(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211242107.8 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 国网浙江杭州市萧 山区供电有限公 司 地址 311202 浙江省杭州市萧 山区北干街 道金城路12 27号 申请人 浙江中新电力工程建 设有限公司 　 浙江中新电力工程建 设有限公司自 动化分公司 (72)发明人 翁利国　范华　余彬　练德强　 平伟军　洪达　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 黄卫萍(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) H02G 1/00(2006.01) H02G 1/06(2006.01) H02G 1/08(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增 负荷配置方法 (57)摘要 本发明公开了一种沟内堆积电缆群载流能 力预测及新增负荷配置方法， 步骤如下： 建立沟 内密集堆积电缆群的有限元仿真模 型； 构建基于 COMSOL和MATLAB联合仿真的电缆群载流能力预 测差分进化法； 对电缆群中的空载回路、 重载回 路以及断面载流能力进行预测； 给定新增负荷情 况下的轻载电缆优化与配置、 全电缆优化配置。 本发明采用COMSOL和MATLAB联合仿真及差分进 化算法， 对不同电缆群的载流能力进行预测， 最 大化载流能力， 该方法对 给定新增负荷在电缆群 中进行优化配置， 使新增负荷分布 合理并降低电 缆群温度， 提供一种针对沟内积聚电缆群载流能 力的预测方法， 对新增负荷进行优化配置， 有利 于提高电缆利用率并保证安全可靠运行。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 115481557 A 2022.12.16 CN 115481557 A 1.一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增负荷配置方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1、 针对配电电缆建立沟内密集堆积电缆群的有限元仿真模型， 并进行暂态热流耦合 场的计算； S2、 构建基于 COMSOL和MATLAB联合仿真的电缆群载流能力预测差分进化法； S3、 基于当前的电缆群运行状态对电缆群中的空载回路、 重载回路以及断面载流能力 进行预测； S4、 给定新增负荷情况 下， 对轻载电缆进行优化与配置； S5、 给定新增负荷情况 下， 对全电缆进行优化与配置 。 2.根据权利要求1所述的一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增负荷配置方法， 其 特征在于， 所述步骤S1 中， 针对10kV  XLPE配电电缆建立沟内密集堆积电缆群的有限元仿 真 模型， 其中， 10kV  XLPE配电电缆的热源包括导体损耗、 绝缘损耗和铠装层损耗， 根据传热学 相关理论， 电缆本体、 电缆沟壁与土壤通过热传导方式传递热量； 电缆表面与电缆沟沟壁存 在温度差， 两者之间存在热辐射； 沟内空气存在热对流， 沟内的流场和热场是强耦合关系， 采用二维热流模型进行仿真研究； 以日均负荷 反映一天内电缆回路的平均负荷、 以日负载系数Lf反映负荷曲线的波动 情况， 并且由于电缆负荷和温度是时间的函数， 电缆导体等效电阻是温度的函数， 因此导体 损耗和铠装层损耗是随着时间和温度变化的， 绝缘损耗是电压的函数， 由于电源电压不变， 绝缘损耗在暂态热计算中是定值； 利用C OMSOL有限元软件建立沟内密集堆积电缆群的热流 耦合仿真模型， 考虑该电缆沟的实际尺寸和电缆沟内堆积电缆回路数， 设置如下： 模型的下 边界设置温度为深层土壤温度， 左右 边界设置为热绝缘， 上边界设置为地面外部自然对流； 基于暂态热计算分析包括电缆群热场分布、 日均负荷、 负荷峰值以及2 4h内导体到达的最高 温度在内的运行状态。 3.根据权利要求2所述的一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增负荷配置方法， 其 特征在于， 所述日负载系数Lf的取值为日均负荷和日负荷峰值的商。 4.根据权利要求2所述的一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增负荷配置方法， 其 特征在于， 所述 步骤S2如下： 定义断面载流能力的期望值为常数M， 将常数M与电缆群的负荷电流之差最小作为目标 函数f， 以每根电缆 运行最高温度不超过90℃为约束， 进行 载流能力预测， 如下式(1)描述： 式中， 为第i条电缆的日均负荷， n为电缆的总条数， Ti(t)为第i条电缆在t时刻的导体 温度， 考虑到实际运行情况， 假设在优化中允许部分电缆负荷电流 不变； 利用有限元软件COMSOL和MATLAB联合仿真， 首先在COMSOL中建立电缆沟暂态热计算模 型， 并生成m.文件在MATLB中运行， 由改进差分进化 算法确定电缆群的负荷电流 值。 5.根据权利要求4所述的一种沟内堆积电缆群载流能力预测及新增负荷配置方法， 其 特征在于， 所述改进差分进化算法通过种群进化不断更新预测电缆的负荷电流值 并计算权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115481557 A 2目标函数f的值， 读取沟内堆积电缆群COMSOL有限元仿真模型输出的导体最高温度值Timax 计算预测优化问题的约束违背值， 其中， 约束违背值为导体温度与 90℃的差值， 最后根据选 择策略选取最优个体从而获得预测优化问题的最优解， 即断面载流能力达到最大时各电缆 的负荷电流， 实现过程如下： S21、 种群初始化， 在搜索空间内随机生成初始种群， 初始化种群大小为NP， 第θ个体向 量为 每个个体具有n个 基因位， 分别对应n条电缆的日均负荷； S22、 变异， 采用DE/best/2/bin变异策略， 采用自适应变异算子F增加种群多样性， 变异 个体向量 由上一代最优个体向量 加上偏差向量构成， 偏差向量由四个不同的随机 个体构成， 变异操作如下式(2)、 式(3)： 其中， 为变异中间个体向量， 为第g代种群最优个体向量， F为自适应变异算子， 为第g代种群中随机选取的四个不同个体， F0为变异算子， Gm为最大进化 代数， 分别设为0.3和10 0， g为当前进化代数； S23、 交叉， 将变异后 的中间个体 与上一代个体 按照下式(4)进行交叉生成个体 其中， 为交叉个体 第j个的基因， rand为[0,1]内的随机数， CR为交叉算子， j为 个体的第j个基 因位， 对应第j 条电缆的负荷电流， jrand为个体变量维度内 的随机基 因位， 对 应随机选取一条 预测电缆的负荷电流； S24、 选择， 当求解问题含有不等式约束gσ(x)≤0, σ ＝1,2 …q或等式约束hσ(x)＝0, σ ＝q +1,…m时， 定义约束违背值cv(x)如下式(5)： 其中， gσ(x)为不等式约束， hσ(x)为等式约束， q、 m为约束个数。 为了稳定有效的搜索到最优解， 选取适当的参数ε将等式约束转换为松弛的不等式约 束h(x)≤ ε， 参数 ε 的值由进化代数k控制， 如下式(6)、 式(7)所示： ε(0)＝cv(xθ)                        (6) 其中， xθ为初始种群按约束违背值从小到大排序的第θ个个体， θ＝0.0.5*NP， 取Tc＝ 0.2*NP， cp＝5； 个体的选择由目标函数f的值和约束违背值cv(x)决定， 当父代个体和交叉后的子代个权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115481557 A 3