【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力電纜領域，特別是一種基于iwoa算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法。
技術介紹
1、近年來，隨著沿海地區能源需求量的不斷擴大，海上風力發電在全球范圍內發展迅速。交流送出是海上輸電的重要形式，通常50km以內的海上風電采用交流輸電。為了提高功率傳輸效率，需要提高交流電壓等級，110kv以上的海纜一般為單芯結構。由于海底電纜需要兩端接地，因此接地回路中會出現感應環流，分析單芯海纜中的環流對于優化海纜設計、分析系統損耗具有重要意義，是保證海上能源安全的重要基礎。基于傳輸線模型的解析計算是研究海纜環流的經典方法，但當前該方法在進行建模時普遍認為海纜鎧裝層為均勻的整層結構，與實際海纜的金屬絲(鋼絲)鎧裝存在差異，這種不同將導致計算誤差。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決上述問題，設計了一種基于iwoa算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法。具體設計方案為：
2、一種基于iwoa算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，包括模型建立步驟、參數求取步驟、參數優化步驟，所述模型建立步驟中，基于傳輸線理論，在matlab中建立海纜的傳輸線解析計算模型，所述參數求取步驟中，基于有限元法建立海纜鋼絲鎧裝有限元模型，計算得到護套和鎧裝的感應電壓和接地環流，作為模型優化的參考值，所述參數優化步驟中，參照海纜的簡化結構，基于有限元法建立海纜整層鎧裝有限元模型，通過matlab和comsol聯合仿真，并基于iwoa算法搜尋海纜鎧裝層的電阻率和磁導率，得到接近參考值的搜尋結果
3、所述模型建立步驟中，電纜的傳輸線建模公式如下，傳輸線模型中沿電纜軸向z位置導體的電壓和電流波由電報方程(1)計算：
4、
5、
6、v和i定義為：
7、v＝(vc，vs，va)t
8、i＝(ic，is，ia)t??????(2)
9、其中，vc，vs，va是導體、金屬護套和鎧裝相對于地的電壓，電流i的下標遵循相同的意義，阻抗矩陣z和導納矩陣y定義如下：
10、
11、對于海底電纜，公共接地為多導體傳輸線分析的參考電壓。電纜每個金屬層之間的阻抗和導納如圖3所示。
12、阻抗矩陣z中的元素計算如下：
13、zcc＝zc，out+zins，1zs，in-2zs，m+zs，out+zins，2+za，in-2za，m+za，out+zins，3+zg
14、zcs＝-zsm+zs，out+zins，2+za，in-2za，m+za，out+zins，3+zg
15、zss＝zs，out+zins，2+za，in-2za，m+za，out+zins，3+zg
16、zca＝zsa＝-za，m+za，out+zins，3+zg
17、zaa＝za，out+zins，3+zg????????(4)
18、其中，zc，out是導體的內部阻抗，zins，1是xlpe絕緣中時變磁場引起的阻抗，zs，in是內護套的內部阻抗，zs，m是護套互阻抗，zs，out是護套外表面內部阻抗，zins，2是鉛護套和鎧裝之間絕緣中時變磁場引起的阻抗，zins，3是外護套中時變磁場引起的阻抗，zg是接地回路的自阻抗。
19、傳輸線解析計算方法對海纜建模時認為海纜鎧裝層為均勻整層結構，與實際海纜的金屬絲鎧裝結構存在差異，需要對傳輸線海纜模型中鎧裝層的參數進行優化，其中鎧裝層的關聯阻抗參數為za，in，za，m和za，out。za，in是鎧裝的內部阻抗(通過導體返回的單位電流在護套內表面上的壓降)
20、
21、
22、ρa，μa和ma分別為鎧裝的電阻率、磁導率和反滲透深度。
23、za，m是護套互阻抗，表示單位電流通過內(外)導體返回時沿護套外(內)表面的壓降，此處外導體為接地
24、
25、za，out是鎧裝外表面內部阻抗(電流通過接地返回時沿護套外表面的電壓降)
26、
27、y矩陣可由下列公式表示
28、
29、
30、
31、ycs＝-yocyca＝0
32、
33、其中，εxlpe為xlpe的相對介電常數，εbedding為鎧裝墊層的相對介電常數，εoutersheath為外護套的相對介電常數。
34、所述參數求取步驟中，建立鎧裝鋼絲海纜有限元模型，求解的控制方程如下：
35、
36、式中：為矢量微分算子；h為磁場強度(a/m)；j(a/m2)為電流密度矢量；b為磁感應強度(t)；a為磁矢量(wb/m)；σ(s/m)為電導率；e(v/m)為電場矢量；je(a/m2)為外部注入電流密度。對式中的場強e進行積分可以得到電壓值。
