一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法与流程

1.本发明涉及输变电工程技术领域，具体为一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法。


背景技术：

2.在国家电网倡导构建新能源为主体的新型电力系统的当下，利用数字化、智能化的手段保障电力系统安全稳定运行更是必不可少的。当前，直流系统的数字化仿真及建模技术仍然达不到一定的研究深度，而且针对直流微型断路器极差和电缆计算的数字化建模技术没有研究，主要研究还是主要的设备选型、系统仿真及蓄电池建模等方面。在数字化技术和计算机机器算法技术在工程建设应用的不断推广和发展下，原本传统的直流系统馈线极差配合简单计算和应用已经不能满足当下要求，而且高比例新能源接入后复杂的电路非线性情况也将对直流系统产生巨大的冲击，急需向智能化、数字化发展。针对此种情况，提出一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法,充分利用数字化技术和机器算法提升工程中的直流系统计算的精细化、实用化和一体化水平。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法。
5.(二)技术方案
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法，包括以下步骤：
7.s1：机器算法分析；
8.通过对数据进行预测和分析，特别是对未知新数据的分析，达到对数据进行准确的统计预测以及解决方式；
9.s1.1：对现有数据进行梯度下降算法；
10.首先对系数向量初始化，然后逐步迭代更新系数向量值，进行目标函数的极小化，直到收敛；
11.梯度下降法是一种迭代算法，选取适当的初值x(0)，不断迭代，更新x的值，进行目标函数的极小化，直到收敛，由于负梯度方向是使函数值下降最快的方向，在迭代的每一步，以负梯度方向更新x的值，从而达到减少函数值的目的；
12.梯度下降法算法主要是：
13.输入：目标函数f(x)，梯度函数计算精度ε；
14.输出：f(x)的极小点x
*
；
15.k1取初始值x
(0)
∈rn，置k＝0
16.k2计算f(x
(k)
)
17.k3计算梯度gk＝g(x
(k)
)，当||gk||＜ε时，停止迭代，令x
*
＝x
(k)
；否则，令pk＝-g(x
(k)
)，求λk，使
[0018][0019]
k4置x
(k 1)
＝x
(k)
λkpk，计算f(x
(k 1)
)
[0020]
当||f(x
(k 1)
)-f(x
(k)
)||＜ε或||x
(k 1)-x
(k)
||＜ε时，停止迭代，令x
*
＝x
(k 1)
[0021]
k5否则，置k＝k 1，转k3；
[0022]
s1.2：用梯度下降算法模拟直流断路器极差和电缆计算；
[0023]
正常情况下，直流系统的短路电流可以由电缆截面和直流断路器的电阻的数学关系式表达，而直流微型断路器的额定脱扣电流值应保证下一级断路器出口短路时脱扣器瞬时保护可靠不动作整定和本级断路器出口短路时脱扣器瞬时保护可靠动作整定，考虑最接近中间值为最优值，这样设定的函数是可微分函数；
[0024]
在计算直流系统短路电流时需要对直流断路器额定电流假设一个值，可对应得出直流断路器的电阻值；对直流各级断路器额定脱扣电流设置一个初始值x
(0)
，这样可以得出该数学关系式的各系数；定义一个代价函数j(θ)，以常见的均方根误差形式体现为：
[0025][0026]
式(1)中，h
θ
(x(i))可以用可微分的函数表示为：
[0027]hθ
(x(i))＝c0θ
0-1
c1θ
1-1
c2θ
2-1
c3x(i)，其中c0，c1，c2，对应的三个层级电缆截面的参数的中间值；c3对应的直流微型断路器额定电流转成电阻值的参数值；
[0028]
代价函数j(θ)中，变量有三个，即θ0，θ1，θ2，代表三个不同层级的电缆截面，即蓄电池回路至直流主柜，直流主柜至直流分电柜，直流分电柜到末端；
[0029]
