关键词： 输电线路巡检   目标检测   鸟巢检测   注意力机制  

摘要： 随着我国科技规模和工业生产的不断扩大,各个领域对电力资源的需求越来越高,确保输电线路安全、可靠运行成为重中之重。然而,输电线路上的鸟巢会对电力设备的安全运行构成威胁,甚至影响整个电力系统的稳定性。近年来,无人机巡检技术取得快速进步,利用无人机获取巡检图像并借助目标检测技术对输电线路上的鸟巢进行定位与识别,对降低电力巡检成本、提升巡检效率具有重要意义。然而,输电线路巡检任务中场景的复杂性和鸟巢目标的不确定性,导致现有的输电线路鸟巢检测算法存在检测精度低、漏检率高等问题。本文主要研究如何进一步挖掘巡检图像中鸟巢的特征信息,提升目标检测算法对输电线路鸟巢的定位和识别能力,同时保持算法的实时性。本文的主要研究内容如下:(1)设计了一种基于注意力特征融合的输电线路鸟巢检测方法。该方法通过设计注意力特征融合网络并将其嵌入到YOLOv3目标检测算法中,解决网络中不同层次特征中的鸟巢信息利用不充分的问题。注意力特征融合网络利用通道注意力机制计算深层特征的语义权值,并将此权值作为引导去筛选浅层特征,去除浅层特征中的冗余信息,帮助浅层特征获得像深层特征那样的类别区分能力。之后将筛选后的浅层特征与深层特征进行融合,得到包含丰富鸟巢信息的特征,提升目标检测算法对于输电线路鸟巢的检测性能。(2)设计了一种基于特征平衡和特征增强的输电线路鸟巢检测方法。该方法考虑到YOLOv5目标检测算法中不同层次特征之间存在的信息差异,结合通道和空间两种注意力机制设计特征平衡网络。特征平衡网络分别以语义权值和空间权值作为引导,实现不同层次特征之间语义信息和空间信息的平衡。同时,为了避免因网络层数逐渐增加导致鸟巢特征信息不断被弱化的问题,结合坐标注意力机制设计特征增强模块,捕获与鸟巢相关的通道信息和位置信息,增强检测算法区分鸟巢与背景的能力,提升算法对于输电线路鸟巢检测的适用性,同时保持算法的实时性。本文通过采集无人机巡检图像构建用于算法训练、测试的输电线路鸟巢数据集,并进行了一系列的对比实验。实验结果表明,本文设计的输电线路鸟巢检测方法针对多种巡检场景都具有很强的泛化能力和适用性,能够显著提升输电线路巡检效率,降低运维成本。

关键词： 特高压输电线路工程   质量管理   层次分析   模糊综合评价  

摘要： 伴随国家电力能源行业的飞速发展,特高压输电线路工程已成为我国推进电力传输的主网架工程。参建人员、机械设备、物资材料、方法体系、环境保护等方面的问题现状,促使特高压输电线路工程需聚焦特高压输电线路工程质量管理的综合评价机制与改进策略,强化特高压输电线路工程质量的过程管控与评价。本文以CH特高压输电线路工程为研究实例,分析其在人、机、料、法、环等方面存在的研究问题。随后,本文遵循本工程质量管理评价指标体系构建原则,通过文献识别及专家访谈建立CH特高压输电线路工程质量管理评价指标体系,通过专家组讨论打分得出初始判断矩阵,开展本工程各项指标权重计算。随后以指标权重为基础,开展CH特高压输电线路工程质量管理模糊综合评价,采用问卷调查法得到各指标基于各评价等级的隶属度,得出模糊评价的评价矩阵,通过计算得出本工程各项质量管理指标模糊综合评价的得分结果。在掌握得分结果的基础上,有针对性开展结果分析,对评价结果未达优秀标准的维度,进行工程质量管理改进策略提升方面的研究,为后续的同类型特高压输电线路工程质量管理提供借鉴帮助。

