中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (5): 178-187.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306070
黄莉1,2(), 梁云1,2, 黄辉1,2, 孙晓艳1,2, 王珊1,2, 杨玉强3
收稿日期:
2023-06-20
接受日期:
2024-01-15
出版日期:
2024-05-28
发布日期:
2024-05-16
作者简介:
黄莉(1986—),女,通信作者,硕士,高级工程师,从事电力信息物理融合、电力通信、传感等研究,E-mail:huangli@geiri.sgcc.com.cn
基金资助:
Li HUANG1,2(), Yun LIANG1,2, Hui HUANG1,2, Xiaoyan SUN1,2, Shan WANG1,2, Yuqiang YANG3
Received:
2023-06-20
Accepted:
2024-01-15
Online:
2024-05-28
Published:
2024-05-16
Supported by:
摘要:
电缆内部温度是电缆管理的重要参数,针对高精度数值计算和实验测量均不能快速准确预测电缆内部温度的问题,提出一种基于多物理场仿真数据构建代理模型,并基于代理模型实现电缆内部温度场快速计算的方法。以110 kV单芯高压电缆为例,首先对比拉丁超立方设计和最大最小思想优化的拉丁超立方方法构造样本空间的效果,选取最优采样方案,再通过径向基神经网络构建代理模型,以环境温度和载流量为变量构建温度数据集进行测试,进一步通过粒子群算法对代理模型进行优化,最后利用网格节点数据使温度场分布可视化。对比110 kV单芯高压电缆内部温度场计算结果,表明所提的基于代理模型的电力电缆温度场快速计算方法具有较高的精度和效率。
黄莉, 梁云, 黄辉, 孙晓艳, 王珊, 杨玉强. 基于代理模型的电力电缆温度场快速计算方法及其应用[J]. 中国电力, 2024, 57(5): 178-187.
Li HUANG, Yun LIANG, Hui HUANG, Xiaoyan SUN, Shan WANG, Yuqiang YANG. Surrogate Model-based Fast Calculation of Power Cable Temperature Field: Method and Application[J]. Electric Power, 2024, 57(5): 178-187.
序号 | 结构名称 | 标称厚度/mm | 标称外径/mm | |||
1 | 导体 | — | 29.9 | |||
2 | 导体屏蔽 | 1.35 | 32.6 | |||
3 | 交联聚乙烯绝缘 | 16.50 | 65.6 | |||
4 | 绝缘屏蔽 | 1.00 | 67.6 | |||
5 | 半导电缓冲阻水带 | 5.50 | 78.6 | |||
6 | 皱纹铝护套 | 6.70 | 92.0 | |||
7 | PVC护套 | 4.50 | 101.0 |
表 1 电缆结构参数
Table 1 Parameters of power cable structure
序号 | 结构名称 | 标称厚度/mm | 标称外径/mm | |||
1 | 导体 | — | 29.9 | |||
2 | 导体屏蔽 | 1.35 | 32.6 | |||
3 | 交联聚乙烯绝缘 | 16.50 | 65.6 | |||
4 | 绝缘屏蔽 | 1.00 | 67.6 | |||
5 | 半导电缓冲阻水带 | 5.50 | 78.6 | |||
6 | 皱纹铝护套 | 6.70 | 92.0 | |||
7 | PVC护套 | 4.50 | 101.0 |
材料 | 导热系数/ (W·(m·K)–1) | 密度/ (kg·m–3) | 比热容/ (J·(kg·K)–1) | |||
导体 | 400.000 | 8960 | 385 | |||
导体屏蔽 | 0.160 | 950 | 1005 | |||
交联聚乙烯绝缘 | 0.288 | 1200 | 2302 | |||
绝缘屏蔽 | 0.160 | 950 | 1005 | |||
半导电缓冲阻水带 | 0.190 | 520 | 1720 | |||
皱纹铝护套 | 238.000 | 2700 | 900 | |||
PVC护套 | 0.167 | 1380 | 2100 |
表 2 固体传热场仿真材料参数
Table 2 Material parameters for simulating solid heat transfer field
材料 | 导热系数/ (W·(m·K)–1) | 密度/ (kg·m–3) | 比热容/ (J·(kg·K)–1) | |||
导体 | 400.000 | 8960 | 385 | |||
导体屏蔽 | 0.160 | 950 | 1005 | |||
交联聚乙烯绝缘 | 0.288 | 1200 | 2302 | |||
绝缘屏蔽 | 0.160 | 950 | 1005 | |||
半导电缓冲阻水带 | 0.190 | 520 | 1720 | |||
皱纹铝护套 | 238.000 | 2700 | 900 | |||
PVC护套 | 0.167 | 1380 | 2100 |
方法 | CPU计算时间/s | 效率提升/% | ||
RBF | 4.256363 | 88.18 | ||
PSO-RBF | 5.292270 | 85.30 | ||
FEM | 36.000000 | — |
表 3 RBF、PSO-RBF代理模型和有限元计算时间对比
Table 3 Comparison of the computation time of 3 methods
方法 | CPU计算时间/s | 效率提升/% | ||
RBF | 4.256363 | 88.18 | ||
PSO-RBF | 5.292270 | 85.30 | ||
FEM | 36.000000 | — |
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