s2：直流系统馈线断路器极差计算数字建模；
[0030]
s2.1：直流馈线负荷数字建模；
[0031]
数字化建模主要是将上述各个特性的负荷赋予负荷系数、经常电流、事故放电时间等属性信息，然后将直流系统涉及的设备规模进行建模；
[0032]
s2.2：直流断路器的级差配合建模；
[0033]
直流断路器极差配合的数字化建模主要针对的是三级直流断路器配置情况和四级直流断路器配置情况；
[0034]
s2.2.1：三级直流断路器配置情况；
[0035]
三级直流断路器配置中主要是第二级和第三级的直流断路器级差配合和断路器选型，即为直流馈线柜到主控室中任意一个保护柜的直流断路器出口的保护配合；
[0036]
q1第三级直流断路器计算：
[0037]
直流系统短路电流计算：
[0038]isc
＝un/∑ri[0039]
∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
[0040]
q2第二级直流断路器计算：
[0041]
直流系统短路电流计算可参考式i
sc
＝un/∑ri、∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
，其中回路电阻之和中去掉r
s3
(主变保护柜内直流断路器内阻)，计算出的短路电流为直流馈线柜s2断
路器末端处短路电流为id3；
[0042]
根据5044直流规范要求，第二级直流断路器可配置c型直流断路器，这里将比较三种型号的直流断路器，满足级差配合：
[0043]
ch型直流断路器瞬时脱扣范围为：14in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
14in
×
(1 20％)；
[0044]
c型直流断路器瞬时脱扣范围为：10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)；
[0045]
三段式直流断路器短路短延时整定值：10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)，时间常数5ms，短路瞬时脱扣电流值1680a；
[0046]
若选择ch，则瞬时脱扣值上限14in
×
(1 20％)＜id3,瞬时脱扣值下限14in
×
(1-20％)＞id4；
[0047]
若选择c型微断，则瞬时脱扣值上限10in
×
(1 20％)＜id3,瞬时脱扣值下限10in
×
(1-20％)＞id4；
[0048]
若ch型和c型均不满足级差配合则可选择三段式断路器，即满足短延时脱扣值上限10in
×
(1 20％)＜id3；
[0049]
s2.2.2：四级直流断路器配置；
[0050]
四级直流断路器配置中主要是第二级和第三级，指主控室中的直流馈线屏直流断路器与设备区的直流分电屏直流断路器的级差配合和断路器配置型式，以及第三级和第四级的级差配合，即直流分电屏直流断路器与末端智能控制屏或配电区直流断路器间配合；智能变电站中设备大部分在配电区，这样全站的直流负荷大部分都集中在直流分电屏中；且由于直流分电屏与主控室直流馈线屏距离较常规智能变电站的布置情况近，在直流分电屏出口处短路时，短路电流有可能在上一级直流断路器的瞬时动作区内，造成越级跳闸；
[0051]
这里将比较两种型号的直流断路器，满足级差配合：
[0052]
塑壳式直流断路器，瞬时脱扣范围为：10in,极限短时耐受电流20～30ka,时间15ms；
[0053]
塑壳式选择性直流断路器，瞬时脱扣值18in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
18in
×
(1 20％)，短路短延时电流整定值10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)，短路短延时整定值30～60ms；
[0054]
若选择塑壳式直流断路器，则id4《10in《id3，可得出所选择直流断路器额定电流；
[0055]
若选择塑壳式选择性直流断路器，则瞬时脱扣值上限18in
×