关键词： 输电线路   绝缘子检测   缺陷检测   改进YOLOV5s模型   模型部署  

摘要： 我国地域广阔,发电资源分布不均衡,结合我国的“双碳”目标,未来输电线路长距离输送电能的需求将会越来越高。输电线路上的绝缘设备长期暴露在各种环境中,容易发生破损、缺陷等故障,严重影响了电力系统的供电可靠性,为此,针对高压输电线路绝缘子与缺陷的检测技术进行研究。针对无人机拍摄角度导致的水平矩形框检测下绝缘子检测背景区域过大的问题,采用旋转框代替水平框对绝缘子进行检测,以检测速度和精度效果较好的YOLOV5s算法作为基准模型,在原来模型上引入旋转模块(CSL,Circular Smooth Label),提出一种改进YOLO模型(CSL-YOLO)。通过在该算法下构建的旋转绝缘子数据集实验结果表明,CSL-YOLO的平均准确率(m AP,mean Average Precision)达到了92.5%,表明该算法对图像中的目标检测效果良好,实现了目标的旋转检测,有效地解决了绝缘子在水平边界框下会导致检测框之间有较强的重叠、目标范围表示不准确的问题。为提升检测速度和检测精度,将YOLOV5s主干特征网络提取网络替换为Swin Transformer并添加注意力机制,提出一种改进YOLOV5s算法。通过在数据集上训练的实验结果表明,改进的模型进一步提升了模型检测精度,对高压输电线路上的缺陷有更好的检测效果,该模型的准确率由94.4%提高到96.2%。且该算法模型大小仅为13.8MB,为后续能部署在嵌入式硬件上的高压输电线路缺陷目标检测研究奠定了模型基础。针对嵌入式设备相对于大型GPU计算能力弱、模型移植精度低的问题,通过使用Tensor RT对所提改进YOLOV5s模型进行压缩与加速,将其移植到英伟达嵌入式设备Jetson Nano中。在Jetson Nano上的检测速度约为21帧/s,相对于未加速时的5帧/s,可以得知加速后模型检测速度大幅度提升,接近于实时检测(30帧/s),适合嵌入式边缘计算平台的部署。同时将电力检测人员面对的代码界面转换为图形界面,方便工作人员使用和操作。

关键词： 多端混合高压直流输电系统   直流线路保护   差动电流   分布电容电流   卷积功率  

摘要： 多端混合高压直流输电系统结合了传统直流输电传输容量大、输电距离远、成本低廉、技术成熟以及柔性直流输电无换相失败风险、有功无功独立可控的优势,成为了直流输电技术未来发展的趋势。作为直流输电系统中的重要组成部分,直流输电线路保护对直流系统的安全稳定运行至关重要。目前,针对多端混合高压直流输电线路的保护方法大多沿用传统高压直流输电线路的保护方法,但这些方法仍然存在一些问题需要解决。同时,相较于传统高压直流输电系统,多端混合高压直流输电系统的等值特性、拓扑结构、运行方式和保护要求都不尽相同。为此,本文从时域和频域两个方面对多端混合高压直流输电系统的故障特征进行分析,进而提出了相应的直流线路纵联保护方案,所做工作如下: (1)分别在时域上和频域上对区内外故障下的线路故障特征进行分析。针对分布式电容电流对差动电流带来的影响,在时域上分析了差动电流与分布电容电流在区内外故障下的相似特性。发生区内故障时,差动电流与分布电容电流的波形相似度较低;发生区外故障时,差动电流与分布电容电流的波形相似度较高。同时,还在复频域上分别对直流线路故障、T区汇流母线故障和区外故障的功率特性进行数学解析。当线路正常运行或者发生区外故障时,线路两端的功率差是一个负数;而当直流线路发生内部故障时,线路两端的功率差是一个正数。并由量化分析可知,低频功率特征可以放大区内外故障下的特征差异。 (2)在讨论了差动电流与分布电容电流相似特性的基础上,提出了基于差动电流与分布电容电流相似度的故障识别判据,并提出了基于欧氏距离的多端混合高压直流输电线路纵联保护方法。对相似度判据而言,虽然差动电流和分布电容电流的数值都会随着过渡电阻的增大而减小,但由于利用的是差动电流与分布电容电流的相似度特征,并不关注差动电流与分布电容电流的数值大小,因此可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。在此基础上,对差动电流与分布电容电流进行线性归一化处理,通过欧氏距离提取差动电流和分布电容电流的相似度特征,进而提出了一种基于差动电流与分布电容电流之间欧氏距离的纵联保护方案。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护方案无需延时即可正确识别区内外故障,耐过渡电阻能力达到600Ω,具有较高的灵敏性。同时,具有较强的耐线路参数误差能力,提高了改进电流差动保护在线路参数误差下的保护性能,保护具有较好的可靠性。 (3)在对S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析的基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;并提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法,以实现对线路故障、汇流母线故障以及区外故障的准确识别。算例结果表明,所提保护能够快速识别区内故障,并准确定位包括T区汇流母线在内的故障区段。保护无需延时,不依赖复杂的时频算法,对保护装置的采样频率要求较低,还能适应系统不同运行方式和潮流方向的改变,具有较高的可靠性和灵敏性。

