一種輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法，該方法包括以下步驟：1)獲取環(huán)境溫度和環(huán)境相對(duì)濕度，并判斷是否達(dá)到覆冰條件，若為是，則執(zhí)行步驟2)；2)獲取環(huán)境溫度差ΔT、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H，并計(jì)算出環(huán)境溫度差、等效覆冰厚度和覆冰持續(xù)時(shí)間的覆冰權(quán)重值；3)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)覆冰權(quán)重值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，計(jì)算出線路覆冰概率，若線路覆冰概率為0，則輸出線路無(wú)覆冰，若線路覆冰概率為1，則執(zhí)行步驟4)；4)根據(jù)步驟2)獲取的環(huán)境溫度差ΔT、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H作為模糊專家系統(tǒng)的輸入經(jīng)過(guò)模糊推理輸出評(píng)估結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有評(píng)估精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法，尤其是涉及一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，在電力系統(tǒng)遭受的各種自然災(zāi)害中，冰災(zāi)是最為嚴(yán)重的威脅之一。與其 他事故相比，冰災(zāi)給電網(wǎng)造成的損失更為嚴(yán)重，輕則導(dǎo)致輸、變電設(shè)備閃絡(luò)跳閘、金具損壞， 重則造成架空線路斷線、桿塔倒塌，甚至造成大范圍區(qū)域電網(wǎng)癱瘓。由于冰災(zāi)期間往往天氣 惡劣、冰雪封山導(dǎo)致交通受阻、通信中斷，電力搶修極為困難，因而經(jīng)常造成電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間停 電，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，尤其給人民生活帶來(lái)不便，經(jīng)濟(jì)損失慘重，社會(huì)影響惡劣。 近年來(lái)，受全球氣候變化影響，冰災(zāi)發(fā)生的頻率有逐漸增多和難以預(yù)測(cè)的趨勢(shì)。
[0003] 針對(duì)輸電設(shè)備的在線評(píng)估研究較少，日本Koichi Nara等人建立了 187kV和66kV 架空線路防覆冰決策專家系統(tǒng)，它利用在線測(cè)量到的氣象參數(shù)（如環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng) 速、降雪量等）對(duì)當(dāng)前架空線路狀態(tài)作出判斷，以便運(yùn)行人員選擇何種防、除冰方式來(lái)處理 線路覆冰。我國(guó)國(guó)內(nèi)在這方面研究很少。架空線路覆冰受眾多因素的影響，如氣象因素、 海拔高度、導(dǎo)線直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度和微地形等，各因素與覆冰之間存在著高度的復(fù)雜性和非線 性。IEC推薦采用統(tǒng)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)評(píng)估線路覆冰狀況。Farzaneh等人根據(jù)加拿大魁 北克多個(gè)覆冰試驗(yàn)站兩年的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)與結(jié)冰速率，通過(guò)擬合回歸曲線，建立了基于微 氣象參數(shù)的導(dǎo)線結(jié)冰速率預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。但該模型沒(méi)有考慮現(xiàn)場(chǎng)的相對(duì)濕度，沒(méi)有考慮高 電壓、大電流對(duì)導(dǎo)線覆冰的影響，因此不能直接真實(shí)地反映線路覆冰。中國(guó)西南電力設(shè)計(jì)院 根據(jù)三峽觀冰站的觀測(cè)資料，研究了導(dǎo)線覆冰與氣象要素的關(guān)系，采用回歸分析方法建立 了冰重與氣象要素之間的定量關(guān)系。由于數(shù)據(jù)基于觀冰站，并非架空線路在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，與 實(shí)際情況不同。西安工程大學(xué)基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線路覆冰與局部氣象因素關(guān)系研 究，利用線性擬合的方式分別得到了覆冰厚度與環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速的關(guān)系式。但其 相關(guān)性較差，且分析用數(shù)據(jù)樣本量過(guò)小。由于研發(fā)時(shí)間較短，基于海量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的架空線路 覆冰狀態(tài)評(píng)估和故障診斷、預(yù)警研究還未開(kāi)展，針對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)未提出科學(xué)的利用 方法，導(dǎo)致大量的現(xiàn)場(chǎng)有用數(shù)據(jù)未得到充分利用。國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)公司線路覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功 能一般包括：數(shù)據(jù)采集和處理、設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)分析、參數(shù)設(shè)置、趨勢(shì)分析、報(bào)警服務(wù)和覆冰 增長(zhǎng)趨勢(shì)分析等，其中報(bào)警只是采用設(shè)定的報(bào)警閾值的單值報(bào)警方式，報(bào)警準(zhǔn)確度不高。
[0004] 由于存在技術(shù)缺陷和測(cè)量技術(shù)不精確等因素，目前的覆冰在線監(jiān)測(cè)技術(shù)需要不斷 完善以提高評(píng)估的準(zhǔn)確性，研究表明，輸電線路覆冰受氣象因素影響較大，尤其是環(huán)境溫度 和相對(duì)濕度對(duì)覆冰形成有決定性的影響。因此，線路覆冰狀態(tài)既具有不確定性，又有多因素 影響的特點(diǎn)。本文以輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合考慮等效覆冰厚度、微氣象參數(shù)和 覆冰持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估 方法，能夠很好的獲得對(duì)發(fā)生事件更加客觀而準(zhǔn)確的描述與評(píng)估，并對(duì)未來(lái)態(tài)勢(shì)的發(fā)展方 向做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于BP神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法，該方法包 括以下步驟：
