关键词： 高压直流输电   变分模态分解   麻雀搜索算法   希尔伯特变换   单端量保护   故障测距  

摘要： 高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)技术具有输送容量大、输送距离远、线损低等诸多优势,该技术已成为解决大容量、远距离送电和电网互联的重要手段。直流线路作为电网互联的联络线,其运行的稳定性对整个电力系统的安全运行影响很大,由于直流输电线路较长,穿越的地理环境较为复杂,导致其故障率高。相关资料显示,直流系统中的故障有将近一半为直流线路故障,因此深入研究如何提高HVDC输电线路继电保护性能尤为重要。目前已投入运行的直流输电线路主保护方案普遍存在耐过渡电阻能力有限、线路末端有保护死区以及抗干扰能力弱等问题,当线路末端出现高阻接地时,保护易出现拒动,其可靠性有待提高。此外,传统直流输电线路测距方案存在故障行波初始波头到达时间难以精确标定、测距精度不高等问题。针对上述问题,本文围绕直流输电线路保护和故障测距新方法展开研究,主要研究内容如下:(1)讨论了高压直流输电系统的基本原理和运行方式,概述了行波理论、变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)、麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)以及希尔伯特变换(Hilbert)的相关理论,研究了HVDC系统输电线路的物理边界及线路的频率特性,进一步分析了区内外故障时的故障暂态特征,为后续基于VMD-SSAHilbert的高压直流输电线路保护方案的研究提供了理论支撑。(2)针对直流线路主保护耐过渡电阻能力有限、线路末端存在保护死区的问题,提出了一种基于VMD-SSA和多频段Hilbert能量的HVDC线路单端量保护方法。直流线路发生区内、外故障时,暂态电压信号中含有的高频分量和低频分量有着明显的差异。基于这一特征,利用不同故障区间暂态电压信号中200～1200Hz低频段和8～12k Hz高频段的Hilbert能量值差异来构造保护判据。仿真结果验证了所提保护方案的有效性。(3)针对现有的故障测距方案中行波初始波头难以识别的问题,提出了一种基于VMD-SSA-Hilbert的故障测距方法。利用VMD-SSA对故障暂态电压信号进行分解,选取中心频率为4～6k Hz的固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF),以提取暂态电压的突变信息,对选取到的IMF分量进行Hilbert变换来进一步识别故障行波初始波头到达监测点的时刻,最后结合行波双端测距原理实现直流线路的故障测距。仿真结果验证了所提测距方案的有效性,测距误差均在允许范围内,受过渡电阻影响小。

关键词： 输电线路   跨越施工   安全风险   灰色评价   风险应对  

摘要： 随着我国经济的发展,国家对能源供应的要求进一步提高,确保能源的正常供应已经成为国民经济发展的基础。输电线路作为电力系统的“大动脉”,在电力系统中承担着输送电能的重要作用。但架空输电线路工程因建设周期长,建设环境错综复杂,高空作业多,且从业人员安全素养与综合素质参差不齐,使得架空输电线路施工作业安全风险较高。架空输电线路建设过程中还会遇到多种跨越问题,如河流、电力线路、高速公路等,这使得施工安全风险进一步加大。因此,研究探讨架空输电线路跨越施工安全风险问题显得十分重要。首先,本文通过系统梳理国内外有关架空输电线路安全风险的研究成果,依据安全风险理论,对架空输电线路跨越施工安全风险的含义、等级划分、管理特点以及指标选择原则进行了分析和阐述。其次,利用文献研究法和访谈法,初步识别出了Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险因素,利用专家咨询,并结合Y-G 220千伏架空输电线路实际情况,形成了最终包括人员风险、环境风险、管理风险、技术风险、机械风险、材料风险6个维度的33项安全风险因素,构建了安全风险因素清单。然后,建立了Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险评价指标体系,利用层次分析法(AHP)计算确定了6个一级指标以及33个二级指标的风险权重,以中心点白化权函数构建了安全风险评价模型并进行应用研究,通过问卷调查法得到Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险各级判断矩阵,进而计算得出Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险水平。最后,针对Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险较高因素提出了“扎实开展作业风险辨识”、“加强地锚拉线计算校核”、“留足近电作业安全裕度”和“加强专项施工方案审核”等风险管控措施来降低、转移或规避Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险。本文所构建的Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险评价指标体系和评价模型进一步丰富和完善了架空输电线路工程的施工安全风险理论,并促进了安全风险评价理论在Y-G 220千伏架空输电线路工程领域的应用与发展。同时,针对Y-G 220千伏架空输电线路工程跨越施工安全风险的评价结果以及提出的具体应对措施,可以为该输电线路工程跨越施工可能遇到的安全风险提供参考与指导,也可为其他类似架空输电线路跨越施工提供借鉴与参考。该论文有图4幅,表41张,参考文献94篇。