关键词： 输电线路   故障测距   变分模态分解   鲸鱼算法   能量算子  

摘要： 我国是电力生产、消费大国，由于地域辽阔、能源开发和资源配置不平衡性的特点使大规模、远距离输送电能成为必然。为了应对电力结构复杂变化，满足电力输送越来越高的要求，需要采取有效措施提高输电线路故障测距准确度，缩短故障发生时间来保证输电系统的安全稳定运行。本文把输电线路暂态行波识别与故障测距作为研究重点，采用一种基于优化变分模态分解的输电线路故障测距新方法，主要研究内容如下:　　首先，本文从行波的理论基础入手，分析行波信号的传输特性、暂态行波波动方程、行波的折反射原理以及传统故障测距方法的研究现状和不足之处，选取双端行波测距法作为本文的基础方法。　　其次，通过对比经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)与变分模态分解(VariationalModeDecomposition,VMD)算法分解含噪模拟信号的效果，得出EMD存在模态混叠问题，因此选择VMD算法对输电线路故障行波进行分解。考虑到VMD分解效果会受到两个参数的影响，引入改进的鲸鱼算法(ImprovedWhaleOptimizationAlgorithm,IWOA)以模糊熵极小值为适应度函数对变分模态算法参数进行寻优，提高VMD分解行波精度。仿真证明，IWOA算法具有更高的寻优精度和求解能力，能够实现对模态分量K和惩罚因子α参数快速有效寻优。　　最后，采用一种基于优化VMD与新型能量算子(NovelTeagerEnergyOperator,NTEO)结合的输电线路双端行波故障测距方法。首先将电流暂态行波通过相模变换消除相间耦合得到线模分量，再利用IWOA算法寻优确定VMD参数，采用优化后的VMD对线模分量进行分解，优选出高频模态分量用NTEO进行瞬时能量计算，确定初始暂态行波波头到达线路两端的时刻，最后代入双端测距公式得出故障距离。采用PSCAD/EMTDC和MATLAB进行建模仿真实验，设置不同故障距离、故障类型、过渡电阻以及噪声进行误差分析，证明本文测距方法的精确性。同时与其它两种传统测距算法进行对比，突出本文测距方法的优势，并以实际故障数据为支撑，验证测距方法的适应性，为实际应用提供理论参考。

