本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)在線監(jiān)測與安全，尤其涉及一種輸電線接頭線芯溫度的估算方法及監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，電力電纜是構(gòu)建電力系統(tǒng)進(jìn)行電能輸運(yùn)的重要部件，確保電力電纜正常運(yùn)行是保障能源安全的關(guān)鍵因素。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的迅速推進(jìn)，地下電纜成為了主要的輸電方式，但地下隧道電纜的檢修成為電力系統(tǒng)運(yùn)維的主要難題。據(jù)報道，目前隧道電纜引發(fā)的火災(zāi)主要發(fā)生在電纜接頭處，因此對輸電線接頭線芯溫度進(jìn)行實時監(jiān)測是預(yù)防隧道電纜安全事故的有效途徑。

2、目前電纜接頭線芯溫度監(jiān)測方法主要采用直接測量法和間接測量法兩種，直接測量法需要將溫度傳感器埋入電力電纜接頭，顯著增加電力工程施工難度，并且當(dāng)直接測量傳感器出現(xiàn)故障需要維修時，只能進(jìn)行斷電操作，實用性非常有限；間接測量法是通過測量電纜接頭護(hù)套的溫度推算電力電纜線芯的溫度，或者采用聲表面波探測技術(shù)，共同缺點是測量的精度低，實時性差，不能準(zhǔn)確反應(yīng)電纜接頭的真實溫度，更不能反應(yīng)電纜接頭線芯溫度的瞬變狀態(tài)。

3、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：

4、(1)目前電纜接頭線芯溫度的監(jiān)測方法中，直接測量法需要將溫度傳感器埋入電力電纜接頭，顯著增加電力工程施工難度，并且當(dāng)直接測量傳感器出現(xiàn)故障需要維修時，只能進(jìn)行斷電操作，實用性非常有限。

5、(2)現(xiàn)有間接測量法是通過測量電纜接頭護(hù)套的溫度推算電力電纜線芯的溫度，或采用聲表面波探測技術(shù)，測量的精度低，實時性差，不能準(zhǔn)確反應(yīng)電纜接頭的真實溫度，更不能反應(yīng)電纜接頭線芯溫度的瞬變狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種輸電線接頭線芯溫度的估算方法及監(jiān)測系統(tǒng)。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種輸電線接頭線芯溫度的估算方法，輸電線接頭線芯溫度的估算方法包括：在輸電線接頭處外部設(shè)置多個溫度傳感器和電流傳感器，采用溫度傳感器和電流傳感器分別采集輸電線接頭處外部多點的溫度值和電纜的電流大小并將數(shù)據(jù)發(fā)送至集控中心；集控中心基于分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)輸電線接頭溫度的估算和遠(yuǎn)程監(jiān)測。

3、進(jìn)一步，輸電線接頭線芯溫度的估算方法包括以下步驟：

4、步驟一，通過溫度傳感器采集輸電線接頭處外部多點的溫度值；

5、步驟二，通過電流傳感器采集電纜的電流大??；

6、步驟三，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程集控中心；

7、步驟四，利用集控中心服務(wù)器儲存的程序運(yùn)行估算算法輸出輸電線接頭線芯的估算溫度值，并與預(yù)先設(shè)定的輸電線接頭的線芯溫度閾值進(jìn)行比較。

8、進(jìn)一步，步驟一中，通過溫度傳感器采集電纜的表皮溫度、電纜接頭的護(hù)套溫度以及環(huán)境溫度的實時數(shù)據(jù)。

9、進(jìn)一步，步驟三中，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采集的電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程集控中心；其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括連接溫度傳感器或電流傳感器的采集節(jié)點、路由器和協(xié)調(diào)器。

10、進(jìn)一步，步驟四中，通過遠(yuǎn)程集控中心服務(wù)器儲存的程序運(yùn)行估算算法，將實時采集的電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)帶入訓(xùn)練后的分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出輸電線接頭線芯的估算溫度值；將輸電線接頭線芯的估算溫度值與預(yù)先設(shè)定的輸電線接頭的線芯溫度閾值進(jìn)行比較，若估算溫度值高于線芯溫度閾值，則在集控中心發(fā)出報警信息，并由工作人員及時處理或由電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)智能調(diào)控調(diào)度方案。