(1 20％)《id3，瞬时脱扣值下限18in
×
(1-20％)》id4；若瞬时脱扣不满足选择性要求，则短延时脱口值上限10in
×
(1 20％)《id3；
[0056]
s3：直流系统电缆计算数字建模；
[0057]
直流系统数字化建模需要对电缆截面进行精准计算和建模；电缆截面应按照电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件选择，公式如下：
[0058]ipc
≥i
ca1
[0059][0060]ica
＝max(i
ca1
,i
ca2
)
[0061]
式中：i
pc
为电缆允许载流量，a；i
ca1
为回路长期工作计算电流，a；s
cac
为电缆计算截面，mm2；l为电阻系数，取铜导体为0.0184ω
·
mm2/m；l为电缆长度，m；i
ca
为允许电压降计算电流，a；δu
p
为回路允许电压降，v；i
ca1
为回路长期工作计算电流，a；i
ca2
为回路短时工作计
算电流，a
[0062]
s3.1：蓄电池回路电缆计算建模；
[0063]
式中：i
ca1
为事故停电时间的蓄电池放电率电流，a；i
ca2
为事故初期(1min)冲击放电电流，a；
[0064]ica1
＝i
d1h
＝kc×c10
[0065][0066]
s3.2：直流馈线至直流分电屏电缆计算建模；
[0067][0068]
s3.3：根据规程要求，集中辐射形供电的直流柜到终端回路负荷电流按id计算；
[0069][0070]
s3.4：直流分电至其他保护屏电缆计算建模；
[0071]
根据规程要求，分层辐射形供电的直流柜到终端回路负荷电流为id计算；
[0072]
条件一：
[0073]
条件二：
[0074]
的值是条件一和条件二或关系值；
[0075]
s4:数字化建模成果；
[0076]
s4.1直流负荷统计计算建模成果；
[0077]
直流负荷统计计算建模与分析主要是对所有负荷进行分类和计算，根据各个设备负荷的事故放电时间统计装置容量自动输出计算容量、负荷电流和经常电流，最后得出初期1min到240min总事故放电时间中每30min为一个期间的放电电流；
[0078]
s4.2应用梯度下降算法的电缆截面及直流微断建模成果；
[0079]
借助机器算法和数字化建模技术，使得直流系统中复杂的各级电缆计算和各级直流微断极差配合计算可以简单化、数字化展现；
[0080]
将蓄电池至直流主屏、直流主屏到直流分屏、直流分屏至末端负荷的三级电缆截面参数输入配置图中；将蓄电池出口断路器、直流主屏出口断路器、直流分屏出口断路器、末端负荷出口断路器的四级直流微断额定电流参数输入配置图中；通过机器算法，利用梯度下降算法进行迭代，最终选出符合要求的最优的计算结果；
[0081]
通过对数字化成果计算出的各级直流微断额定电流和脱扣电流以及电缆计算截面的数据校验，校验灵敏度和极差配合情况，从而验证本次数字化建模的有效性和准确性。
[0082]
优选的，所述s1.2中，其中m为数据集中数据点的个数，也就是样本数，x(i)为直流系统中各级直流微型断路器额定电流的数据点，y(i)是厂家直流微型断路器对应不同型号
的实验数据，h
θ
(x(i))是通过迭代计算后的下一级断路器出口处短路电流与本级断路器出口短路电流的中间优化值，θ是不同的电缆截面值。
[0083]
优选的，所述s2.2.1的式中：i
sc
为主变保护柜出口短路电流，a；un为直流电源系统标称电压，取220v；∑ri为回路电阻之和，ω；r为阀控式铅酸蓄电池内阻，mω；r
l1
为连接蓄电池和整流器屏之间电缆内阻，ω；r
s2
为直流馈线屏直流断路器内阻，ω；r
l2
为连接直流馈线屏和主变保护柜之间电缆内阻，ω；r
s3
为保护柜内直流断路器内阻，ω。
[0084]
优选的，所述s2.2.1中，根据5044直流规范要求，第三级直流断路器应配置b型直流断路器，即在主控室的保护柜上配置b型直流断路器。满足级差配合：
[0085]7×in
＜i
d4
(其中in即为三级断路器配合中第三级的b型断路器额定电流，一般可配置3a、4a，最大可为6a；i
d4
为最末端出口短路电流，即为保护柜出口处短路电流)。
