基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法

技术领域

本发明涉及电力电缆载流量技术领域，尤其涉及一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法。

背景技术

动态载流量提升技术对我国输电线路的增容提效具有重要意义。而电缆作为铺设量最大的一次设备之一，结构看似简单，但是含有大量的中间接头与终端头，铺设距离长，环境统一性很差，近年来其热故障频发，成为电网动态增容的短板环节。因此对电缆的/中间接头/终端头的动态载流量预测是提升电力系统载荷能力的关键环节。

公开号为CN104597343A的中国发明专利申请提供了一种高压电缆线路动态载流量评估方法,包括以下步骤：步骤一,确定所要评估电缆的本体特征参数；步骤二,确定所要评估电缆的敷设环境参数；步骤三,通过测量获取电缆敷设地土壤的水分迁移系数和相关风速、水流速、太阳照射相关参数；步骤四,利用COMSOL建模软件,建立电力电缆载流量的相关模型,建立电力电缆本体特征模型和电缆在运行状态下的动态模型；步骤五,确定计算电力电缆载流量模型的边界条件和处理不连续点的方式；步骤六,根据确定的边界条件和处理不连续点的方式,输入相关计算参数,输出计算结果；步骤七,根据计算结果,综合分析得出电缆线路动态载流量的评价结果。本方法能够对高压电缆动态载流量进行准确的定量评估。

而电力设备的载流瓶颈点在于热点，对于输配电线路而言，热点通常出现在导体连接处，而目前的动态载流量研究均只针对线路本体，却忽视了中间接头，很可能导致预报载流量高于实际线路载流量，造成安全隐患。

而在动态载流量的超前预测方面，目前绝大多数研究都是基于稳态热平衡方程，实际上环境和负载都是时刻变化的，特别是电缆沟中的电缆的散热环境不均匀，若不考虑温升的暂态过程，则会导致对电缆沟中的电缆的中间接头的载流量的预测精度较差。

发明内容

本发明提供了一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法，解决了现有技术中对电缆沟中的电缆的中间接头的载流量的预测精度较差的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法，包括以下步骤：

采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，所述温升数据集包括温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系；

对所述温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集；

根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合；

基于VARMAX模型对所述温升-负荷响应模型集合进行训练，其中，以负荷变化数据为激励输入，并以温升数据为响应输出，构建VARMAX温升预测模型；

获取未来时刻的负荷变化数据，将未来时刻的负荷变化数据输入至所述VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据；

根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量。

优选地，本方法还包括：

通过分布式光纤采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据。

优选地，基于VARMAX模型对所述温升-负荷响应模型集合进行训练，其中，以负荷变化数据为激励输入，并以温升数据为响应输出，构建VARMAX温升预测模型的步骤具体包括：

构建VARMAX模型为：

其中：

式中，na为自回归变量的阶数，nb为外生变量的总阶数，nc为流动平均数的阶数，

以负荷数据作为激励信号序列，并以温升数据作为响应信号序列代入到VARMAX模型中，计算自回归变量的参数矩阵A

基于VARMAX模型，根据有常值解的负荷数据以及其对应的温升数据得到一系列的自回归变量的参数矩阵A

利用回归算法解析自回归变量的参数矩阵A

优选地，根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量的步骤具体包括：

根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算未来时刻的最大温升裕度；

将未来时刻的最大温升裕度输入到温升-负荷响应模型集合中，匹配得到负荷数据为未来时刻的动态载流量。

第二方面，本发明提供了一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测系统，包括：

数据采集模块，用于采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，所述温升数据集包括温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系；

数据分类模块，用于对所述温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集；

响应模型构建模块，用于根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合；

预测模型构建模块，用于基于VARMAX模型对所述温升-负荷响应模型集合进行训练，其中，以负荷变化数据为激励输入，并以温升数据为响应输出，构建VARMAX温升预测模型；

温升预测模块，用于获取未来时刻的负荷变化数据，将未来时刻的负荷变化数据输入至所述VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据；

载流量预测模块，用于根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量。

优选地，本系统还包括：分布式光纤，用于采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据。

优选地，所述预测模型构建模块具体包括：

模型构建模块，用于构建VARMAX模型为：

其中：

式中，na为自回归变量的阶数，nb为外生变量的总阶数，nc为流动平均数的阶数，

参数矩阵计算模块，用于以负荷数据作为激励信号序列，并以温升数据作为响应信号序列代入到VARMAX模型中，计算自回归变量的参数矩阵A

参数矩阵保留模块，用于基于VARMAX模型，根据有常值解的负荷数据以及其对应的温升数据得到一系列的自回归变量的参数矩阵A

温升预测模型构建模块，用于利用回归算法解析自回归变量的参数矩阵A

优选地，所述载流量预测模块具体包括：

温升裕度计算模块，用于根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算未来时刻的最大温升裕度；

载流量计算模块，用于将未来时刻的最大温升裕度输入到温升-负荷响应模型集合中，匹配得到负荷数据为未来时刻的动态载流量。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过考虑工况问题，采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，并按照不同工况对温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集，还根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合，基于VARMAX模型对温升-负荷响应模型集合进行训练，构建VARMAX温升预测模型，将未来时刻的负荷变化数据输入至VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据，根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量，从而充分考虑温升的暂态过程，提高了电缆中间接头的载流量的预测精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法，包括以下步骤：