关键词： 相量测量单元   输电线路   无功量测异常   功率因数角偏差   异常数据检测   数据修正   同步校正  

摘要： 相角数据同步性是同步相量测量单元(phasormeasurementunit,PMU)的重要特性之一。然而,由于电力互感器元件故障、数据采集系统设备老化以及GPS受时间攻击等原因,现场会出现PMU内部电流电压同步异常以及不同PMU量测同步异常等问题,导致线路功率量测异常,甚至影响基于PMU的高级应用。针对输电线路PMU相角量测同步问题,论文研究了输电线路本地端/两端电压、电流相角量测同步偏差(功率因数角偏差)的检测及其校正方法(还需涉及两端的问题),并给出了参数未知情形下输电线路PMU电压、电流相角数据的同步校正方案。论文的主要工作及创新点如下:(1)揭示了功率因数角偏差造成无功测量不准的机理,提出了一种基于输电线两侧电压电流幅值测量的PMU/SCADA无功测量异常在线检测方法。具体地,结合功率因数角偏差的影响特性,可揭示现场双回线PMU数据量测无功异常现象;进一步,在推导得到不涉及相角的线路功率损耗表达是的基础上,结合误差传播定律,给出了线路功率偏差的阈值确定方法,提出了一种输电线路功率量测异常检测方法,可用于检测功率因数角偏差。该方法无需预校准或高精度电力互感器,可实现功率量测异常的在线检测,并适用于PMU和SCADA数据。(2)针对单回线路本地端电压、电流不同步偏差,提出了基于PMU量测数据的功率因数角偏差校正方法。利用两工况下的PMU量测数据,基于输电线路短时不变性以及双回线传输功率近似相等的特性,建立了输电线路两端功率因数角偏差关系的估计模型。在此基础上,结合输电线路无功校核最终实现了功率因数角偏差的估计与校正。仿真和实测算例表明该方法可准确单回线估计本地端电压、电流不同步偏差,具有较强抗噪性以及工程适用性。(3)针对部分现场线路由于功率因数角偏差导致的无功量测异常现象,提出了一种“三步法”双回线功率因数角偏差校正方法。结合对称双回线路传输功率近似相等的运行特性以及线路参数短时不变性,建立了双回线路各端功率因数角偏差之间关系的数学模型,并基于不涉及相角的无功损耗估计以及线路参数估计,实现了双回线功率因数角偏差的校正。相较于单回线功率因数角偏差校正方法,该方法无需线路参数,且经方法修正双回线功率因数角偏差后参数辨识精度提高。仿真算例验证了所提方法的有效性以及鲁棒性。实测算例表明所提方法能校正输电线路同步性问题以及无功损耗异常问题,进而修正线路无功功率,同时修正后输电线路PMU量测能通过中点电压幅值检验,验证了所提方法的工程适用性。(4)针对输电线路各端PMU电压和电流相角量测均存在偏差的情形,提出了一种线路参数未知情形下的PMU相角量测同步校正方法。结合输电线路π型等值模型,建立了计及同步性问题以及本地端PMU相角量测不同步的修正模型;基于线路参数短时不变性,提出了输电线路同量测量不同端的差值估计方法;结合线路无功校核以及参数估计,提出了线路PMU相角量测同步校正方案。仿真表明该方法能有效校正输电线路的PMU相角量测不同步问题,实测算例表明,经修正后量测数据能通过中点电压检验,且线路参数辨识结果得到极大改善,具有较高工程适用性。

关键词： 绝缘子   均压环   有限元   参数优化   神经网络  

摘要： 随着电力系统的发展,电压等级越来越高,绝缘子作为高压输电系统的关键设备之一,使用越来越广泛。电力系统在正常运行时,绝缘子的金具表面和外绝缘材料上由于电位分布的不均,易发生电晕、电击穿等现象,进而对电磁环境、绝缘材料的运行特性等产生影响,对电力安全运行造成严重威胁。为解决此问题,要在绝缘子的两端安装均压环。采用均压环均匀其表面电压分布保证高压输电系统安全运行。均压环的结构参数和安装位置与均匀电场能力密切相关,目前均压环设计参数并未形成统一标准,主要还是依靠工程运行经验进行设计配置,因此需要对均压环参数进行优化设计。本文主要包括以下内容: 介绍了课题的研究现状以及电磁场和有限元基本原理以及神经网络算法,详细地介绍了神经网络算法在电力系统中运用的模型、工作原理以及工作流程为后续章节均压环结构参数的优化设计提供理论基础。基于有限元方法搭建实际绝缘子以及均压环仿真模型,分析绝缘子电场分布特性,分析研究了影响绝缘子电场分布的一些因素。通过分析计算,得到了均压环的电场分布特性、均压环的作用。并根据仿真模型,探讨了均压环环径、均压环直径、均压环安装位置等参数对绝缘子电场分布的影响。建立了电场强度与均压环结构参数之间的非线性目标函数,利用粒子群神经网络算法对绝缘子均压环各个结构参数进行优化,建立了绝缘子均压环结构优化神经网络模型,得到均压环最优结构参数给出了均压环的最佳参数范围,为实际工程提供参考。

