输电线路覆冰载荷在线检测分析与神经网络预测研究

线路覆冰是威胁输电线路安全的最主要因素之一。在实时实验数据和力学研究的基础上,提出了一种基于BP神经网络的覆冰厚度及重量的预测模型。预测模型以输电线路所处的温度、湿度、风向等为输入量,以覆冰厚度为输出量,网络隐含层单元个数与中心向量采用正交最小二乘法（orthogonal least squares,OLS）。在此基础上再通过专家软件来分析覆冰情况,给出了预测及预警信息。仿真结果表明,符合预期效果,实现了对覆冰载荷在线监测和覆冰厚度的预测,将其误差控制在一个较小的范围。     

神农架地区输电线路覆冰厚度分区研究

在中重覆冰区的线路设计中,覆冰厚度的取值直接影响线路的安全性和经济性.以神农架某110 k V输电线路设计为例,分析附近已有线路的覆冰情况,探讨影响覆冰厚度的因素,主要包括气象条件的差异、海拔高程的影响、地形条件、导线悬挂高度、导线的截面和直径等.根据不同的海拔高度对设计线路进行冰区划分,并对覆冰过载能力进行计算,所得结果满足覆冰厚度要求.     

基于激光测距无人机的输电线路覆冰厚度测量

输电线路覆冰严重危害着输电线路地安全稳定运行。为了便捷、快速、高精度地对输电线路覆冰状况进行监测,提出了将激光测距技术和无人机技术相结合,研究了基于单频测尺的相位式激光测距无人机的输电线路覆冰厚度的测量方法。首先,研究了基于单频测尺的相位式激光测距的基本原理,提高了激光测距的精度和测量速度。然后,重点研究了基于激光测距测量覆冰厚度的基本原理,推导了激光测量距离与覆冰厚度之间的计算方法。接着,研制了基于单频测尺的相位式激光测距无人机测量输电线路覆冰厚度的测量系统,根据测量精度对主要部件和参数进行选型。最后,分别在人工气候室和现场实际进行了输电导线覆冰测量,验证了基于单频测尺的相位式激光测距无人机对输电线路覆冰厚度地实际测量有效性,并进行了误差分析。     

基于微气象的输电线路覆冰过程综合辨识方法

输电线路覆冰会引发导线断股、杆塔折损等事故,严重威胁电网的安全运行,因此能否准确预测输电线路覆冰情况对电力系统的安全稳定运行具有重要意义.针对输电线路覆冰过程模型不易建立的问题提出了一种基于微气象的覆冰过程综合辨识方法.该方法涵盖了多项式回归模型、时间序列模型和机器学习模型,利用Matlab中的系统辨识工具箱和libsvm工具箱较为便捷和全面的对覆冰过程进行辨识与建模.首先对获取的数据进行预处理,然后选择合适的模型结构进行参数辨识得到初始模型,最后对初始模型进行验证得到最终辨识模型.实验表明,综合辨识方法能够实现对不同模型特点的输电线路覆冰过程进行精确预测,并且提高了输电线路覆冰预测模型建立的便捷性和全面性.     

基于进化策略 投影寻踪算法的考虑多因素的输电线路覆冰灾害风险评估

针对目前输电线路覆冰灾害风险评估模型存在忽略地形因子、权重取值人为主观因素较大等缺陷,以保证所考虑风险因子完整性为前提,综合考虑坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速、实测覆冰厚度值、覆冰比值、冰区量级9个风险因子,通过组合投影方式,将多维数据投影到低维空间,并结合进化策略对投影寻踪指标函数求最优解,以256条线路2个冰期样本数据为例,得出输电线路覆冰灾害风险目标5级评价标准。结果表明:当进化代数达到311代时,目标函数值达到最优0.513 4;同时,Ⅳ风险等级及其以上线路占总线路的30.5%;最后以220 kV石上线为例,验证了所建立输电线路覆冰灾害风险评价模型结果的适用性以及准确性。本文方法能够有效地对输电线路覆冰风险进行评价,对实现输电线路防冰管控工作的精益化提升具有重要意义。     

基于时空图卷积网络的输电线路覆冰预测

针对已有的输电线路覆冰预测模型鲜有考虑覆冰过程中的空间特征信息,从而导致预测精度欠佳的问题,本文从时空序列预测的角度建立输电线路覆冰方面的预测体系,采用图卷积网络(Graph Convolutional Network, GCN)构建输电线路覆冰预测模型,基于图神经网络设计对输电线路覆冰拉力的图数据进行深度特征学习与图特征向量表示,以更好地提取电网塔杆覆冰拉力值的时空分布特征,从而准确预测未来的拉力值。基于南方电网的真实实验数据,设计一套可靠的数据预处理流程,将电网覆冰拉力数据转化为可以深度学习的时空序列大数据进行训练和验证。实验结果表明,本文提出的模型较已有的主流覆冰预测模型具有更加优异和稳定的预测结果,能够为输电线路及时除冰工作提供决策参考。     

计及电网停电风险的输电线路动态融冰决策方法

电网发生大面积冰灾情况时,多条输电线路存在覆冰故障隐患,电网稳定运行受到严重威胁,需要提前制定输电线路融冰方案,合理安排融冰顺序。针对此问题,分析输电线路覆冰继续运行给电网带来的停电风险,将与待融冰输电线路相关联的变电站的电气主接线展开,将传统削负荷模型改进后应用于输电网与变电站主接线的组合网络,建立断路器可靠性模型,计算靠后融冰线路因继续运行的电网停电风险;利用计及风速及降雨影响的输电线路覆冰增长预测模型,计算输电线路的覆冰率,根据覆冰率门槛值确定待融冰线路集,基于覆冰严重度模型构建系统全局的覆冰指数指标;综合考虑电网停电风险及系统全局覆冰指数建立输电线路融冰紧迫度指标,动态更新待融冰线路并决策融冰顺序。最后,以IEEE RBTS系统进行算例分析,验证了所提方法的可行性与合理性。     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