[0086]
优选的，所述s2.2.2中，第四级直流断路器选择：
[0087]
可参考三级直流断路器配置中第三级直流断路器的选择，同样为b型直流断路器，计算中的短路电流为id5，为第四级直流断路器末端出口短路电流。
[0088]
优选的，所述s2.2.2中，第三级直流断路器选择：
[0089]
可参考三级直流断路器配置中第二级直流断路器的计算方法，即比较三种型号的直流断路器，ch型直流断路器、c型直流断路器以及三段式直流断路器来满足级差配合，其中瞬时脱扣值上限短路电流为id5(为就地智能控制柜或预制舱内屏柜直流断路器的出口末端短路电流)，瞬时脱扣值下限短路电流为id4(为预制舱内直流分电柜直流断路器出口短路电流)。
[0090]
优选的，所述s2.2.2中，第二级直流断路器选择：
[0091]
根据规程要求，第二级直流断路器应采用塑壳式直流断路器，直流系统短路电流计算可参考式i
sc
＝un/∑ri、∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
进行计算；其中主控室内直流馈线柜至直流分电柜的直流断路器出口短路电流为id3,直流分电柜内直流断路器出口短路电流为id4。
[0092]
优选的，所述s2.2中，变电站直流断路器配置主要是负荷端断路器、分电侧断路器、馈电侧断路器、蓄电池侧断路器。
[0093]
(三)有益效果
[0094]
与现有技术相比，本发明提供了一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法，具备以下有益效果：
[0095]
该一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法，通过借助机器算法和数字化建模技术，使得直流系统中复杂的各级电缆计算和各级直流微断极差配合计算可以简单化、数字化展现，将蓄电池至直流主屏、直流主屏到直流分屏、直流分屏至末端负荷的三级电缆截面参数输入配置图中；将蓄电池出口断路器、直流主屏出口断路器、直流分屏出口断路器、末端负荷出口断路器的四级直流微断额定电流参数输入配置图中。通过机器算法，利用梯度下降算法进行迭代，最终选出符合要求的最优的计算结果。
附图说明
[0096]
图1为本发明直流系统断路器及电缆截面计算流程图；
[0097]
图2为本发明直流系统馈线三级直流断路器示意图；
[0098]
图3为本发明三级直流断路器对应位置表；
[0099]
图4为本发明直流系统馈线四级直流断路器示意图；
[0100]
图5为本发明四级直流断路器对应位置表；
[0101]
图6为本发明蓄电池回路电缆选择要求表；
[0102]
图7为本发明直流馈线回路至直流分电屏电缆选择要求表；
[0103]
图8为本发明直流馈线至其他保护屏电缆选择要求表；
[0104]
图9为本发明直流分电至其他保护屏电缆选择要求表。
具体实施方式
[0105]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0106]
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0107]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0108]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0109]
如图1-9所示，本发明提供一种技术方案：一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法，包括以下步骤：
[0110]
s1：机器算法分析；
[0111]
通过对数据进行预测和分析，特别是对未知新数据的分析，达到对数据进行准确的统计预测以及解决方式；
[0112]
s1.1：对现有数据进行梯度下降算法；
[0113]
首先对系数向量初始化，然后逐步迭代更新系数向量值，进行目标函数的极小化，直到收敛；
[0114]