关键词： 光纤传感技术   机器学习   覆冰预测  

摘要： 2019年国家电网提出了建设泛在电力物联网的战略目标,保障电力系统的运行安全更是‘两网’计划的基本目标和永恒主题。电力系统的运行安全涉及数据监测采集、安全性分析、自动化控制等多个方面,尤其在电网能源结构日益复杂化,用电量更具规模化的今天,电力系统安全运行面临更大挑战。如何基于泛在物联网构建稳定可靠的智能电网是一项十分复杂的工程。输电线路作为输送电能的纽带,是电力系统的大动脉,起着输送分配和交换功率的作用,但是当前的输电线路状态监测还存在着很多问题,无法保障线路的安全运行。在监测终端层面上,目前输电线路布设的传感器绝大多数为电子式传感器,在强磁场的环境下传感器的工作状态不稳定;在某些气候环境恶劣多变的区域,采用太阳能电池板供电的方式难以维持实时的工作状态,亟需研究高可靠的输电线路监测方案;同时电网公司虽然收集到了多参量的监测数据,却缺少有效的分析模型能够为准确监测输电线路安全提供可靠支撑,亟需一种能够对输电线路多参量监测数据进行处理分析的系统模型。针对上述问题,本文开展了面向输电线路状态监测的光纤传感器及覆冰智能预测关键技术的研究,着眼于“线路监测-信息收集-智能评估”一体化的输电线路状态监测系统的构建,从底层传感器设计、雨凇预测模型、雾凇预测模型,综合预测模型这四个环节逐次展开,进行了光纤式输电线路状态监测、覆冰预测方面的研究探索。主要研究和创新工作如下:1、针对传统输电线路状态监测传感器可靠性差,传输效率低的问题,本论文研究并设计了基于光纤光栅的输电线路气象传感器和基于光纤准直器的风速风向传感器。利用光栅对温度和应变敏感的特性制作了多类基于光纤光栅气象感知单元,各类传感器的测量范围及精度均符合GB/T 35697-2017《架空输电线路在线监测装置通用技术规范》中对于“气象监测装置”的相应规定;利用光纤准直器在不同风速风向状态下光功率耦合情况的差异,研制了能够准确有效进行实时监测的风速风向传感单元,同时由于准直器使用1310nm的光源而光纤光栅传感器使用C波段光源,可以利用波分复用技术进行共纤监测,提高了单根纤芯的监测范围,节省了线缆资源。光纤式传感器已安装在多条高压输电线路上验证其准确性及稳定性。2、针对目前输电线路覆冰条件不明晰,理论模型不完善的问题,本论文研究分析了线路覆冰的形成机理,在此基础上提出一种利用机器学习算法对覆冰模型进行仿真模拟从而达到准确监测的方案。针对电力系统对多参量监测数据缺少准确有效覆冰预测手段的问题,本论文提出并验证了一种基于高斯回归过程(GPR)算法的输电线路雨凇预测模型。研究分析了 GPR参数对模型预测的影响并确定了模型优化的方案。模型利用江西220kV琴五线光纤光栅式气象传感器采集到的数据进行学习训练后,能够实现利用微气象数据对同一地区不同杆塔覆冰厚度的准确预测。均方误差(MSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)均小于1%。3、针对当前覆冰模型在不同微地形环境下预测精度下降、空间泛化能力较差的问题,本论文重新研究了覆冰的形成条件,引入了历史覆冰数据作为新的输入参数,提出并验证了两种基于GPR算法的输电线路雨凇、雾凇预测模型。为了突破模型在空间不确定性条件下泛用性差的瓶颈,对历史覆冰数据的选用条件进行了研究验证,最终选用了 1min历史数据作为新的输入参数实现对雨凇、雾凇的预测。在九个完整覆冰周期(三个省份四条线路安装光栅式气象传感器采集到的历史数据)上进行的实验验证结果表明所提出的模型可以有效地分别预测雨凇和雾凇,且相关系数R大于0.99,MSE 和 MAPE 均小于 2%。4、针对运用单一覆冰模型预测及时性,灵活性差,缺少对多种类型覆冰进行综合预测方案的问题。本论文研究了能够提高模型的鲁棒性的训练集选取及制作方法并对现有的数据集进行重新拼接组合形成新的训练集。通过让模型在多类训练集上进行特征提取训练,选取其中预测精度较高,且空间敏感性较低的模型进行后续优化预测。重新研究了各类机器学习算法的优势及适用条件。深入学习了主流的机器学习算法的适用条件和调参手段,对分别属于回归算法、分类算法,集成学习算法的GPR、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、神经网络模型进行参数优化训练,确定了完整的复合预测模型优化训练方案,最终得出了一个能够对雨凇,雾凇进行综合预测的机器学习模型。该模型能够有效地预测多种类型的覆冰,在九个覆冰周期数据进行验证的结果显示R大于0.99,MSE,MAPE均小于4%。本论文仅利用光纤光栅气象传感器的数据即可实现覆冰预测,也可以与天气预报相结合在无需硬件传感设备的情况下进行广域的覆冰预测。

