地下电缆集群的优化运行与设计

论文摘要

近年来,随着电力系统中地下电力电缆的敷设量的增加,经常会等间距敷设多回路的电缆集群,由于电缆集群在载流量和等间距下运行并没有充分挖掘出电缆的输送能力,因此文中从两方面对提高电缆集群输送能力做了研究。为了提高地下电缆集群的总体输送能力,文中编写了电缆优化运行和优化设计程序。相对于总体的载流量,在不同回路载流量不同的情况下,计算110kV电压等级单芯电缆集群和10kV电压等级三芯电缆集群输送容量的提高率。以电缆集群电流之和最大为目标函数,以每根电缆线芯温度低于其最高额定温度为约束条件,采用有限差分法和人工鱼群法求解极值,确定每一回路的优化运行电流。多回路电缆集群通常采用等间距敷设,然而,电缆集群在等间距下运行并不是电缆集群的优化运行状态。文中在给定电缆集群的敷设范围的前提下,以电缆集群载流量最大为目标函数,以每根电缆线芯温度低于其最高额定温度为约束条件,采用有限差分法求解电缆集群的载流量和人工鱼群算法求解各回路电缆的最优位置。文章中采用基于坐标组合法的有限差分法求解地下电缆集群稳态时线芯温度及输送能力。采用有限差分法离散电缆的导热微分和坐标组合法处理电缆和土壤区域的边界问题。电缆集群的优化运行和不等间距优化设计极大地提高了电缆集群的使用效率,通过模拟地下电缆集群的敷设工况,计算出优化运行和设计电缆集群输送能力的提高率,给出了电缆运行和敷设的有益的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究方法和现状
• 1.2.1 有限元法
• 1.2.2 边界元法
• 1.2.3 有限差分法
• 1.2.4 有限分析法
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 电力电缆的特性
• 2.1 引言
• 2.1.1 按电压等级分类
• 2.1.2 按敷设条件分类
• 2.1.3 按导体标称截面积分类
• 2.1.4 按导体线芯数分类
• 2.1.5 按结构特征分类
• 2.1.6 按绝缘材料分类
• 2.2 电力电缆的结构
• 2.2.1 线芯
• 2.2.2 绝缘层
• 2.2.3 外护层
• 2.3 绝缘材料
• 2.4 地下电缆的敷设形式与散热
• 2.4.1 直埋的方式
• 2.4.2 电缆沟形式
• 2.4.3 预埋管形式
• 2.4.4 电缆隧道形式
• 2.5 本章小结
• 第3章 地下电缆载流量的计算方法和优化模型
• 3.1 电缆载流量计算公式法
• 3.2 电缆载流量的数值计算方法
• 3.2.1 边界条件的处理
• 3.2.2 导热微分方程的离散
• 3.2.3 热源的确定
• 3.2.4 网格划分与坐标组合法
• 3.2.5 电缆载流量计算程序设计
• 3.3 优化模型
• 3.3.1 优化运行目标函数和约束条件
• 3.3.2 优化设计目标函数和约束条件
• 3.3.3 约束条件的处理
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于人工鱼群算法的电缆集群的优化运行与设计
• 4.1 引言
• 4.2 人工鱼群算法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 算法全局收敛基础
• 4.2.3 算法流程
• 4.2.4 算法的参数
• 4.3 基于人工鱼群算法计算电缆集群优化运行和位置优化的流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 程序结果验证和分析
• 5.1 引言
• 5.2 程序验证
• 5.3 电缆集群优化运行算例描述
• 5.4 电缆集群位置优化算例描述
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文
• 致谢