[发明专利]一种输电电缆及附件高频电气参数的无损评估方法

说明书

本发明公开了一种输电电缆及附件高频电气参数的无损评估方法，包括矢量拟合过程和参数优化过程，具体包括以下步骤：S1对电缆的频域模型进行矢量拟合，提出型集总参数等效电路模型，得到待优化电路模型参数；S2参数优化过程，首先在电缆首端注入激励脉冲源，得到实验测量波形，其次，结合实验测量波形对S1中初步提出的电路模型参数采用模拟退火算法进行优化，实现多参数识别。本发明采用无损脉冲信号激励、高频电路建模及分析、电路元件多参数识别的一系列算法和技术，实现了输电电缆及附件高频电气参数的无损评估，对准确评估行波波头的时间及幅值的变化，提高定位精度具有重要意义。

技术领域

本发明涉及无损评估方法领域，更具体地，涉及一种输电电缆及附件高频电气参数的无损评估方法。

背景技术

故障脉冲波形在复杂电缆线路中传播以及不同位置的反射都具有不同的特征；在线路拓扑结构已知的情况下，高压电缆行波在沿线传播时，电缆本体波阻抗不变，当行波传播至线路接头或与其它设备的连接点时，电路参数发生突变,波阻抗也随之突变，高压电缆本体、中间接头及终端头结构形态、各种绝缘介质特性及交叉互联导线在电缆线路分布参数的细化，是建立精确分析模型的基础；而以上每个部分的精确分布参数的建立，需要考虑结构、形态及各层介质特性等因素具体确定，尤其是电缆本体半导体屏蔽层，具有很强的频变特性，在物理数学模型的建立中必须加以考虑；无损地提取高频参数，充分考虑多种因素与参数对故障行波的传播分布、色散及波速影响，可以准确分析故障信号在网络中传播后在测量点的准确波形，得到故障行波确切的波头时间及幅值，有助于故障定位精度的提高。

国内外针对架空线、电缆及其混合线路的建模已经展开了大量的研究；然而，很少考虑载流导体、半导体层等具有频变特性的元件及电缆中间接头特性的影响，并且在模型分析方法方面多依赖ATP/EMTP或PASCAD等商用计算工具，未考虑频变元件模型。

目前关于电力电缆和单位长度参数提取的研究大多是利用矢量分析仪基于频域S参数的测量，但这种连接的参数以及矢量分析仪的校准误差对特征阻抗的提取有重要影响。因此对输电电缆及附件高频电气参数无损评估的精度不高。较为传统的电缆传输线参数提取方法主要是通过数值计算的方法，采用有限元分析手段来计算求解这些方法对于无损(或近似无损)的传输线是有效的，但由于未能反映传输线的线路损耗，因此评估精度并不高。

发明内容

本发明为克服上述现有技术对输电电缆及附件高频电气参数无损评估的精度不高的缺陷，提供一种输电电缆及附件高频电气参数的无损评估方法。

所述方法基于矢量拟合算法提出的Γ型集总参数等效电路模型，将理论模型与实验数据相结合，利用模拟退火算法将对高频电气参数进行优化从而实现无损评估。

矢量拟合算法是一种使用部分分式构成的有理函数来对多项式进行拟合的稳健的数值方法，它通过使用最小二乘法重复地计算一个线性方程直到迭代次数达到最大限制或者收敛结果满足要求为止。在本发明中，将其应用于电缆频域模型。

参数辨识技术，是一种将理论模型与实验数据结合起来用于预测的技术。参数辨识根据实验数据和建立的模型来确定一组参数值，使得由模型计算得到的数值结果能最好的拟合测试数据(可以看做是一种曲线拟合问题)，从而可以对未知过程进行预测，提供一定的理论指导。模拟退火算法是一种基于蒙特卡洛迭代的随机搜索算法，该方法的主要优点是即使在未有效选择初始值的情况下也可以防止产生局部最优解。在凝聚态物理学中，退火是首先将固体材料加热到最高温度使所有的分子在液态下随机排列，随后逐渐冷却形成完美晶体的物理过程。对优化问题采用模拟退火算法是通过模拟各个分子的状态和每个影响能量函数的参数的状态来实现的，优化过程中采用玻尔兹曼概率分布函数对实时温度下的能量进行描述。

本发明所述方法包括以下步骤：

S1：对电缆及附件的频域模型进行矢量拟合，提出Γ型集总参数等效电路模型，得到待优化电路模型参数；