[0008] 1)獲取環(huán)境溫度和環(huán)境相對(duì)濕度，并判斷是否達(dá)到覆冰條件，若為是，則執(zhí)行步驟 2);
[0009] 2)獲取環(huán)境溫度差Λ T、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H，并計(jì)算出環(huán)境溫度差、等效 覆冰厚度和覆冰持續(xù)時(shí)間的覆冰權(quán)重值；
[0010] 3)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)覆冰權(quán)重值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并判斷輸電線路是否存在 覆冰，若存在，則執(zhí)行步驟4);
[0011] 4)根據(jù)步驟2)獲取的環(huán)境溫度差Λ Τ、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H作為模糊專 家系統(tǒng)的輸入經(jīng)過(guò)模糊推理輸出評(píng)估結(jié)果。
[0012] 所述步驟1)中覆冰條件為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài)評(píng)估方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟： 1) 獲取環(huán)境溫度和環(huán)境相對(duì)濕度，并判斷是否達(dá)到覆冰條件，若為是，則執(zhí)行步驟2); 2) 獲取環(huán)境溫度差A(yù)T、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H，并計(jì)算出環(huán)境溫度差、等效覆冰 厚度和覆冰持續(xù)時(shí)間的覆冰權(quán)重值； 3) 采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)覆冰權(quán)重值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并判斷輸電線路是否存在覆冰， 若存在，則執(zhí)行步驟4); 4) 根據(jù)步驟2)獲取的環(huán)境溫度差A(yù)T、覆冰持續(xù)時(shí)間F和覆冰厚度H作為模糊專家系 統(tǒng)的輸入經(jīng)過(guò)模糊推理輸出評(píng)估結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟1)中覆冰條件為：
其中：T為環(huán)境溫度，P為環(huán)境相對(duì)濕度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟2)中環(huán)境溫度差的覆冰權(quán)重值y (AT)為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述環(huán)境溫度差的取值范圍為-6°C -6°C，等效覆冰厚度的取值范 圍為0-60mm，覆冰持續(xù)時(shí)間的取值范圍為0-200h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括步驟： 301) 所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將環(huán)境溫度差、等效覆冰厚度和覆冰持續(xù)時(shí)間的覆冰權(quán)重值進(jìn) 行數(shù)據(jù)融合得到線路覆冰概率，所述線路覆冰概率的值為〇或1 ; 302) 判斷所述線路覆冰概率是否為1，若為否，則輸出線路無(wú)覆冰，若為是，則執(zhí)行步 驟4)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟3)中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為三輸入單輸出模式，包括一個(gè)輸入層、 一個(gè)隱層和一個(gè)輸出層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述隱層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為7個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟4)中環(huán)境溫度差A(yù) T模糊化為三級(jí)，其模糊化過(guò)程包括三 個(gè)模糊隸屬度函數(shù)，覆冰持續(xù)時(shí)間F模糊化為兩級(jí)，其模糊化過(guò)程包括兩個(gè)模糊隸屬度函 數(shù)，等效覆冰厚度H模糊化為三級(jí)，其模糊化過(guò)程包括三個(gè)模糊隸屬度函數(shù)，所述模糊隸屬 度函數(shù)為三角形隸屬度函數(shù)或四邊形隸屬度函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀態(tài) 評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟4)具體包括步驟： 401) 計(jì)算環(huán)境溫度差A(yù) T的三個(gè)模糊隸屬度值ii N ( A T)、ii Q ( A T)和ii p ( A T)，計(jì)算 覆冰持續(xù)時(shí)間F的兩個(gè)模糊隸屬度值ii PS (F)和ii PB (F)，計(jì)算等效覆冰厚度H的三個(gè)模糊 隸屬度值U PS⑶、U PM⑶和U PB⑶； 402) 將環(huán)境溫度差模糊化為N或O或P，將覆冰持續(xù)時(shí)間模糊化為PS或PB，將等效覆 冰厚度模糊化為PS或PM或PB ; 403) 根據(jù)環(huán)境溫度差、覆冰持續(xù)時(shí)間和等效覆冰厚度的模糊化結(jié)果進(jìn)行模糊推理得到 模糊推理結(jié)果U，并輸出評(píng)價(jià)結(jié)果。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)的輸電線路覆冰狀 態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟402)中環(huán)境溫度差模糊化過(guò)程具體為：判斷yN(AT)、 U0(AT)和ii P(AT)的大小，若Un(AT)最大，貝IJ環(huán)境溫度差模糊化為N，若U0(AT)最 大，則環(huán)境溫度差模糊化為〇,若U P(AT)最大，則環(huán)境溫度差模糊化為P ; 覆冰持續(xù)時(shí)間的模糊化過(guò)程具體為：判斷Ups(F)和Upb(F)的大小，若Ups(F)大于 Upb(F)，則覆冰持續(xù)時(shí)間模糊化為PS，若Ups(F)小于iiPB(F)，則覆冰持續(xù)時(shí)間模糊化為 PB ； 等效覆冰厚度的模糊化過(guò)程具體為：判斷U PS (H)、y PM(H)和y PB(H)的大小，若y PS(F) 最大，則等效覆冰厚度模糊化為PS，若Upm(H)最大，則等效覆冰厚度模糊化為PM，若 U PB (H)最大，則等效覆冰厚度模糊化為PB。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104361535SQ201410697521
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】姚金明, 楊俊杰, 余鯤, 樊汝森, 任堂正, 趙勤學(xué), 陳斌, 周志云 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院