11、進(jìn)一步，分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：

12、輸入層，用于將輸入的樣本傳遞給模式層，輸入層神經(jīng)元分別是電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流。

13、模式層，用于計算測試樣本與訓(xùn)練樣本中每一個樣本的gauss函數(shù)的取值，模式層的神經(jīng)元個數(shù)等于訓(xùn)練樣本的個數(shù)n；其中，模式層的傳遞函數(shù)為：

14、

15、式中，pi為模式層的第i個神經(jīng)元的傳遞函數(shù)值，σ為分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的平滑因子值，xi為第i個神經(jīng)元所對應(yīng)的學(xué)習(xí)樣本。

16、求和層，用于將模式層神經(jīng)元的輸出進(jìn)行求和，神經(jīng)元個數(shù)等于輸出樣本維度k加1。

17、其中，求和層的第一個神經(jīng)元對所有模式層神經(jīng)元的輸出進(jìn)行算術(shù)求和，則傳遞函數(shù)為：

18、

19、式中，sd為求和層第一個神經(jīng)元的傳遞函數(shù)值。

20、求和層的其余k個神經(jīng)元是對所有模式層的神經(jīng)元的輸出進(jìn)行加權(quán)求和，模式層第i個神經(jīng)元與求和層的第j個神經(jīng)元之間的連接權(quán)值為第i個輸出樣本中的第j個元素；

21、

22、輸出層神經(jīng)元的值為求和層加權(quán)求和值除算術(shù)求和值；

23、

24、進(jìn)一步，分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程如下：

25、選取第一輸電線路段，在輸電線接頭線芯處和電纜表皮、電纜接頭護(hù)套和電纜周圍安裝溫度傳感器，在電纜上安裝電流傳感器；采集第一輸電線路段電纜接頭處的線芯溫度、電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)，選取一段時間的實驗數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集；

26、將訓(xùn)練集帶入分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

27、選取第二輸電線路段，在輸電線接頭線芯處和電纜表皮、電纜接頭護(hù)套和電纜周圍安裝溫度傳感器，在電纜上安裝電流傳感器；

28、采集第二輸電線路段電纜接頭處的線芯溫度、電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)，選取一小段時間采集實驗數(shù)據(jù)作為測試集；

29、將電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)帶入訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計算，得到估算的電纜接頭線芯溫度；與第二輸電線路段接頭處安裝的測量線芯溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若誤差小于0.5％則訓(xùn)練結(jié)束；

30、否則，擴(kuò)大訓(xùn)練集樣本時間長度繼續(xù)訓(xùn)練，直至帶入測試集實驗數(shù)據(jù)驗證結(jié)果滿足誤差要求，則訓(xùn)練結(jié)束。

31、進(jìn)一步，擴(kuò)大訓(xùn)練集樣本量包括：

32、(1)延長訓(xùn)練集樣本截取時間段，若第一次截取第一輸電線路段電纜接頭處的線芯溫度、電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)的時間是24小時，則延長時間后截取時間48小時，或72小時……；

33、(2)增加訓(xùn)練集樣本采樣頻率，若第一次截取第一輸電線路段電纜接頭處的線芯溫度、電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流數(shù)據(jù)的時間是24小時，每10分鐘采樣一次，則增加采樣頻率后為每5分鐘采樣一次，或每2分鐘采樣一次……

34、本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述的輸電線接頭線芯溫度的估算方法的輸電線接頭線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)，輸電線接頭線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括：

35、溫度傳感器，用于采集輸電線接頭處外部多點的溫度值，包括電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度和環(huán)境溫度；

36、電流傳感器，用于采集輸電線路的電流值；

37、各傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相連，組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線方式將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)匯集融合后發(fā)送給遠(yuǎn)端的集控中心服務(wù)器，在服務(wù)器中存有訓(xùn)練后的分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序，輸出監(jiān)測點處輸電線接頭線芯溫度的估算值；

