海底电缆载流量计算软件设计与实现

摘要

海上风电技术的发展，是缓解用电紧张局面、调整能源结构的有效手段。作为重要的连接枢纽，自上世纪九十年代以来，在全球环境资源保护与能源协调优化配置的要求下，各国相继开展了各自的海缆设计工程。如何做到合理选择电缆的型号与截面，是目前许多电力设计企业都在着力解决的重要问题。现阶段进行载流量计算的方法主要分为三类：解析法、数值解法和试验测试法。目前国内外针对电力电缆载流量计算的软件开发研究仍处于初级阶段，没有针对海底电缆结构特点和敷设情况进行优化，没有较为成熟的基于有限元法的电缆载流量计算软件。 本文旨在编制一套包含海底电缆载流量两种主要计算方法：等效热阻法与有限元法，并且加入了电压损失计算与热稳定校验的海底电缆载流量计算软件，为海底电缆选型提供更好的依据。本文首先简单分析了海底电缆载流量计算、电压损失计算和热稳定校验的研究现状，对这几种算法原理做了详细阐述，选定等效热阻法、COMSOL with MATLAB与C# .NET混合编程、电压损失计算和热稳定校验计算方法作为软件的核心算法。然后总结了C#语言和面向对象技术，并详细分析了软件的设计思路和各个模块的流程图，接下来研究了软件的系统架构，并据此完成了软件的编译工作，开发完成的软件具有以下功能：应用等效热阻法的常见敷设条件下海底电缆载流量的计算、应用有限元法的常见敷设条件下的海底电缆载流量计算与温度场分析、对所选海底电缆线路进行电压损失计算与热稳定校验。最后，本文使用某电缆厂商提供的技术数据对软件的各个模块分别进行了测试验证了软件的计算准确性和实用性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 电缆研究现状

1.2.2 载流量与电压损失、热稳定校验研究现状

1.2.3 电缆载流量与电压损失、热稳定校验计算软件研究现状

第2章 海底电缆载流量计算方法研究

2.1 软件开发环境与方法

2.1.1 Visual C#概述[25]

2.1.2 面向对象软件设计方法

2.2 海底电缆载流量计算方法

2.2.1 等效热阻计算方法

2.2.2 有限元计算方法

2.3 电压损失计算与热稳定校验计算方法

2.3.1 电压损失计算

2.3.2 热稳定校验

2.4 本章小结

第3章 海底电缆载流量计算软件设计

3.1 软件功能设计

3.2 等效热阻法模块设计

3.2.1 交流三芯海底电缆模块设计

3.2.2 交流单芯海底电缆模块设计

3.2.3 直流海底电缆模块设计

3.3 有限元法模块设计

3.3.1 C# .NET与COMSOL with MATLAB混合编程基本原理

3.3.2 COMSOL建模

3.3.3 在MATLAB中修改.m文件

3.3.4 载流量计算模块设计

3.3.5 温度场分析模块设计

3.4 电压损失计算模块设计

3.5 热稳定校验模块设计

3.6 本章小结

第4章 海底电缆载流量计算软件功能实现

4.1 软件架构

4.2 等效热阻法模块的实现

4.2.1 交流三芯海底电缆模块

4.2.2 交流单芯海底电缆模块

4.2.3 直流海底电缆模块

4.3 有限元法模块的实现

4.3.1 载流量计算模块

4.3.2 温度场分析模块

4.4 电压损失计算模块的实现

4.5 热稳定校验模块的实现

4.6 本章小结

第5章 海底电缆载流量计算软件测试

5.1 交流海底电缆测试

5.1.1 等效热阻法模块的计算结果

5.1.2 有限元法模块的计算结果

5.2 直流海底电缆测试

5.2.1 等效热阻法模块的计算结果

5.2.2 有限元法模块的计算结果

5.3 电压损失计算测试

5.4 热稳定校验测试

5.5 软件性能测试

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