37、通過搭建海纜的簡化替代模型測量護套以及鎧裝的感應電壓，并以有限元海纜模型仿真結果與實驗對照，以驗證有限元模型的正確性，所得護套和鎧裝的感應電壓和接地環流作為參考值。
38、所述參數優化步驟中，建立如圖2所示的整層鎧裝海纜有限元模型，將鎧裝層的磁導率和電阻率設為自變量，海纜護套和鎧裝的感應電壓和接地環流設置為因變量，以鎧裝鋼絲海纜有限元模型的仿真結果中的感應電壓與接地環流為目標值，設定誤差函數為
39、
40、
41、其中，f1為感應電壓的誤差函數，v整層和為整層鎧裝海纜模型中感應電壓有效值和相位，v鋼絲和為鋼絲鎧裝海纜模型中感應電壓有效值和相位；f2為接地環流的誤差函數，i整層和為整層鎧裝海纜模型中接地環流有效值和相位，i鋼絲和為鋼絲鎧裝海纜模型中接地環流有效值和相位。
42、通過iwoa算法對整層鎧裝海纜模型中鎧裝的電阻率和磁導率進行優化，以獲得與參考值接近的計算結果，提取等效后的鎧裝電阻率和磁導率帶入海纜傳輸線解析計算模型中，以提高仿真精度。
43、通過本專利技術的上述技術方案得到的基于iwoa算法的精確的海纜傳輸線解析模型構建方法，其有益效果是：
44、首先通過傳輸線理論建立海纜傳輸線解析計算模型，然后利用有限元仿真模型和matlab聯合仿真，通過iwoa算法得到海纜整層鎧裝結構下等效優化的電阻率和磁導率，并用于海纜傳輸線解析計算模型中。相比于未等效的海纜傳輸線解析計算模型，等效后的結果具有更高的仿真精度。
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1.一種基于IWOA算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，包括模型建立步驟、參數求取步驟、參數優化步驟，所述模型建立步驟中，基于傳輸線理論，在MATLAB中建立海纜的傳輸線解析計算模型，所述參數求取步驟中，基于有限元法建立海纜鋼絲鎧裝有限元模型，計算得到護套和鎧裝的感應電壓和接地環流，作為模型優化的參考值，所述參數優化步驟中，參照海纜的簡化結構，基于有限元法建立海纜整層鎧裝有限元模型，通過MATLAB和COMSOL聯合仿真，并基于IWOA算法搜尋海纜鎧裝層的電阻率和磁導率，得到接近參考值的搜尋結果，并將優化后的電阻率和磁導率用于海纜的傳輸線解析計算模型以提高仿真效率。
2.根據權利要求1中所述的基于IWOA算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，其特征在于，所述模型建立步驟中，電纜的傳輸線建模公式如下，傳輸線模型中沿電纜軸向z位置導體的電壓和電流波由電報方程(1)計算：
3.根據權利要求1中所述的基于IWOA算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，其特征在于，所述參數求取步驟中，建立鎧裝鋼絲海纜有限元模型，求解的控制方程如下：
4.根據權利要求1中
5.根據權利要求1中所述的基于IWOA算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，其特征在于，通過IWOA算法對整層鎧裝海纜模型中鎧裝的電阻率和磁導率進行優化，以誤差函數最小為邊界條件，以獲得與參考值接近的計算結果，提取等效后的鎧裝電阻率和磁導率帶入海纜傳輸線解析計算模型中，修正與鎧裝層電阻率和磁導率關聯的阻抗矩陣參數za，in，za，m和za，out，提高仿真精度。
...【技術特征摘要】
1.一種基于iwoa算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，包括模型建立步驟、參數求取步驟、參數優化步驟，所述模型建立步驟中，基于傳輸線理論，在matlab中建立海纜的傳輸線解析計算模型，所述參數求取步驟中，基于有限元法建立海纜鋼絲鎧裝有限元模型，計算得到護套和鎧裝的感應電壓和接地環流，作為模型優化的參考值，所述參數優化步驟中，參照海纜的簡化結構，基于有限元法建立海纜整層鎧裝有限元模型，通過matlab和comsol聯合仿真，并基于iwoa算法搜尋海纜鎧裝層的電阻率和磁導率，得到接近參考值的搜尋結果，并將優化后的電阻率和磁導率用于海纜的傳輸線解析計算模型以提高仿真效率。
2.根據權利要求1中所述的基于iwoa算法的精確海纜傳輸線解析模型構建方法，其特征在于，所述模型建立步驟中，電纜的傳輸線建模公式如下，傳輸線模型中沿電纜軸向z位置導體的電壓和電流波由電報方程(1)計算：
3.根據權利要求1中所...
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