38、比較部件，用于將輸電線接頭線芯溫度估算值與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，若估算溫度值高于線芯溫度閾值，則通過集控中心向工作人員發(fā)出警報信息，并按照調(diào)度預(yù)案調(diào)整調(diào)度計劃。

39、本發(fā)明的另一目的在于提供一種計算機(jī)設(shè)備，計算機(jī)設(shè)備包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機(jī)程序，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，使得處理器執(zhí)行所述的輸電線接頭線芯溫度的估算方法的步驟。

40、本發(fā)明的另一目的在于提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)程序，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，使得處理器執(zhí)行所述的輸電線接頭線芯溫度的估算方法的步驟。

41、本發(fā)明的另一目的在于提供一種信息數(shù)據(jù)處理終端，信息數(shù)據(jù)處理終端用于實現(xiàn)所述的輸電線接頭線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

42、結(jié)合上述的技術(shù)方案和解決的技術(shù)問題，本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點及積極效果為：

43、第一，本發(fā)明提供了一種輸電線接頭線芯溫度的估算方法及監(jiān)測系統(tǒng)，采用間接測量的方法，避免了直接測量傳感器埋入的困惑和維護(hù)需要停電操作的弊端，具有操作簡單、部署方便、維護(hù)便利等優(yōu)點。相對其他間接測量方法而言，本發(fā)明的輸電線接頭線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用多種傳感器測量電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流大小，安裝方便、維護(hù)便捷、數(shù)據(jù)完備；采用無線傳感器組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，避免了現(xiàn)場布線，安裝簡便；數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器傳輸?shù)郊刂行?，通過分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法-廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行估算，更加高速精確，相比其他估算算法，其精度提高了15％以上。

44、本發(fā)明采用溫度傳感器和電流傳感器，基于分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)輸電線接頭溫度的估算和遠(yuǎn)程監(jiān)測。本發(fā)明的輸電線接頭線芯溫度監(jiān)測系統(tǒng)克服了現(xiàn)有電力電纜接頭線芯溫度間接測量方法精度低、實時性差的主要缺點，也解決了現(xiàn)有估算模型計算時間長、精度低等問題。

45、第二，作為本發(fā)明的創(chuàng)造性輔助證據(jù)，還體現(xiàn)在以下幾個重要方面：

46、(1)本發(fā)明的技術(shù)方案轉(zhuǎn)化后的預(yù)期收益和商業(yè)價值為：本發(fā)明的技術(shù)方案轉(zhuǎn)化后形成的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，在所有隧道電纜中都可以實施，市場巨大，預(yù)計市場每年超過50億元。

47、(2)本發(fā)明的技術(shù)方案填補(bǔ)了國內(nèi)外業(yè)內(nèi)技術(shù)空白：本發(fā)明的技術(shù)方案主要采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多點采集，在國內(nèi)外研究和產(chǎn)品中未見將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于復(fù)雜的隧道環(huán)境參數(shù)測量。

48、(3)本發(fā)明的技術(shù)方案解決了人們一直渴望解決、但始終未能獲得成功的技術(shù)難題：在隧道電纜監(jiān)測系統(tǒng)中，工程師一直期望有更加精確、可靠的測量方法來測量線纜的溫度、電流等參數(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案體現(xiàn)了高精度、高魯棒性等優(yōu)點。

49、第三，本發(fā)明的輸電線接頭線芯溫度估算方法，通過在輸電線接頭處外部設(shè)置多個溫度傳感器和電流傳感器，分別采集電纜接頭處多點的溫度值和電纜電流大小，并將這些數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程集控中心。集控中心基于分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，實現(xiàn)對輸電線接頭溫度的精準(zhǔn)估算和遠(yuǎn)程監(jiān)測。這一方法有效提高了輸電線溫度監(jiān)測的精度和可靠性。

