关键词： 智能辨识   BP   RBF   支持向量机   覆冰模型  

摘要： 本课题是山西省电力公司科技项目“减少输电线路覆冰量措施分析与应用”的子课题。最早有记录的输电线路覆冰事故1932年出现于美国,而最近几十年来,我国也遭受了大范围的冰灾事故,2008年元月,我国南方遭遇暴雪、覆冰凝雪等极端恶劣气候的袭击,导致电煤短缺,全国17个省级电网拉闸限电,损失惨重。覆冰问题顿时成为迫在眉睫的热点问题。本论文立足于山西省易产生覆冰灾害的忻州地区,通过对忻州神原一回线路109杆塔处的气象参数及其相关历史数据进行分析,建立神经网络智能辨识的输电网覆冰厚度模型,对未来覆冰厚度进行仿真辨识预测,从而指导生产,防患于未然。 本文首先对覆冰的产生机理以及现有模型进行了综述,接着深入研究了神经网络的模型建立问题,并给出了较为适用的建模方法和应遵循的原则。在研究了大量文献资料的基础上,通过分析影响覆冰量的气象因素,构建了一个四层的BP神经网络,建立了忻州220kV输电线路的智能辨识模型。预测结果的精度相对传统方法有了很大程度的提高。但基于BP网难以确定隐含层节点,容易陷入局部最小点,本文详细讨论了RBF(Radial Basis Function)网络机理建立,RBF网络模型具有训练速度快,收敛性好等特点,同时可以大大地减少隐含层神经元的数目,论文以matlab为平台,据输电线路的历史数据,分别采用四层BP网和RBF网进行了模型辨识,辨识结果表明:RBF网预测程度优于BP网。 支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)是基于统计学习理论的一种新的机器学习技术。由于采用了结构风险最小化原则、替代经验风险最小化原则,使它较好的解决了小样本学习的问题。正因为SVM理论有较为完备的理论基础和较好的学习性能,使得它成为继神经网络研究之后新的研究热点。在论文中,介绍了支持向量机的理论基础,通过分析山西省忻州市220kV输电线路湿度、温度、雨量、覆冰厚度等历史数据,建立了SVM忻州输电线路覆冰厚度辨识模型。针对SVM方法,通过对不同的核函数、参数的分析,确立了最优的核函数和相关参数,利用SVM的回归算法进行网络训练,最终确定了网络结构,并用检验数据进行检验。通过对预测结果进行误差分析,并与BP和RBF神经网络的预测结果进行比较,基于支持向量机的忻州输电线路覆冰厚度模型预测精度和速度要优于神经网络方法。

关键词： 线路覆冰   覆冰监测   覆冰厚度计算   图像分割   水平集算法  

摘要： 输电线路是电能传输的重要电力设施,由导线、绝缘子、杆塔、线路金具等构成,其安全稳定运行不仅关系到国民经济发展,而且维系着社会安全稳定。然而输电线路常年暴露于野外,容易遭受自然因素的破坏,其中导线覆冰是影响输电线路安全的主要因素之一,覆冰引起的导线过载和导线舞动可能导致相间闪络、金具损坏、跳闸停电、倒杆(塔)、导线折断等事故,严重威胁电网安全运行。输电线路早期的覆冰发现和覆冰预测变得十分重要。 覆冰监测系统主要由覆冰监测装置和上层管理系统两部分组成。本文对输电线路覆冰远程监测系统进行了总体方案设计,研究了以GPRS等无线网络为基础的系统总体构架,并对数据传输方式和软件功能模块做了详细设计。重点对覆冰上层管理系统覆冰信息处理方法进行了分析与研究,以采集到的覆冰图片和气象信息为研究对象,研究了覆冰预测模型和覆冰频率分析方法,提出了一种基于图像分割技术的导线覆冰厚度计算方法,采用改进的基于混合能量泛函模型的水平集算法分割覆冰图像边缘轮廓,并计算覆冰图像增加的像素面积,通过比对导线固有像素面积和导线直径,最终换算得到覆冰厚度和等效的覆冰荷载。通过计算一定时间内覆冰厚度的差值得出覆冰增长的趋势与速率,综合判断覆冰现状与严重程度,在灾害发生前做出预警,并对覆冰发展趋势进行预测。 本文最后研究了覆冰监测上层管理系统的具体实现方法,包括覆冰数据库设计和功能模块的实现。并以历年厚度极大值为基础,实现了覆冰频率分析,得到覆冰厚度设计值。以采集到覆冰图片和气象信息为基础,实现了基于覆冰预测模型的厚度计算,重点对基于图像分割技术的覆冰厚度计算方法进行了仿真与计算分析,通过与实际测量数据的对比得出,本文图像分割算法能准确、快速的提取覆冰边缘轮廓,覆冰厚度计算结果接近实际值,能正确反映实际覆冰状况。