关键词： 架空单导线   覆冰扭转   物理数学模型   抑制方法   野外试验  

摘要： 覆冰扭转作为输电线路导体结冰常见现象,将加重线路覆冰增加电网冰灾风险,电力系统中广泛应用的架空单导线覆冰扭转现象尤为突出。近年来,电网建设不断完善加之极端天气频发,越来越多的输电线路不可避免的需要经过低温高湿的易覆冰区,开展输电线路单导线覆冰扭转及其抑制方法研究,对减少导线覆冰增强电网冰灾防御能力具有重要意义。针对目前输电线路单导线覆冰扭转研究中,研究方法有限、机理研究不足、扭转抑制方法欠缺三大问题,本文从基本物理过程出发,通过模型建立、数值模拟和野外自然覆冰试验相结合的方式对输电线路单导线覆冰扭转及其抑制方法进行了系统性研究。首先,观测了单导线野外自然覆冰,建立输电线路单导线覆冰扭转物理数学模型;其次,基于建立的模型实现了输电线路单导线覆冰扭转动态数值模拟;然后,提出了输电线路单导线覆冰扭转抑制方法;最后,开展了输电线路单导线覆冰扭转野外自然试验,对本文所提模型及方法进行验证。论文详细工作及成果归纳如下:（1）观测了单导线野外自然覆冰。单导线覆冰扭转多见于架空线路,短单导线不容易出现覆冰扭转现象;架空单导线覆冰形状在导线各位置不同,越靠近架空单导线档段中点,覆冰形状越接近于圆形。（2）建立了输电线路单导线覆冰扭转物理数学模型。由野外观测结果搭建物理模型,得到单导线覆冰扭转微分方程;越靠近架空单导线档段中点导线等效扭转刚度越低,越容易发生覆冰扭转;架空单导线档距、高差角增大,促进导线覆冰扭转,导线张力增加抑制导线覆冰扭转;将等效扭转刚度纳入微分方程,获得单导线架空线路覆冰扭转计算模型,由有限差分法完成求解。（3）实现了输电线路单导线覆冰扭转动态数值模拟。基于单导线架空线路覆冰扭转计算模型,对不同类型架空单导线不同覆冰环境下的覆冰扭转过程进行动态数值模拟;发现架空单导线覆冰扭转特性沿档段中点对称分布;越到覆冰后期,导线覆冰扭转难度越大,导线扭转角度增量在覆冰后期下降比例超过85%。（4）探究了架空单导线覆冰与扭转相互作用机制,以及环境参数对架空单导线覆冰扭转特性的影响。导线覆冰扭转后加速导线覆冰,而覆冰增加又将促进导线覆冰扭转,从而形成正向循环加重导线覆冰;扭转情况下导线覆冰质量增加比例超过35%;风速、液态水含量、水滴中值直径增加和环境温度降低将提升导线覆冰速率促进导线覆冰扭转,其影响程度均为先快后慢,最后趋于平缓。（5）提出了输电线路单导线覆冰扭转抑制方法。在架空单导线上分布式加装n0个正交双摆重锤,安装位置处导线覆冰扭转角度为零,从而将一档长为L的架空单导线,分割为长为L/（n0+1）的n0+1档导线,提升架空单导线等效扭转刚度,抑制架空单导线覆冰扭转;提出基于覆冰扭转有效抑制区间比ξ=100%,且覆冰扭转最大角度抑制率ζ≥90%的正交双摆重锤设计方法。（6）开展了输电线路单导线覆冰扭转野外自然试验。在重庆大学雪峰山国家野外站拉设架空单导线,试制正交双摆重锤,进行输电线路单导线覆冰扭转特性和抑制单导线覆冰扭转试验;试验结果表明,由本文模型获取的数值模拟结果与试验结果误差平均值在10%以内;加装正交双摆重锤后导线覆冰扭转角度下降比例最大值达到95.6%,平均值超过88%。