梯度下降法是一种迭代算法，选取适当的初值x(0)，不断迭代，更新x的值，进行目标函数的极小化，直到收敛，由于负梯度方向是使函数值下降最快的方向，在迭代的每一步，以负梯度方向更新x的值，从而达到减少函数值的目的；
[0115]
梯度下降法算法主要是：
[0116]
输入：目标函数f(x)，梯度函数计算精度ε；
[0117]
输出：f(x)的极小点x
*
；
[0118]
k1取初始值x
(0)
∈rn，置k＝0
[0119]
k2计算f(x
(k)
)
[0120]
k3计算梯度gk＝g(x
(k)
)，当||gk||＜ε时，停止迭代，令x
*
＝x
(k)
；否则，令pk＝-g(x
(k)
)，求λk，使
[0121][0122]
k4置x
(k 1)
＝x
(k)
λkpk，计算f(x
(k 1)
)
[0123]
当||f(x
(k 1)
)-f(x
(k)
)||＜ε或||x
(k 1)-x
(k)
||＜ε时，停止迭代，令x
*
＝x
(k 1)
[0124]
k5否则，置k＝k 1，转k3；
[0125]
s1.2：用梯度下降算法模拟直流断路器极差和电缆计算；
[0126]
正常情况下，直流系统的短路电流可以由电缆截面和直流断路器的电阻的数学关系式表达，而直流微型断路器的额定脱扣电流值应保证下一级断路器出口短路时脱扣器瞬时保护可靠不动作整定和本级断路器出口短路时脱扣器瞬时保护可靠动作整定，考虑最接近中间值为最优值，这样设定的函数是可微分函数；
[0127]
在计算直流系统短路电流时需要对直流断路器额定电流假设一个值，可对应得出直流断路器的电阻值；对直流各级断路器额定脱扣电流设置一个初始值x
(0)
，这样可以得出该数学关系式的各系数；定义一个代价函数j(θ)，以常见的均方根误差形式体现为：
[0128][0129]
式(1)中，h
θ
(x(i))可以用可微分的函数表示为：
[0130]hθ
(x(i))＝c0θ
0-1
c1θ
1-1
c2θ
2-1
c3x(i)，其中c0，c1，c2，对应的三个层级电缆截面的参数的中间值；c3对应的直流微型断路器额定电流转成电阻值的参数值；
[0131]
代价函数j(θ)中，变量有三个，即θ0，θ1，θ2，代表三个不同层级的电缆截面，即蓄电池回路至直流主柜，直流主柜至直流分电柜，直流分电柜到末端；
[0132]
s2：直流系统馈线断路器极差计算数字建模；
[0133]
s2.1：直流馈线负荷数字建模；
[0134]
数字化建模主要是将上述各个特性的负荷赋予负荷系数、经常电流、事故放电时间等属性信息，然后将直流系统涉及的设备规模进行建模；
[0135]
s2.2：直流断路器的级差配合建模；
[0136]
直流断路器极差配合的数字化建模主要针对的是三级直流断路器配置情况和四级直流断路器配置情况；
[0137]
s2.2.1：三级直流断路器配置情况；
[0138]
三级直流断路器配置中主要是第二级和第三级的直流断路器级差配合和断路器选型，即为直流馈线柜到主控室中任意一个保护柜的直流断路器出口的保护配合；
[0139]
q1第三级直流断路器计算：
[0140]
直流系统短路电流计算：
[0141]isc
＝un/∑ri[0142]
∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
[0143]
q2第二级直流断路器计算：
[0144]
直流系统短路电流计算可参考式i
sc
＝un/∑ri、∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
，其中回路
电阻之和中去掉r
s3
(主变保护柜内直流断路器内阻)，计算出的短路电流为直流馈线柜s2断路器末端处短路电流为id3；
[0145]
根据5044直流规范要求，第二级直流断路器可配置c型直流断路器，这里将比较三种型号的直流断路器，满足级差配合：
[0146]
ch型直流断路器瞬时脱扣范围为：14in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
14in
×
(1 20％)；
[0147]