关键词： 覆冰模型   截面积   倾角   张力   架空线路  

摘要： 电力工业是保障国民经济快速、健康发展的基础,随着国民经济的发展,生产生活的各个环节对电网的依赖性越来越强,于是近年来,国家电网规划建设交流1000千伏和直流±800千伏特高压电网,以加快我国电力事业的发展,保证经济稳定持续的发展有夯实的基础。然而,输电线路的覆冰灾害一直都是困扰输电线路的重要问题。我国地域广阔,地形复杂,气候多变,面临的覆冰危害相当严重。导线覆冰导致的电力系统事故,严重威胁电力事业的发展,影响正常的国民经济生活。 为了保证电网系统安全可靠地运行,国家电网对输电线的防雪灾、冰灾提出了更高的要求,因此有必要对输电线路导线覆冰进行深入的研究。 本文针对导线覆冰量进行建模研究,对悬点处导线在有风和无风情况下分别进行受力分析,同时结合导线最大弧垂、悬点倾角等的相关计算,建立导线覆冰后总截面积的模型。主要工作如下: (1)分析了导线覆冰的机理、成因及覆冰条件,总结了导线覆冰的影响因素、覆冰种类、时空分布特点以及线路覆冰引起的灾害。 (2)研究了国内外的一些导线覆冰模型,对比分析了各个模型的优缺点。 (3)建立覆冰后截面积模型。根据悬点处导线的受力情况(分为有风和无风的情况下),结合导线最大弧垂、悬点倾角等的相关计算,得出导线覆冰后的总截面积,进而得到导线覆冰冰厚,并进行了理论验证。 (4)介绍了近些年来国内外输电线路除冰防冰研究方面的进展,包括规划设计阶段的应对措施以及运行阶段的应对措施。 (5)总结与展望

关键词： 柔性交流输电系统   可控串补   继电保护   动态基频阻抗  

摘要： 可控串联电容补偿(TCSC)是灵活交流输电系统(FACTS)的重要组成部分,由于它具有潮流控制、阻尼线路功率振荡、提高电力系统暂态稳定和抑制次同步振荡(SSR)等多种功能,因此在电力系统中的应用潜力很大,在各国FACTS实践中均为首选的实用化装置。TCSC运行于电力系统中时,会产生谐波、序分量等问题,这些使传统的输电线路继电保护理论和技术面临挑战。因此,有必要深入研究TCSC对现有继电保护的影响,考察现有继电保护系统在TCSC线路上的适应性。 本文在分析固定串补对输电线路影响的基础上,研究了输电线路短路故障时TCSC的谐波特性及动态基频阻抗特性,并通过MATLAB进行仿真,分析TCSC的加入对系统稳态和暂态的影响,最终重点研究了TCSC对输电线路继电保护的影响。

关键词： 线路覆冰   应力应变   倾角   弧垂   风荷载  

摘要： 输电线路覆冰引起导线应力增大、线路弧垂增加,对输电线路的安全、稳定以及可靠运行造成极大的威胁。文章研究了基于光纤光栅的传感装置对导线应变、倾角以及导线温度测量结果,结合输电线路的线路参数以及环境参数进行导线应力、弧垂以及覆冰量的计算方法；建立了室内覆冰模拟装置和测量系统,通过均匀加载和不均匀加载试验分析了上述计算方法的准确性,并且指出通过多传感器数据融合处理可以大大减小计算误差,可将导线荷载和弧垂的计算误差控制在10%以内；分析了风荷载的情况,给出了冰、风荷载的分解方法；考虑了导线覆冰后刚度增大对计算结果的影响,认为对于一般覆冰线路导线刚度增大对计算结果的影响可以忽略。

