基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法及系统与流程

本发明涉及电气设备及电气工程，更具体地，涉及一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法及系统。

背景技术：

1、海上大规模风电场产生的高频谐波，会通过电缆的传导作用渗透和扩散至各级电网，传播演变过程中还可能引发多次谐波放大。高频谐波将导致接入电网的设备运行失稳甚至绝缘击穿；同时在设备中产生附加谐波损耗，降低运行效率；此外还将影响二次测量装置，导致继电保护设备误动等，危害电网安全稳定运行。高频谐波在电力系统设备中传播，会使设备偏离正常运行状态，出现运行失稳，同时高频谐波产生的谐波放大及谐振现象，将导致设备承受过电流或过电压，造成设备绝缘击穿或烧毁，引发电力系统故障。高频谐波电流在电缆中流动除增加线损外，还影响测量和计量等仪器的准确性，干扰电力系统中以基波量为基础的继电保护装置、自动控制装置和计算机的正常工作，造成设备的误动作。

2、研究电缆适用于高频谐波传播特性分析的建模方法，是解决大规模风电场经电缆送出谐振风险问题的重要手段和前提条件。现有用于高频谐波分析的电缆往往采用电磁暂态模型，无法满足大电网高频谐波传播特性和谐振风险研究的实际应用场景和计算需求。

技术实现思路

1、本发明技术方案提供一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法及系统，以解决如何基于电缆建模对高频谐波传播进行评估的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法，所述方法包括：

3、基于电缆的结构参数，确定电缆的pi模型结构；

4、计算所述pi模型结构的模型参数；

5、基于计算出的模型参数，对高频谐波在电缆中传播发生谐振的风险进行评估。

6、优选地，所述模型参数包括：单位长电容、单位长阻抗。

7、优选地，所述单位长电容的计算公式：

8、

9、其中，ε为电缆绝缘层的介电常数，r2为电缆芯外半径，r3为电缆金属屏蔽层内半径。

10、优选地，所述单位长阻抗包括：绝缘阻抗、外壳的内表面阻抗以及管状导体的外表面阻抗；

11、z＝zcore,out+zcore-shell,insu+zshell,in

12、其中，zcore-shell,insu为电缆的绝缘阻抗，zshell,in为电缆的金属屏蔽层的内表面阻抗，zcore,out为电缆的电缆芯的外表面阻抗，z为电缆的单位长阻抗。

13、优选地，其中，所述电缆的绝缘阻抗的计算公式：

14、

15、其中，μ为绝缘层的磁导率，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，r2为电缆芯外半径，r3为电缆金属屏蔽层内半径。

16、优选地，其中，所述外表面阻抗的计算公式为：

17、

18、dcore,out＝i1(mcorer2)k1(mcorer1)-i1(mcorer1)k1(mcorer2)

19、

20、其中，i0、i1为第一类修正bessel函数，k0、k1为第二类修正bessel函数，mcore为复数透入深度的倒数，ρcore为电缆芯的电导率，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，r1为电缆芯内半径，r2为电缆芯外半径，μ为绝缘层的磁导率，dcore，out为电缆芯外直径。

21、优选地，其中，所述内表面阻抗的计算公式为：

22、

23、dshell,in＝i1(mr4)k1(mr3)-i1(mr3)k1(mr4)

24、

25、其中，i0、i1为第一类修正bessel函数，k0、k1为第二类修正bessel函数，m为复数透入深度的倒数，ρshell为电缆金属屏蔽层的电导率，sshell，in为电缆金属屏蔽层内直径，r3为电缆金属屏蔽层内半径，r4为电缆金属屏蔽层外半径，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，μ为绝缘层的磁导率，ρ为电缆芯的电导率。

26、基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的系统，所述系统包括：

27、初始单元，用于基于电缆的结构参数，确定电缆的pi模型结构；

28、计算单元，用于计算所述pi模型结构的模型参数；

29、评估单元，用于基于计算出的模型参数，对高频谐波在电缆中传播发生谐振的风险进行评估。

30、优选地，所述模型参数包括：单位长电容、单位长阻抗。

31、优选地，所述单位长电容的计算公式：

32、

33、其中，ε为电缆绝缘层的介电常数，r2为电缆芯外半径，r3为电缆金属屏蔽层内半径。

34、优选地，所述单位长阻抗包括：绝缘阻抗、外壳的内表面阻抗以及管状导体的外表面阻抗；

35、z＝zcore,out+zcore-shell,insu+zshell,in

36、其中，zcore-shell,insu为电缆的绝缘阻抗，zshell,in为电缆的金属屏蔽层的内表面阻抗，zcore,out为电缆的电缆芯的外表面阻抗，z为电缆的单位长阻抗。

37、优选地，其中，所述电缆的绝缘阻抗的计算公式：

38、

39、其中，μ为绝缘层的磁导率，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，r2为电缆芯外半径，r3为电缆金属屏蔽层内半径。

40、优选地，其中，所述外表面阻抗的计算公式为：

41、

42、dcore,out＝i1(mcorer2)k1(mcorer1)-i1(mcorer1)k1(mcorer2)

43、

44、其中，i0、i1为第一类修正bessel函数，k0、k1为第二类修正bessel函数，mcore为复数透入深度的倒数，ρcore为电缆芯的电导率，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，r1为电缆芯内半径，r2为电缆芯外半径，μ为绝缘层的磁导率，dcore，out为电缆芯外直径。

45、优选地，其中，所述内表面阻抗的计算公式为：

46、

47、dshell,in＝i1(mr4)k1(mr3)-i1(mr3)k1(mr4)

48、

49、其中，i0、i1为第一类修正bessel函数，k0、k1为第二类修正bessel函数，m为复数透入深度的倒数，ρshell为电缆金属屏蔽层的电导率，dshellin为电缆金属屏蔽层内直径，r3为电缆金属屏蔽层内半径，r4为电缆金属屏蔽层外半径，j为复数单位，ω为电网频率对应的角速度，μ为绝缘层的磁导率，ρ为电缆芯的电导率。

50、基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法。

51、基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

52、所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

53、所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法。

54、本发明技术方案提供了一种基于电缆建模对高频谐波传播特性进行评估的方法及系统，其中方法包括：基于电缆的结构参数，确定电缆的pi模型结构；计算所述pi模型结构的模型参数；基于计算出的模型参数，对高频谐波在电缆中传播发生谐振的风险进行评估。本发明提出了一种适用于大电网高频谐波传播特性分析的电缆建模方法及系统，可用于大电网建模仿真，能够模拟电缆在高频谐波输入下的幅频特性。