关键词： 输电线路   风偏   绝缘子串-导线耦合模型   体型系数   刚性直棒  

摘要： 在电力系统中,最常见的事故之一就是输电线路绝缘子串风偏,而绝缘子串在风偏的时候最常引起闪络,闪络也是导致绝缘子串风偏的最主要因素。对于风偏因素引起的跳闸,对比雷击或者其他一些原因来说,重合闸成功的可能性比较低,所以风偏跳闸一旦发生,输电线路就有可能会被导致停运,这时就会影响到电力系统的运行,所以一旦出现事故,造成的社会影响重大,对于经济损失来说也是巨大的损失。因此,对于输电线路的风偏闪络造成的原因进行深入的研究,并对其提出一些简单并且可靠的风偏计算方法以及对于相关参数合理的取值很是重要。为此在输电线路风偏的计算中,计算和控制风偏角是有效解决风偏的最佳方法。 输电线路中在计算绝缘子风偏角时,一般采用刚性直棒法计算,在此方法中,输电线路绝缘子串被当作独立的系统,被简化成一个具有刚性的直棒,忽略了绝缘子串自身形状对其的影响,由此会带来一定的误差,在输电线路的计算设计中,对塔线体系与跳线体系进行了计算,均需准确地考虑每个部件的体型系数,在规范方面,对塔和线的条文规定也较为齐全,但是研究不同绝缘子的体型系数的却还很少,针对这一问题,本文研究了竖直方向不同绝缘子串风偏特征和相应体型系数。 本文提出应用ANSYS软件,然后针对刚性直棒法的的不足之处,建立输电线路绝缘子串-输电导线的耦合模型,对其施加风荷载后进行模拟仿真,得到不同输电线路绝缘子串所受的应力和不同输电线路绝缘子串在受到风荷载的作用下的风偏角。通过刚性直棒法的计算,从计算结果可以看出,绝缘子串的高度、盘径和重量对风偏角的影响较大。通过体型系数的计算研究,绝缘子的盘径和绝缘子串的高度对绝缘子的体型系数有影响。从建模模拟风偏的结果中,可以看出,绝缘子串所受的应力主要集中在绝缘子串的顶端第一片和处于绝缘子串的中间部分的绝缘子,以及绝缘子片与片之间的连接处,这都是整个绝缘子串比较薄弱的部位。通过数值模拟得出的数据与传统刚性直棒法所得的结果进行比较分析,可以看出,计算所得风偏角结果小于数值模拟所得结果,这之间是存在误差的,最后根据比较的结果,给出不同绝缘子串体型系数的建议值,建议悬垂绝缘子串的体型系数取1.17,为以后输电设计计算研究提供依据。

关键词： 输电线路   电磁散射   矩量法   散射矩阵   极化功率响应  

摘要： 高压输电线路作为线路距离长、覆盖范围广的大尺寸金属架构,对邻近的无线电设施具有显著的电磁干扰。无线电设施工作时的电磁波特性复杂,其不同的工作频段、电场强度、传播方式以及极化方式都将使输电线路表现出不同的散射特征并产生不同强度的干扰。 本文针对输电线路关于不同极化方式电磁波的散射特性这个问题进行了深入研究,主要研究内容包括以下几个方面: (1)本文首先调研了各类无线电台站的电波传播方式,分析认为使用天波与空间波传播的台站均可能受输电线路电磁散射影响;明确了输电线路电磁散射机理由其二次辐射特性与反射特性叠加形成;利用矩量法计算输电线路的线和面电场积分方程,并通过分析采用输电线路线模型作为本文计算模型;介绍了电磁波的极化理论与目标极化散射矩阵,引入了最优极化理论作为输电线路极化散射特性评价标准。 (2)通过分析对输电线路电磁散射计算模型简化处理,建立了1000k V干字塔线模型,根据无线电台站收发电磁波的不同特性,建立了输电线路关于接收台站与发射台站的电磁散射计算模型;对于接收台站,在近场空间计算了输电线路对不同极化电磁波的无源干扰并分析其变化规律,对于具体天线,计算得到输电线路对天线的参数影响;探究输电线路散射电场存在的驻波与干涉现象并进行规律分析。 (3)提出了一种输电线路散射矩阵提取方法,并用典型散射体验证提取方法的准确性;推导了目标极化功率响应计算式,用以表征散射物对不同极化电磁波的散射特性;通过计算典型散射物的极化响应功率验证算式准确性,利用提取的输电线路散射矩阵计算其极化功率响应,分析输电线路的散射特征,得到输电线路在低频段散射特性类似细线圆柱,中频段散射特性服从偶次散射特性,高频段散射特性关于极化方向角不敏感等结论。计算了输电线路的后向散射系数并分析其变化规律;最后通过仿真验证上述关于输电线路散射特性结论的准确性,认为可以通过其散射特性采用最优极化减少输电线路的电磁散射干扰。