猫头型输电塔在覆冰与风荷载下的动力稳定

利用增量动力分析法和弧长法有限元分析了猫头型输电塔的动力稳定,对比了输电塔静力与动力失稳前、后的受力特征,分析了覆冰厚度和风向角对输电塔动力失稳的影响。通过静力失稳与动力失稳塔顶侧移比相等原则得到了不同覆冰厚度及风向角下,输电塔动力失稳临界平均风速。结果表明:杆塔失稳主要由塔身底部主材屈服、斜材面外变形增大引起;随着覆冰厚度的增加,杆塔静力失稳与动力失稳的差别加大,杆塔在风力动载下的塔顶侧移显著增加,动力失稳临界平均分风速显著减小。输电塔在风荷载作用下的整体稳定性应考虑动力效应及覆冰条件的不利影响。     

基于BP神经网络的输电线路覆冰增长模型研究

分析了现有输电线路覆冰增长模型在预测中的不足以及神经网络对非线性映射变量表达的优越性,提出了一种基于Levenberg-Marquardt学习算法的BP神经网络的覆冰增长预测模型。通过实验获取的覆冰增长数据样本训练BP网络,利用收敛的网络进行输电线路覆冰增长的预测,仿真实验误差1mm以下的有7组数据,远高于对比模型makkonoe模型的3组,验证了模型有效性,对输电线路的覆冰研究和预防有重要意义。     

2008年初贵州电线积冰厚度的模拟研究—基于天气研究和预报（WRF）模式耦合电线积冰预报系统

电线积冰事故对国民经济危害巨大,急需电线积冰厚度的预报产品。利用耦合了欧洲导线覆冰预报系统的WRF模式,在考虑了覆冰融化的基础上,对2008年1~2月贵州省凝冻天气期间的电线覆冰厚度进行了模拟研究,研究结果表明：WRF模式模拟的气象要素与观测值较为接近,可用模拟的气象场对贵州省导线覆冰进行模拟;模拟站点覆冰厚度的时间变化特征与观测结果非常接近,区域覆冰厚度的时空变化可分为4个阶段：覆冰初步形成期、持续期、加重期及融化期。对比观测站点的覆冰记录,模拟基本重现2008年1~2月贵州省导线覆冰的变化过程;模拟的区域覆冰极值厚度分布也与观测值的相关系数达到0.6,通过了0.01的信度检验。总的来说,该系统能对覆冰的发生、发展及进程进行较为准确的预报,对输电线路上的冰冻灾害防治具有重要意义。     

Expert System for Icing Prediction and Ice Melting Control

Atmospheric icing may have a great impact on the overall design and safety naming of power transmission lines or railway contact wires. For engineers attempting to determine ice loads to a specific area, knowledge of historical ice events and ice type for that area would be extremely valuable information. However, there is no systematic ice accretion database that can be used to help enginers.The prolonged 2008 ice storm of central and southern China caused extensive damage to the electrical installations and railway contact wires. As a result, the transmission provider of the state has deployed substantial efforts to mitigate the effects of future ice storms. This paper describes the development of a knowledge-based decision support system for icing prediction and melting control strategy. The knowledge acquisition process is conducted based on the experimental and theoretical research. The system can predict if icing presents in the current condition, and estimate the passible king types based on the meteorological parameters such as air temperature, relative humidity, wind speed, which are obtained by correspooding sensors. When icing presents, then the system will make a melting decision using the heat generated by the currents flowing in the wires based on the melting algorithm. Simultaneously the ice scene is monitored for security by real-time videos. This system can be used in power transmission lines or railway contact wires.     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

特高压直流输电线路合成电场的天气影响因素及预测模型

特高压直流输电线路电离周围空气产生的离子和线路电场叠加形成合成电场,并在环境因素的作用下使得地面的合成场强发生变化。研究了天气因素对地面合成场强的影响,并提出了基于天气因素的电场预测模型。利用高压直流电场测量装置测量地面合成电场值及环境监测系统所测的天气参数,分析了风速、湿度、气压、温度、PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0与场强的相关性。利用基于树形结构Parzen估计器(tree-structured Parzen estimator, TPE)优化的CatBoost建立地面场强在天气因素下的预测模型,并基于所测数据进行模型的训练和预测。结果表明：天气因素对场强的影响权重由高到低为湿度、风速、气压、温度、PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀。通过特征排序选取前5个特征和所有特征预测所得到的均方根误差分别为0.83 kV/m和0.85 kV/m,实现了相对准确的预测。研究结果可为特高压直流输电工程环境评估提供有用的合成电场分析方法。     

基于灰色关联分析的“白屋顶计划”评价模型

在已知人为热释放、风速、日照时数和相对湿度的前提下,以芜湖市为例,运用灰色关联分析求出以上四个影响因素对行为因子(城市热岛效应)的关联影响程度,算出日照时数在四个环境因子中的比重,从而将白色屋顶计划对城市热岛效应的作用量化,建立了灰色预测模型。通过回归分析计算白屋顶计划对城市温度的影响,最后将预测数据与真实数据进行对比,模型结果表明"白屋顶计划"是合理且可行的。