关键词： 输电线路   分裂导线   覆冰   舞动   脱冰   专家系统  

摘要： 架空输电线的覆冰灾害是一个国际上普遍关心的问题。随着超高压、特高压线路的建设,对输电线的防雪灾、冰灾提出了更高的要求,因此有必要借鉴超高压电网的运行经验,对输电线覆冰舞动的静态力学特性进行深入的研究。 本文首先对四川省凉山地区500kV二滩-自贡输电线路运行十年来的覆冰事故进行相关现场调研和统计分析,得出了分裂导线在高海拔、重冰区发生覆冰事故的特点和规律:覆冰事故主要发生在30mm冰区以上的重冰区,其后果是造成大量绝缘子和间隔棒的损坏,其原因是分裂导线的覆冰舞动和脱冰跳跃;接着分析了高海拔山区分裂导线的空气动力效应,得出由于尾流效应,分裂导线较单根导线而言,不仅较易发生舞动,且舞动时伴有很强的纵向和横向运动,此外由于间隔棒的约束还易引发导线的翻转,因而危害较大,但微风振动危害较小,并可通过加装减振器进一步降低其危害。 根据直接平衡法,推导了分裂导线的基本动力学体系——导线段静平衡控制微分方程、动态位移控制微分方程及导线段的静态有限元方程,其后,运用无抗弯导线段的控制微分方程,得出了有覆冰情况下的加装有间隔棒及防舞器的导线的静态构形和张力的解析表达式,可据此求出导线构形与张力的大致分布,应用于工程实例,可对间隔棒的布置、防震锤的选择作出参考。 最后,分析了线路参数对导线抗覆冰扭转的影响,并通过对覆冰事故实例的分析和计算,得出了提高导线覆冰扭转稳定性的工程措施。鉴于输电线路舞动的复杂性,为了解决工程实践中采取何种措施可防止覆冰舞动的问题,设计了基于改进BP神经网络的防舞动专家系统,为防舞动措施的设计提出了一些新的思路。

关键词： 覆冰监测   光纤光栅   输电线路   弹性元件   称重传感器  

摘要： 输电线路覆冰监测系统对提高线路的运行可靠性和预防因覆冰引起的线路故障具有十分重要的意义。针对输电线路覆冰状态监测中传统电阻应变式传感器存在的安装复杂、使用寿命低、需要非线性补偿和极易受电磁干扰等问题,本文研究光纤光栅传感器。 首次研究了用于输电线路覆冰测量的光纤光栅应变传感器,设计出一种光纤光栅应变传感器固定在导线上的封装形式,该封装形式具有线性度高、耦合传递系数大以及稳定可靠的特点。试验结果表明,该封装形式的应变传感器的线性度为0.9997,耦合传递系数为0.42。 研究了用于输电线路覆冰测量的光纤光栅称重传感器,具有很强的抗偏载能力、线性度高、温度补偿以及精度高的特点。试验结果表明,传感器在0-40kN的载荷范围内线性度为0.9998,测量精度为5.2‰,测量结果不受温度变化的影响,可以满足输电线路覆冰状态在线监测的要求。