关键词： 输电线路   覆冰预测   支持向量机回归   改进白鲸优化算法   改进灰狼优化算法  

摘要： 架空输电线路是电网的重要组成部分,但在高寒地区,架空输电线路易受覆冰影响,这是影响电网安全稳定运行的重要原因之一。覆冰会引起导线舞动、断线、倒塔甚至人员伤亡。因此,对输电线路覆冰预测进行研究具有重要的理论意义和实际工程价值。本文首先阐述了输电线路覆冰的研究背景及意义,对线路覆冰的机理进行分析,介绍了覆冰的形成的条件、种类及影响因素,同时对国内外线路覆冰的研究现状进行文献分析,分析了覆冰的监测技术研究以及覆冰预测模型研究;其次设计了覆冰监测信息采集装置,可实现对覆冰参数如环境温度、环境湿度、环境风速信息、拉力及倾角的采集,并对各组成单元进行了测试。目前针对输电线路覆冰预测模型研究主要有神经网络模型和其它机器学习模型,由于神经网络的训练需要大量样本数据支撑,且存在模型构建复杂训练慢预测精度受数据集影响较大的缺点,因此针对上述缺点提出了一种基于支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)的输电线路覆冰预测模型,可以明显减少对数据的依赖,更适合小样本数据预测。然后进一步提出使用白鲸优化算法(Beluga whale optimization,BWO)对SVR的超参数和正则化常数进行优化,并针对BWO提出以下改进措施:基于Sigmoid函数的非线性平衡因子的改进、种群优选策略、改进鲸落学习策略、精英学习策略。其次为验证改进白鲸优化算法(Beluga whale optimization,IBWO)的寻优性能,结合粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)、灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,GWO)、改进灰狼优化算法(Improved Grey Wolf Optimization,IGWO)以及BWO进行对比分析,使用17种测试函数进行寻优测试,通过仿真结果表明本文所提算法的寻优性能优秀。最后建立基于IBWO-SVR的线路覆冰厚度预测模型,并与其他几种算法的SVR模型进行对比分析,进一步验证本文所提模型的优越性。

关键词： 电力施工   架空输电线路   施工质量控制  

摘要： 电力施工架空输电路是电力系统极为关键的部分,输电线承担着电力的运输工作,是电网安全运行的基础。电力工程输电线路是保证我国电力稳定供应的重要一环。基于此,本文以电力施工架空输电线路为核心,以电线路施工质量为主要内容,通过查阅大量的资料以及实地走访对其现状进行研究,针对电力施工架空输电线路施工流程以及电力施工架空输电线路施工质量控制手段进行分析,希望可以为相关从业人员提供帮助与借鉴。

关键词： 超高压输电线路   覆冰预警   PSOEM-LSSVM模型   机器视觉  

摘要： 超高压输电线路一旦覆冰会造成严重的危害,甚至会影响电网正常运行,预测输电线路覆冰情况对于解决灾害有重要意义。目前提出的预警模型覆冰率预测结果与实际结果相差较大,为了解决上述问题,基于机器视觉设计了一种新的超高压输电线路覆冰灾害分级预警模型,处理超高压输电线机器视觉信息,采集原始图像信息,划分原始图像中的线路特征,确定梯度特征,分析梯度方向,实现梯度增强。利用卷积神经网络对图像进行分类,根据分类结果完成信息处理。同时检测历史覆冰灾害因子、气象因子和线路冰冻因子,根据检测结果建立PSOEM-LSSVM模型,计算预警模型权重,分析综合风险指数的赋权及合理性,对输电线路覆冰风险进行分级,通过指数结果将灾害分为5级,评判灾害程度。实验结果表明,基于机器视觉的超高压输电线路覆冰灾害分级预警模型预警相对误差始终低于0.02%,预警过程不会受到风速影响,能够很好地保证超高压输电线路运行安全性。

关键词： 在线监测   覆冰防控   准确预测   实时告警   终端联动   快速响应  

摘要： 随着覆冰在线监测终端安装数量迅速提升,覆冰在线监测已成为南网电网感知输电线路覆冰状态、预防大面积覆冰雪灾害事故的主要手段,本文基于在线监测模式,从“准确预测”、“实时告警”、“终端联动”、“快速响应”对基于在线监测的全面输电线路覆冰防控应用进行分析,充分利用在线监测的时效性等特点,实现覆冰告警-融冰管理-受损分析-防冰统计-覆冰简报的全过程覆冰响应,结合覆冰预测-覆冰分析-预测验证-预测完善的预测管理,提高覆冰管控效率,提升公司“灾前准备,灾中应急,灾后恢复”的防灾减灾管理水平。

关键词： 1000kV   特高压输电线路   在线监测技术   管理平台  

摘要： 对1000kV特高压输电线路在线监测管理平台进行论述,介绍在线监测技术、在线监测管理平台结构与功能和平台运行要点,明确该管理平台对于特高压输电线路运行的重要性,为1000kV特高压输电线路的良好运行提供技术支持。