S1、采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，温升数据集包括温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系。

在一个示例中，通过分布式光纤采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据。

还可以通过温度传感器或者红外成像技术采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据。

S2、对温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集。

其中，工况指的不是一个特殊环境条件下的数据点，而是负荷按照一定规律变化的一段数据组。比如可以是节假日情况下的一段时间的负荷变化下的电缆中间接头/终端头温升情况，也可以是长周期比如一周内的负荷变化下的电缆中间接头/终端头温升情况。

S3、根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合。

其中，温升-负荷响应模型集合可以是负荷变化-温升变化，也可以是温升变化-负荷变化。前后关系分别代表输入和输出关系。

S4、基于VARMAX模型对温升-负荷响应模型集合进行训练，其中，以负荷变化数据为激励输入，并以温升数据为响应输出，构建VARMAX温升预测模型。

S5、获取未来时刻的负荷变化数据，将未来时刻的负荷变化数据输入至VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据；

S6、根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量。

需要说明的是，本实施例提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法，通过考虑工况问题，采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，并按照不同工况对温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集，还根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合，基于VARMAX模型对温升-负荷响应模型集合进行训练，构建VARMAX温升预测模型，将未来时刻的负荷变化数据输入至VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据，根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量，从而充分考虑温升的暂态过程，提高了电缆中间接头的载流量的预测精度。

在一个具体实施例中，步骤S4具体包括：

S401、构建VARMAX模型为：

其中：

/>

式中，na为自回归变量的阶数，nb为外生变量的总阶数，nc为流动平均数的阶数，

其中，上述模型的广义动态方程可以写为：

式中，M、C、K分别是系统的质量、阻尼和刚度矩阵，

S402、以负荷数据作为激励信号序列，并以温升数据作为响应信号序列代入到VARMAX模型中，计算自回归变量的参数矩阵A

S403、基于VARMAX模型，根据有常值解的负荷数据以及其对应的温升数据得到一系列的自回归变量的参数矩阵A

S404、利用回归算法解析自回归变量的参数矩阵A

其中，对回归算法不做限定。

在一个具体实施例中，步骤S6具体包括：

S601、根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算未来时刻的最大温升裕度；

S602、将未来时刻的最大温升裕度输入到温升-负荷响应模型集合中，匹配得到负荷数据为未来时刻的动态载流量。

以上为本发明提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测系统的实施例的详细描述。

为了便于理解，请参阅图2，本发明提供的一种基于VARMAX模型的电缆中间接头的载流量预测系统，包括：

数据采集模块100，用于采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据以及对应的负荷变化数据，并构建温升数据集，温升数据集包括温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系；

数据分类模块200，用于对温升数据集按照工况进行分类，得到各个工况类别下的子数据集；

响应模型构建模块300，用于根据每个子数据集内的温升数据以及其对应的负荷变化数据之间的映射关系，构建温升-负荷响应模型集合；

预测模型构建模块400，用于基于VARMAX模型对温升-负荷响应模型集合进行训练，其中，以负荷变化数据为激励输入，并以温升数据为响应输出，构建VARMAX温升预测模型；

温升预测模块500，用于获取未来时刻的负荷变化数据，将未来时刻的负荷变化数据输入至VARMAX温升预测模型中，输出对应的未来时刻的温升数据；

载流量预测模块600，用于根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算电缆中间接头对应的未来时刻的动态载流量。

在一个具体实施例中，本系统还包括：分布式光纤，用于采集电缆沟中的电缆中间接头在各工况下的温升数据。

在一个具体实施例中，预测模型构建模块具体包括：

模型构建模块，用于构建VARMAX模型为：

其中：

/>

式中，na为自回归变量的阶数，nb为外生变量的总阶数，nc为流动平均数的阶数，

参数矩阵计算模块，用于以负荷数据作为激励信号序列，并以温升数据作为响应信号序列代入到VARMAX模型中，计算自回归变量的参数矩阵A

参数矩阵保留模块，用于基于VARMAX模型，根据有常值解的负荷数据以及其对应的温升数据得到一系列的自回归变量的参数矩阵A

温升预测模型构建模块，用于利用回归算法解析自回归变量的参数矩阵A

在一个具体实施例中，载流量预测模块具体包括：

温升裕度计算模块，用于根据电缆的预设最大温度限值和未来时刻的温升数据计算未来时刻的最大温升裕度；

载流量计算模块，用于将未来时刻的最大温升裕度输入到温升-负荷响应模型集合中，匹配得到负荷数据为未来时刻的动态载流量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。