c型直流断路器瞬时脱扣范围为：10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)；
[0148]
三段式直流断路器短路短延时整定值：10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)，时间常数5ms，短路瞬时脱扣电流值1680a；
[0149]
若选择ch，则瞬时脱扣值上限14in
×
(1 20％)＜id3,瞬时脱扣值下限14in
×
(1-20％)＞id4；
[0150]
若选择c型微断，则瞬时脱扣值上限10in
×
(1 20％)＜id3,瞬时脱扣值下限10in
×
(1-20％)＞id4；
[0151]
若ch型和c型均不满足级差配合则可选择三段式断路器，即满足短延时脱扣值上限10in
×
(1 20％)＜id3；
[0152]
s2.2.2：四级直流断路器配置；
[0153]
四级直流断路器配置中主要是第二级和第三级，指主控室中的直流馈线屏直流断路器与设备区的直流分电屏直流断路器的级差配合和断路器配置型式，以及第三级和第四级的级差配合，即直流分电屏直流断路器与末端智能控制屏或配电区直流断路器间配合；智能变电站中设备大部分在配电区，这样全站的直流负荷大部分都集中在直流分电屏中；且由于直流分电屏与主控室直流馈线屏距离较常规智能变电站的布置情况近，在直流分电屏出口处短路时，短路电流有可能在上一级直流断路器的瞬时动作区内，造成越级跳闸；
[0154]
这里将比较两种型号的直流断路器，满足级差配合：
[0155]
塑壳式直流断路器，瞬时脱扣范围为：10in,极限短时耐受电流20～30ka,时间15ms；
[0156]
塑壳式选择性直流断路器，瞬时脱扣值18in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
18in
×
(1 20％)，短路短延时电流整定值10in
×
(1-20％)
‑‑‑‑
10in
×
(1 20％)，短路短延时整定值30～60ms；
[0157]
若选择塑壳式直流断路器，则id4《10in《id3，可得出所选择直流断路器额定电流；
[0158]
若选择塑壳式选择性直流断路器，则瞬时脱扣值上限18in
×
(1 20％)《id3，瞬时脱扣值下限18in
×
(1-20％)》id4；若瞬时脱扣不满足选择性要求，则短延时脱口值上限10in
×
(1 20％)《id3；
[0159]
s3：直流系统电缆计算数字建模；
[0160]
直流系统数字化建模需要对电缆截面进行精准计算和建模；电缆截面应按照电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件选择，公式如下：
[0161]ipc
≥i
ca1
[0162][0163]ica
＝max(i
ca1
,i
ca2
)
[0164]
式中：i
pc
为电缆允许载流量，a；i
ca1
为回路长期工作计算电流，a；s
cac
为电缆计算截面，mm2；l为电阻系数，取铜导体为0.0184ω
·
mm2/m；l为电缆长度，m；i
ca
为允许电压降计算
电流，a；δu
p
为回路允许电压降，v；i
ca1
为回路长期工作计算电流，a；i
ca2
为回路短时工作计算电流，a
[0165]
s3.1：蓄电池回路电缆计算建模；
[0166]
式中：i
ca1
为事故停电时间的蓄电池放电率电流，a；i
ca2
为事故初期(1min)冲击放电电流，a；
[0167]ica1
＝i
d1h
＝kc×c10
[0168][0169]
s3.2：直流馈线至直流分电屏电缆计算建模；
[0170][0171]
s3.3：根据规程要求，集中辐射形供电的直流柜到终端回路负荷电流按id计算；
[0172][0173]
s3.4：直流分电至其他保护屏电缆计算建模；
[0174]
根据规程要求，分层辐射形供电的直流柜到终端回路负荷电流为id计算；
[0175]
条件一：
[0176]
条件二：的值是条件一和条件二或关系值；
[0177]
s4:数字化建模成果；
[0178]
s4.1直流负荷统计计算建模成果；
[0179]
