基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，包括以下步骤：Ｓ１、以导线、地线和杆塔为对象，根据监测参数，从机械性能和电气外绝缘性能两方面确定并计算具体评估内容的特征量；Ｓ２、确定模糊逻辑推理系统及其输入特征量和输出量，设计隶属度函数；Ｓ３、建立模糊逻辑推理系统，设计模糊规则，推理出机械性能和电气性能状态模糊结果；Ｓ４、对步骤Ｓ３的模糊结果采用质心反模糊化法解模糊，按照最大隶属度原则取隶属度最大的模糊子集输出，得到状态评估结果。本发明专利技术具有评估内容全面、计算方式科学、准确率高、有效防止输电线路故障等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力领域中的架空输电线路覆冰在线监测
，特别涉及一种基 于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法。
技术介绍
我国是世界上输电线路覆冰严重的国家之一。严重覆冰和积雪会导致输电线路机 械和电气性能急剧下降，引起绝缘子闪络、线路跳闸、断线、倒塔、导线舞动和通信中断等事 故。2008年初，我国南方部分省份遭受了 80年以来最为严重的冰冻雨雪凝冻灾害，冰闪频 发，线路跳闸、断线和倒塔等事故普遍，给南方地区电力系统的安全稳定运行和电力供应带 来极大的影响和威胁。输电线路覆冰在线监测技术已成为国内外研究的热点，我国南方电网及其管辖的 广东、广西、云南和贵州省网，国家电网及其管辖的华中、华北、山西、湖南和福建等地区电 网已建立了输电线路覆冰状态监测系统。输电线路覆冰监测系统一般由监测终端、通信网 络和主站组成。监测终端对绝缘子串悬挂点拉力或线夹出口处导线倾角、绝缘子串倾斜角 和风偏角实时监测，通信网络将监测数据上传至主站，主站后台软件根据力学计算模型，计 算出等效覆冰厚度，当等效覆冰厚度接近设计冰厚时报警。等效覆冰厚度的准确性依赖于 传感器和计算模型，单纯依靠等效覆冰厚度报警，还无法全面指导输电线路的安全运行。只 有研究监测量与故障之间的关系，评估覆冰对线路机械和电气性能等综合状态的危害，才 能充分发挥其安全指导作用。目前，已有的覆冰输电线路预警方法从线路破坏的角度进行预警，主要有以下不 足1、仅关心导线破坏，实际上由于架空地线无电流流过，其覆冰量大于导线，因此在导线 破坏前地线及其支架已遭到破坏；2、没有考虑水平荷载过载情况，也没有考虑几个方向荷 载综合作用的情况，当导线覆密度小的雪时，虽然其等效覆冰厚度未达设计厚度，但其实际 厚度远超设计厚度，在一定风速作用下很可能水平荷载过载；3、过荷载的计算基于等效覆 冰厚度不尽合理，一般从输电线路状态方程出发获得等效覆冰厚度，再以此计算导线荷载， 而状态方程的前提是线路荷载分布均勻，在高差较大或档距相差较大情况下形成的导线不 均勻覆冰下不宜用状态方程，因此覆冰厚度计算值存在较大误差，预警结果与实际有较大 出入；4、导线不平衡张力的计算也基于等效覆冰厚度计算，因此结果也与实际有较大出入； 5、只有过荷载才预警的方式无法全面预警，考虑实际运行中采取保护措施需要一定时间， 在过载前发出预警信息才能有效预警线路故障；6、仅机械荷载评估，无电气性能评估，实际 绝缘子覆冰闪络也是一种主要且频发的覆冰线路故障；7、评估或预警方式为阈值报警，会 因阈值固定带来结果误差导致误判。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评 估方法，本专利技术具有评估内容全面、计算方式科学、准确率高、有效防止输电线路故障等优4点ο本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状 态评估方法，包括下列步骤步骤Sl 以导线、地线和杆塔为对象，根据监测参数，从机械性能和电气外绝缘性 能两方面确定并计算具体评估内容的特征量；步骤S2 确定模糊逻辑推理系统及其输入特征量和输出量，设计隶属度函数；步骤S3 建立模糊逻辑推理系统，设计模糊规则，推理出机械性能和电气外绝缘 性能状态模糊结果；步骤S4 对步骤S3的模糊结果采用质心反模糊化法解模糊，按照最大隶属度原则 取隶属度最大的模糊子集输出，得到状态评估结果。为更好的实现本专利技术，所述步骤Sl中，具体包括以下步骤步骤Si. 1，确定并计算导线-杆塔体系垂直荷载状态特征量，具体包括导线垂直 荷载和地线垂直荷载；步骤Si. 2，确定并计算导线-杆塔体系水平荷载状态特征量，具体包括导线水平 荷载和地线水平荷载；步骤Si. 3，确定并计算导线-杆塔体系断线状态特征量，具体包括导线水平张力 和地线水平张力；步骤Si. 4，确定并计算导线-杆塔体系纵向荷载状态特征量，具体是指导线纵向 不平衡张力；步骤Si. 5，确定并计算线路电气外绝缘状态特征量，具体包括泄漏电流最大值和 超过IOmA泄漏电流脉冲次数。优选的，所述步骤S2中的模糊逻辑推理系统采用曼达尼(Mamdani)模糊推理系 统。优选的，所述步骤S2中的隶属度函数形式为三角形隶属度函数和四边形隶属度 函数。优选的，所述步骤S2中的输入特征量和输出量，具体包括机械性能状态评估部分 的输入特征量和输出量，以及电气外绝缘性能状态评估部分的输入特征量和输出量；其中机械性能状态评估部分的输入特征量共有7个，具体为导线垂直荷载、地线垂直 荷载、导线水平荷载、地线水平荷载、导线水平张力、地线水平张力和导线纵向不平衡张力， 该部分包含7个模糊逻辑推理系统，每个模糊逻辑推理系统分别对应1个输入特征量和1 个相应的状态输出量；电气外绝缘性能状态评估部分的输入特征量共有2个，具体为泄漏电流最大值 和超过IOmA的泄漏电流脉冲次数，该部分包含1个模糊逻辑推理系统，该系统对应上述2 个输入特征量和1个状态输出量。