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交流架空输电线路电参量反演方法研究

谢雨桐  
【摘要】:近年来,随着我国城市化进程的加速与供电负荷需求的迅速增长,我国电网规模不断扩大。如何准确可靠地监测输电线路运行状态,及时有效地避免恶劣天气或人为因素导致的输电线路事故,对电网的安全稳定运行具有重要意义。输电线路运行电压和电流的幅值与相位参数作为直接反映线路运行状态和健康水平的物理量,对输电线路的故障诊断具有重要作用。常规的输电线路电量信号检测方法是在线路所连接的变电站内加装互感器,但常用的电磁式互感器存在引发铁磁谐振的潜在危害,光电式互感器的测量精度有待提升且易受振动与温度影响。为解决这一瓶颈问题,本论文利用交流架空输电线路空间电场/磁场测量数据反演线路运行电压/电流参数的思路,具有非接触式测量技术的安全性与便捷性优势。以输电线路工频电压/电流与其周围空间产生的工频电场/磁场间存在的正相关性为基础,论文从交流架空输电线路电磁场计算模型、逆问题不适定性、参数寻优算法等方面展开研究,旨在提高反演计算的准确性、稳定性和广泛适用性。主要研究内容如下:(1)建立了输电线路等高悬挂、不等高悬挂与导线风偏状态的悬链线方程,构建了交流架空输电线路电压-电场和电流-磁场三维数学模型;探究电磁场逆问题不适定性的影响因素,从电磁场测量点的优化布置切入,为后续不适定程度的改善工作提供理论指导。(2)为改善逆问题的不适定程度,采用改进型粒子群优化算法,设置观测矩阵条件数为算法的适应度函数,具体提出了在最少测点数量条件下的测点位置寻优策略,对比分析了不同导线排列方式对逆问题不适定程度的影响规律。(3)选择融合粒子群算法与遗传算法优点的改进型优化算法,设置算法可调参数的选择策略,设定搜索变量间的约束条件;探究输电线下各电磁场测量点处场分量的分布特征,仿真分析采用电场与磁场单一方向分量逆推方法与采用多个方向分量逆推方法的适用情况;将改进的逆推优化算法分别应用于交流架空输电线路电压反演与电流反演的仿真算例,验证了反演方法在输电线路不同线路结构和运行状态下的鲁棒性与准确性。(4)根据反演方法提出的多点、同步、瞬时值测量的需求,采用了三维平板电容电场传感器;搭建交流输电线路模拟实验平台,并进行现场实验测量与算法逆推分析;实验结果显示,本研究所提反演方法用于检测输电线路实际运行状态,具有良好性能;同时,实验过程体现了输电线路非接触式测量方法的安全性、灵活性与便捷性优势。


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