直流负荷统计计算建模与分析主要是对所有负荷进行分类和计算，根据各个设备负荷的事故放电时间统计装置容量自动输出计算容量、负荷电流和经常电流，最后得出初期1min到240min总事故放电时间中每30min为一个期间的放电电流；
[0180]
s4.2应用梯度下降算法的电缆截面及直流微断建模成果；
[0181]
借助机器算法和数字化建模技术，使得直流系统中复杂的各级电缆计算和各级直流微断极差配合计算可以简单化、数字化展现；
[0182]
将蓄电池至直流主屏、直流主屏到直流分屏、直流分屏至末端负荷的三级电缆截面参数输入配置图中；将蓄电池出口断路器、直流主屏出口断路器、直流分屏出口断路器、末端负荷出口断路器的四级直流微断额定电流参数输入配置图中；通过机器算法，利用梯度下降算法进行迭代，最终选出符合要求的最优的计算结果；
[0183]
通过对数字化成果计算出的各级直流微断额定电流和脱扣电流以及电缆计算截面的数据校验，校验灵敏度和极差配合情况，从而验证本次数字化建模的有效性和准确性。
[0184]
s1.2中，其中m为数据集中数据点的个数，也就是样本数，x(i)为直流系统中各级直流微型断路器额定电流的数据点，y(i)是厂家直流微型断路器对应不同型号的实验数据，h
θ
(x(i))是通过迭代计算后的下一级断路器出口处短路电流与本级断路器出口短路电流的中间优化值，θ是不同的电缆截面值。
[0185]
s2.2.1的式中：i
sc
为主变保护柜出口短路电流，a；un为直流电源系统标称电压，取220v；∑ri为回路电阻之和，ω；r为阀控式铅酸蓄电池内阻，mω；r
l1
为连接蓄电池和整流器屏之间电缆内阻，ω；r
s2
为直流馈线屏直流断路器内阻，ω；r
l2
为连接直流馈线屏和主变保护柜之间电缆内阻，ω；r
s3
为保护柜内直流断路器内阻，ω。
[0186]
s2.2.1中，根据5044直流规范要求，第三级直流断路器应配置b型直流断路器，即在主控室的保护柜上配置b型直流断路器。满足级差配合：
[0187]7×in
＜i
d4
(其中in即为三级断路器配合中第三级的b型断路器额定电流，一般可配置3a、4a，最大可为6a；i
d4
为最末端出口短路电流，即为保护柜出口处短路电流)。
[0188]
s2.2.2中，第四级直流断路器选择：
[0189]
可参考三级直流断路器配置中第三级直流断路器的选择，同样为b型直流断路器，计算中的短路电流为id5，为第四级直流断路器末端出口短路电流。
[0190]
s2.2.2中，第三级直流断路器选择：
[0191]
可参考三级直流断路器配置中第二级直流断路器的计算方法，即比较三种型号的直流断路器，ch型直流断路器、c型直流断路器以及三段式直流断路器来满足级差配合，其中瞬时脱扣值上限短路电流为id5(为就地智能控制柜或预制舱内屏柜直流断路器的出口末端短路电流)，瞬时脱扣值下限短路电流为id4(为预制舱内直流分电柜直流断路器出口短路电流)。
[0192]
s2.2.2中，第二级直流断路器选择：
[0193]
根据规程要求，第二级直流断路器应采用塑壳式直流断路器，直流系统短路电流计算可参考式i
sc
＝un/∑ri、式∑ri＝r r
l1
r
s2
r
l2
r
s3
进行计算。其中主控室内直流馈线柜至直流分电柜的直流断路器出口短路电流为id3,直流分电柜内直流断路器出口短路电流为id4。
[0194]
s2.2中，变电站直流断路器配置主要是负荷端断路器、分电侧断路器、馈电侧断路器、蓄电池侧断路器。
[0195]
该一种基于梯度下降机器算法的直流系统数字建模方法，通过借助机器算法和数字化建模技术，使得直流系统中复杂的各级电缆计算和各级直流微断极差配合计算可以简单化、数字化展现，将蓄电池至直流主屏、直流主屏到直流分屏、直流分屏至末端负荷的三级电缆截面参数输入配置图中；将蓄电池出口断路器、直流主屏出口断路器、直流分屏出口断路器、末端负荷出口断路器的四级直流微断额定电流参数输入配置图中。通过机器算法，利用梯度下降算法进行迭代，最终选出符合要求的最优的计算结果。
[0196]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。