；根据所述第一互容和所述第二互容计算第一电流值、第二电流值和第三电流值，根据所述第一互感和所述第二互感计算第一电压值、第二电压值和第三电压值，其中，所述第一电流值为流经A相导体的电流值，所述第二电流值为流经B相导体的电流值，所述第三电流值为流经C相导体的电流值，所述第一电压值为A相导体与所述铠层之间的电压，所述第二电压值为B相导体与所述铠层之间的电压，所述第三电压值为C相导体与所述铠层之间的电压；根据所述磁场向量计算所述多芯电缆的总电流值；计算所述总电流值与目标电流值的差值，得到所述铠层的电流值，其中，所述目标电流值为所述第一电流值、所述第二电流值和所述第三电流值的总和。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取所述多芯电缆中的第一互感、第二互
感、第一互容和第二互容，包括：根据第四公式计算所述第一互感，其中，所述第四公式为L
xx
表示所述第一互感，μ0表示真空磁导率，μ
r
表示电介质的相对磁导率，r
a
表示各相导体半径，r
b.x
表示x相导体中心与所述铠层中心的距离，r
c
表示所述铠层导体内半径，所述电介质位于各项导体与所述铠层之间；根据第五公式计算所述第二互感，其中，所述第五公式为L
xy
表示所述第二互感，θ
xy
表示x相导体和y相导体的空间夹角，系数C
n
的计算公式为根据第六公式计算所述第一互容，其中，所述第六公式为C
xx
表示所述第一互容，ε0表示介电常数，ε
r
表示所述电介质的相对介电常数；根据第七公式计算所述第二互容，其中，所述第七公式为其中，C
xy
表示所述第二互容。5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳昊，程建伟，钟连宏，郭伊宇，喇元，王增超，杨家辉，张曦，刘芹，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：