关键词： 绝缘子   开口销   缺陷检测   非对称解耦   模型加速  

摘要： 绝缘子本体及支撑套开口销在输电线路的电气隔离和机械支撑方面起着重要作用,由于输电线路长期处于恶劣的自然环境中,绝缘子本体及支撑套开口销容易发生故障,从而影响输电线路的正常运行。目前,将巡检机器人与计算机视觉检测系统结合起来实现输电线路的日常巡检对输电线路的稳定运行有着重要意义。然而,绝缘子本体及支撑套开口销处于不同光照、遮挡程度等复杂环境下,而且输电线路检测系统计算资源有限。在此背景下,本文聚焦于复杂环境下输电线路绝缘子本体及支撑套开口销缺陷检测技术及深度神经网络模型加速技术研究,具体研究内容包括: (1)针对现有目标检测模型难以完成复杂环境下输电线路绝缘子本体缺陷检测问题,本文提出一种两阶段目标检测模型Faster R-Transformer。该模型有效结合了Transformer和卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)优点,利用CNN进行局部特征提取来减少模型的计算量,再通过Transformer进行全局特征分析提高模型的检测精度。首先,利用本文提出的D-Res Net主干网络进行特征提取。然后,利用区域推荐网络(Region Proposal Network,RPN)和Align Pooling模块进行推荐区域池化。最后,基于Transformer的检测头部用于池化后的推荐区域进行特征加权。实验结果表明Faster R-Transformer能够高精度地完成复杂环境下输电线路绝缘子本体及绝缘子本体缺陷的检测任务。 (2)针对复杂环境下输电线路绝缘子支撑套开口销类间差别小导致识现有目标检测模型检测精度低问题,本文提出了一种非对称解耦的单阶段目标检测模型AD-Yolox。首先,使用Res Focus结构进行特征重构及位置编码实现输入特征的下采样。其次,在模型的颈部采用多种方向CNN来提升模型对不同角度开口销的特征提取能力,同时利用CNN结构重参数技术加快模型的检测速度。然后,在模型的检测头部分别使用STENET和CNN对类别和位置进行非对称解耦。最后,为了进一步提升检测速度,本文提出一种非等效的CNN结构重参数技术对空间金字塔池化(Spatial Pyramid Pooling,SPP)进行简化。实验结果表明该模型能够在保证召回率的情况下准确且快速识别不同状态开口销,此外通过利用CNN结构重参数技术能在保证检测精度的情况下进一步提升模型的检测速度。 (3)针对输电线路检测系统计算资源受限的问题,本文提出一种结合CNN结构重参数和模型剪枝的深度神经网络模型加速方法,并且构建了输电线路检测系统。首先,采用CNN结构重参数技术化简Faster R-Transformer和AD-Yolox检测阶段模型。接着,提出一种三阶段的模型剪枝算法对卷积核中贡献较小及相似度较高的卷积核进行剪枝。最后,将加速之后的模型嵌入到输电线路检测系统并进行实验。实验结果证明该系统能实现输电线路绝缘子本体及支撑套开口销的实时缺陷检测。 以上研究内容验证了提出模型的有效性,在一定程度上解决了现有复杂环境下输电线路绝缘子本体及支撑套开口销缺陷检测任务中存在的问题,对输电线路缺陷检测领域研究有重要意义。