[发明专利]一种基于随机森林算法的电缆电场分布预测方法

说明书

本发明提供了一种基于随机森林算法的电缆电场分布预测方法，该方法利用有限元仿真软件获得电缆电场的数据集吗，将数据集分为训练集和测试集，通过随机森林算法对数据集进行人工智能学习，获得电缆电场分布的数据驱动模型。在不同的激励条件下，对电缆的电场分布进行预测，包括S1：获取含电缆模型的电气参数；S2：对电缆几何建模，并设置电场参数；S3：电缆电场预测模型的构建共三个步骤。本发明可以更加省时、高效对电缆在不同激励条件下的电场分布情况进行快速高效的预测。

技术领域

本发明属于电缆电场计算领域，尤其涉及在不同激励条件下，通过人工智能算法对电缆电场预测的计算方法。

背景技术

由于我国疆域辽阔，能源分布与经济发展水平各地不均，因此存在“西电东送、南北互供”的长距离输配电的技术需要，跨区域远距离输配电以直流输电、交流配电为主。多年来，随着我国电网基层架构日渐完善，各级电网输电能力都得到了显著增强，逐渐满足了随着经济科技提高的人民生活中的用电需求。但10kV配电网由于覆盖面积广、敷设环境恶劣等原因故障频发，配电网稳定性依然较为薄弱。由于配电线路数量庞大、结构复杂，一直是干扰电力系统稳定工作的隐患，但其运行中的问题复杂多样，很难进行系统性的研究。

随着我国经济飞速发展、城市建设的需要，各大城市配电线路中的架空线在一次次城市改造中逐渐被电力电缆取代。电力电缆主要分为充油式电缆、粘性浸渍纸式电缆与交联聚乙烯电缆三种，其中充油式电缆与粘性浸渍纸式电缆在20世纪得到了大量的应用。其中，充油式电缆有运行安全可靠、使用寿命长与传输功率大的优点，但其安装要求较高、安装过程复杂、对电缆线路的长度有一定的要求且存在环境污染隐患；粘性浸渍纸式电缆相对于充油式电缆来说没有长度要求且不需要单独的供油系统，但其安装过程依然较为复杂而且电缆在工作时承受的温度也有一定的要求。随着科学技术的发展，人们对于电压等级以及供电水平的需求逐渐提高，交联聚乙烯挤出式电缆在1999年诞生，最初的XLPE电缆运用在直流输电工程中，电压等级为80kV，相对于充油式电缆与粘性浸渍纸式电缆有耐高温、绝缘强度高、安装方便等优点，虽然起步较晚，但一经问世便得到了广泛关注与迅速普及。

电力电缆的主要作用是在有控制的方式下进行远距离传输高电力。因此，电力电缆必须满足化学、电气、机械和热的要求。虽然传统材料在化学、电气、机械和热方面比聚乙烯基绝缘材料表现出更优异的性能特性，但其应用的温度范围受到限制。XLPE是聚乙烯通过物理或化学交联等方法制得，它的三维网状结构改善了聚乙烯基的耐温、抗蠕变、抗冲击等性能。现代电力传输的新需求促进了电缆的快速发展。到目前为止，交联聚乙烯电缆已取代传统电缆在输电网、配电网中得到了大量的应用。

电缆敷设量的逐渐增加是近年来国家经济飞速发展所带来的必然趋势。电缆的使用不仅可以提高供电的可靠性以及传输效率，还有保护环境、美化城市等优点。但是随着电缆线路的增容，由于其发生故障而引起的事故频发，例如突然的停电影响居民日常用电、致使工厂停产、交通堵塞、严重时会导致火灾爆炸等事故，这些都会给社会造成巨大的经济损失。因此研究不同状态下电缆电磁场的变化规律，对于及时发现电缆故障并预防事故的发生、保证电缆安全稳定运行有着重要的意义。

本发明的目的在于克服现有技术不足，完成基于随机森林算法的电缆数据驱动模型的参数化建模，并保证其电场的准确性，并通过构建的基于随机森林算法的电缆数据驱动模型，对不同激励情况下电缆的电场分布情况进行快速的预测。

发明内容

本发明提供了一种基于随机森林算法的电缆电场分布预测方法，利用有限元计算软件，获取电缆电场的相关数据，然后通过随机森林算法对数据进行训练，得到电缆的数据驱动模型，通过数据驱动模型对电缆不同激励情况下的电场分布情况进行预测，所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取含电缆模型的电气参数；

步骤2：对电缆几何建模，并设置电场参数；

步骤3：电缆电场预测模型的构建。