关键词： 监测   覆冰   光纤光栅传感器   悬链线   分布式   ANSYS  

摘要： 近年来,随着国民经济的快速增长,我国对电力的需求量也急剧增加。由于我资源分布极其不均衡,从技术、经济和环境污染等方面看,我国能源传输主要靠电网传输。作为电网中极其重要的组成部分,输电线路运行的安全性越来越受到电力系统运行、管理和科研人员的关注,也使得架空输电线路的监测技术取得了长足的发展。 本文首先从阐述架空输电导线覆冰造成的危害和现有的在假设输电导线覆冰均匀分布前提下,只能粗略估算导线冰重的架空导线覆冰监测方法入手,对比说明光纤光栅应变、温度传感器较传统传感器所具有抗电磁干扰、传输精度高、传输距离远、适应恶劣环境、安装便捷等的优点,引出光纤光栅传感器的优点及其在电网运行状态监测中的应用。 第二,本文应用“悬链线”理论推导悬点等高和不等高架空输电导线均匀荷载后的相关计算公式;本文首次将准分布式测量思想和有限元理论相结合应用与架空输电导线的运行状态监测中。在两种思想结合的基础上,创新提出了两个监测点之间导线荷载均匀分布的假设,并在此假设理论上研究求解架空输电导线不均匀覆冰荷载后新弧垂算法,即已知多点应力求解荷载后导线弧垂坐标,并用MATLAB中的GUI设计开发了相关计算软件。 第三,在ANSYS软件中建立架空输电导线模型,并以900米悬点不等高和1000米悬点等高输电导线模型为例,加载均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载,对准分布式测量仿真模型算法进行验证,经过几组任意荷载情况的验算,得到该算法的误差在6%以内,经过修正后的算法,误差有所降低可以控制在3%以内。 最后,提出了计算舞动导线的思路,为下一步工作的进行奠定了理论基础。

关键词： 1000kV特高压输电线路   工频电场   工频磁场   可听噪声   电晕放电  

摘要： 我国经济快速发展对电力供应的迫切需要和我国能源资源与负荷空间分布的特点决定了我国建设远距离、大容量特高压输电系统的必要性。随着我国经济的快速发展和民众环保意识的不断增强,特高压输电线路的电磁环境问题越来越受到人们的关注。 1000kV特高压输电线路电磁环境参数主要包括工频电场、工频磁场、无线电干扰和可听噪声四个方面,其中无线电干扰和可听噪声主要由线路电晕放电引起。本文以1000kV特高压交流输电线路为研究对象,分别进行了工频电场、工频磁场、电晕放电等方面的仿真研究,主要工作和结果如下: (1)在工频电场方面,本文比较了当前工频电磁场分析的主要方法;建立1000kV特高压交流输电线路的二维电场模型,通过计算分析了线路下方工频电场强度分布和变化的一般规律,着重研究了杆塔与相导线布置方式、相导线间距离、分裂导线结构、避雷线(架空地线)、导线对地距离等因素对输电线路下方工频电场和线路走廊影响的规律。 (2)在工频磁场方面,建立了1000kV特高压交流输电线路的二维磁场模型,通过计算分析了线路下方工频磁场强度分布和变化的一般规律,研究了线路相电流、杆塔与相导线布置方式、相导线间距离、分裂导线结构、导线对地距离以及等因素对输电线路下方工频磁场影响的规律。 (3)在电晕放电方面,建立了1000kV特高压交流输电线路电晕放电模型,通过仿真计算分析了导线表面场强等主要因素对线路电晕放电的影响,并着重分析了特高压输电线路电晕放电所带来的无线电干扰、可听噪声及电晕损失等效应。 (4)将仿真结果与当前国内外特高压、超高压电磁环境限值进行比较,发现1000kV特高压交流输电线路的电磁环境参数均处于限值以内。如果措施得当,可以达到超高压的电磁环境水平。 (5)根据仿真计算结果,本文建议:我国设计与建设1000kV特高压交流输电线路时,尽量采用我国晋东南—荆门线路南阳—荆门段的正三角线路,多分裂导线、大截面导线、抬高线路的对地高度等措施,以降低线路的电磁环境参数。此外在设计线路走向时,应尽量避开阴雨天气相对较多的地区,以降低线路的可听噪声和无线电干扰水平,减小线路的电晕损失。

关键词： 架空线路   杆塔   导线覆冰   垂直荷载  

摘要： 对无冰状态下导线的各个参量以及最大弧垂和悬挂点倾角的进行计算,得出在覆冰条件下垂直线路的竖向垂直比载,分析悬挂点导线施加到杆塔上的张力,得出导线覆冰的截面积,进而得出作用于杆塔的导线垂直荷载和杆塔所承受的导线覆冰冰重以及导线覆冰标准冰厚。该算法所需测量数据少,可为输电线路覆冰分析提供数据。