优选的，所述步骤S3中建立模糊逻辑推理系统，设计模糊规则，具体是指在进行机械性能状态评估时，7个模糊逻辑推理系统的模糊规则库均一致，每个模 糊规则库构造的依据为特征量较小则对应的状态较安全，特征量中等则状态较危险，特征 量较大则过荷载需要报警；在进行电气外绝缘性能状态评估时，1个模糊逻辑推理系统确定一个模糊规则库，模糊规则库构造的依据为线路外绝缘性能状态安全的情况包括泄漏电流最大值接近零， 和泄漏电流最大值为正小且超过IOmA的泄漏电流脉冲次数为正小；线路外绝缘性能状态 需要注意的情况包括泄漏电流最大值为正小且超过IOmA的泄漏电流脉冲次数为正中，和 泄漏电流最大值为正中且超过IOmA的泄漏电流脉冲次数为正小；线路外绝缘性能状态危 险的情况包括泄漏电流最大值为正中且超过IOmA的泄漏电流脉冲次数为正中或正大，和 泄漏电流最大值为正小且超过IOmA的泄漏电流脉冲次数为正大；线路外绝缘性能状态需 要报警的情况是指泄漏电流最大值为正大。优选的，所述步骤S4中的质心反模糊化法是指取隶属度函数与横坐标围成面积 的质心为代表点，通过下式计算输出范围内一系列连续点的质心\μ{χ)χ :Z = -其中，μ (χ)为输出变量的隶属度值。本专利技术相对现有技术具有以下优点和有益效果第一，状态评估内容全面，相比现有技术增加了实际运行中不可缺少的电气外绝 缘评估、地线荷载分析和水平荷载分析。第二，特征量计算方式更为科学，直接以监测数据为基础计算，减少因不确定参数 多步计算带来的较大误差。第三，对模糊逻辑推理系统的输入量进行了模糊化，避免了已有方法中固定阈值 带来的误判，有效提高状态评估准确率。第四，根据模糊推理结果获得的状态情况，运行人员可提早采取防冰、融冰措施防 止超过设计要求时可能造成的输电线路故障。附图说明图1是本实施例中一种的工作流程 图2是实施例中7个输入特征量导、地线垂直荷载，导、地线水平荷载，导、地线水 平张力和导线纵向不平衡张力标么值共通的模糊隶属度函数示意图3是实施例中7个输出量共通的模糊隶属度函数示意图4是实施例中泄漏电流最大值的模糊隶属度函数示意图5是实施例中超过IOmA的泄漏电流脉冲次数的模糊隶属度函数示意图6是实施例中电气外绝缘状态评估输出量的模糊隶属度函数示意图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤Ｓ１：以导线、地线和杆塔为对象，根据监测参数，从机械性能和电气外绝缘性能两方面确定并计算具体评估内容的特征量；步骤Ｓ２：确定模糊逻辑推理系统及其输入特征量和输出量，设计隶属度函数；步骤Ｓ３：建立模糊逻辑推理系统，设计模糊规则，推理出机械性能和电气性能状态模糊结果；步骤Ｓ４：对步骤Ｓ３的模糊结果采用质心反模糊化法解模糊，按照最大隶属度原则取隶属度最大的模糊子集输出，得到状态评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在于，包括下列步骤步骤Sl 以导线、地线和杆塔为对象，根据监测参数，从机械性能和电气外绝缘性能两方面确定并计算具体评估内容的特征量；步骤S2 确定模糊逻辑推理系统及其输入特征量和输出量，设计隶属度函数；步骤S3 建立模糊逻辑推理系统，设计模糊规则，推理出机械性能和电气性能状态模 糊结果；步骤S4 对步骤S3的模糊结果采用质心反模糊化法解模糊，按照最大隶属度原则取隶 属度最大的模糊子集输出，得到状态评估结果。2.根据权利要求1所述一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在 于，所述步骤Sl中，具体包括以下步骤步骤Si. 1，确定并计算导线-杆塔体系垂直荷载状态特征量，具体包括导线垂直荷载 和地线垂直荷载；步骤Si. 2，确定并计算导线-杆塔体系水平荷载状态特征量，具体包括导线水平荷载 和地线水平荷载；步骤Si. 3，确定并计算导线-杆塔体系断线状态特征量，具体包括导线水平张力和地 线水平张力；步骤Si. 4，确定并计算导线-杆塔体系纵向荷载状态特征量，具体是指导线纵向不平 衡张力；步骤Si. 5，确定并计算线路电气外绝缘状态特征量，具体包括泄漏电流最大值和超过 IOmA泄漏电流脉冲次数。3.根据权利要求1所述一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在 于，所述步骤S2中的模糊逻辑推理系统采用曼达尼模糊推理系统。4.根据权利要求1所述一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在 于，所述步骤S2中的隶属度函数形式为三角形隶属度函数和四边形隶属度函数。5.根据权利要求1所述一种基于模糊逻辑的覆冰输电线路状态评估方法，其特征在 于，所述步骤S2中的输入特征量和输出量，具体包括机械性能状态评估部分的输入特征量 和输出量，以及电气外绝缘性能状态评估部分的输入特征量和输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝艳捧，阳林，李立浧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]