[发明专利]基于紧支集径向基函数的海底电缆载流量快速计算方法

说明书

本发明公开了一种基于紧支集径向基函数的海底电缆载流量快速计算方法，包括如下步骤：S1、获取海缆参数及其取值范围；S2、构建基于紧支集径向基函数和电磁‑热‑流耦合的自适应表面响应模型；S3、利用构建的自适应表面响应模型快速计算任意海缆参数下的电缆载流量。本发明可以快速计算出任意电缆参数下的载流量，在保证计算结果准确性的同时，还能大大减少计算时间，降低计算成本。

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种海底电缆载流量快速计算方法。

背景技术

随着全球对海洋可再生能源开发以及部分岛屿、海上石油平台等对能源需求的增大，越来越多的海底电缆项目正在建设或筹划中。海底电缆只有在工作电流低于其额定载流量的情况下才能保持长期安全稳定运行。电缆的载流量主要由所使用绝缘材料的长期最高温度决定。例如对于广泛使用的交联聚乙烯(XLPE)电缆，缆芯导体的长期最高工作温度不能超过90摄氏度。

准确地评估海底电缆的温度场与载流量，事关其安全、稳定运行同时高效运行、节省建设成本。海底电缆(图1)的敷设方式有铺设和埋设两种，铺设即直接将海缆放在海底，一般用于深海；埋设则用电缆犁开沟，将海缆放在沟里再覆盖，常用于浅海。无论是埋设还是铺设方式，均归属于恒定电磁热源在自由流体(海水)或多孔介质(海底沉积物)内部的传热和流体流动问题，因此，分析海缆与周围介质的相互作用机理是准确计算海缆载流量的必要前提。

海缆与周围介质相互作用的耦合机理如下：海底电缆通入电流后产生电磁场，在导体及绝缘部分产生相应的损耗，损耗使电缆温度上升，并造成电缆及周围介质的温度场变化；由于海底电缆的导体电导率是与温度相关的函数，温度场的变化又反过来影响电导率变化，进而反过来影响电磁场和电缆损耗。此外，电缆周围介质温度场的改变使其周围的海水密度发生变化，密度变化产生的浮升力导致海水流动，海水流动产生的对流传热又会影响温度场的变化。因此，海底电缆需要耦合电磁场、热场、流体场来进行海缆载流量的计算。

在海缆载流量的计算中，海缆的参数为是输入变量，载流量为输出变量。因此，可以通过采用表面响应模型重构电缆参数与载流量的函数关系，进而提高计算效率，降低计算成本。

表面响应模型(RSM)是将数理统计知识用于建立系统(装置)输入-输出关系的一种方法。该方法的核心是根据系统在一系列采样点上的响应，利用一定的基函数构造输入-输出关系的解析解，因此，构造RSM模型需要解决的关键问题是确定合适的基函数以构造输出变量与输入变量的关系。

目前工程中RSM模型最常用的基函数是径向基函数(Radial Basis Function，RBF)。RBF的优点是：所构造的插值函数对于任意维的离散采样点的处理非常简单，且不需要太多的计算量。然而，基于全支撑径向函数构造的表面响应模型存在以下问题：(1)所构造的函数不是“某种”意义上的“最优”函数；(2)这种模型处理不规则的采样点比较困难；(3)不能自动实现算法参数的最佳匹配；(4)当采样点很多时，重构函数的计算仍需较大的计算资源。进一步地，由于表面响应模型在重构输入输出关系时，选取的采样点越多越密集，重构函数的精度也越高，但是计算的负担也相应增大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于紧支集径向基函数的海底电缆载流量快速计算方法。本发明可以快速计算出任意电缆参数下的载流量，在保证计算结果准确性的同时，还能大大减少计算时间，降低计算成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：基于紧支集径向基函数的海底电缆载流量快速计算方法，包括如下步骤：

S1、获取海缆参数及其取值范围；

S2、构建基于紧支集径向基函数和电磁-热-流耦合的自适应表面响应模型；

S3、利用构建的自适应表面响应模型快速计算任意海缆参数下的电缆载流量。