50、在具體的工作流程中，首先，溫度傳感器實時采集輸電線接頭處外部的表皮溫度、護(hù)套溫度以及環(huán)境溫度，而電流傳感器則監(jiān)測電纜的電流大小。這些實時數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程集控中心，集控中心的服務(wù)器運(yùn)行儲存的估算算法，輸出輸電線接頭線芯的估算溫度值。通過將估算溫度值與預(yù)設(shè)的溫度閾值進(jìn)行比較，集控中心可以在溫度超過安全閾值時發(fā)出報警信息，提示工作人員及時處理或由電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)智能調(diào)控。

51、通過使用分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，本發(fā)明能夠充分利用歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練和溫度估算。輸入層接受電纜表皮溫度、電纜接頭護(hù)套溫度、環(huán)境溫度和電纜電流等數(shù)據(jù)，經(jīng)過模式層和求和層的計算，輸出層提供準(zhǔn)確的溫度估算值。訓(xùn)練過程中，通過逐步增加訓(xùn)練集樣本量和調(diào)整采樣頻率，確保模型的準(zhǔn)確性和魯棒性。這種算法結(jié)合了優(yōu)化算法的全局搜索能力和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力，大幅提升了溫度估算的精度。

52、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在多個方面取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。首先，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)測，降低了人工巡檢的成本和風(fēng)險。其次，分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)合，使得溫度估算更加精準(zhǔn)和高效。最后，系統(tǒng)能夠及時預(yù)警和自動調(diào)控，提升了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。這一方法不僅適用于輸電線接頭的溫度監(jiān)測，還可推廣應(yīng)用于其他高溫環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)測領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

53、第四，本發(fā)明通過引入多個溫度傳感器和電流傳感器，在輸電線接頭處外部設(shè)置這些傳感器，用以實時采集輸電線接頭的溫度和電流數(shù)據(jù)。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這些數(shù)據(jù)被傳輸至遠(yuǎn)程集控中心。在集控中心，利用分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，最終實現(xiàn)輸電線接頭線芯溫度的精準(zhǔn)估算和遠(yuǎn)程監(jiān)測。這些主要參數(shù)的引入和數(shù)據(jù)處理流程的設(shè)計，解決了現(xiàn)有技術(shù)中輸電線接頭溫度監(jiān)測不準(zhǔn)確、不及時的問題。

54、在具體的算法方面，分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法能夠有效地處理和優(yōu)化傳感器采集的數(shù)據(jù)，而廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法則利用這些優(yōu)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度的非線性映射和估算。這一算法組合不僅提高了數(shù)據(jù)處理的效率，還顯著提升了溫度估算的精度。通過引入這些先進(jìn)的算法，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法中數(shù)據(jù)處理能力有限、估算精度低的技術(shù)瓶頸，確保了輸電線接頭溫度監(jiān)測的可靠性和準(zhǔn)確性。

55、數(shù)學(xué)模型方面，本發(fā)明構(gòu)建了基于輸入層、模式層、求和層和輸出層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在輸入層中，溫度傳感器和電流傳感器的數(shù)據(jù)被作為輸入變量；模式層中，通過計算測試樣本與訓(xùn)練樣本的gauss函數(shù)值，生成中間輸出；求和層對模式層的輸出進(jìn)行加權(quán)求和；最后，輸出層提供線芯溫度的估算值。這個數(shù)學(xué)模型不僅精確模擬了溫度變化的復(fù)雜關(guān)系，還能通過不斷擴(kuò)展訓(xùn)練集和調(diào)整采樣頻率來提高模型的準(zhǔn)確度和魯棒性，從而解決了傳統(tǒng)監(jiān)測方法中無法動態(tài)適應(yīng)環(huán)境變化的問題。

56、本發(fā)明的顯著技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)在多個方面。首先，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，顯著降低了人工巡檢的成本和風(fēng)險。其次，采用分組協(xié)同進(jìn)化果蠅優(yōu)化算法和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)合，極大提升了溫度估算的精度和效率。此外，系統(tǒng)具備自動預(yù)警和智能調(diào)控功能，能夠在溫度異常時及時發(fā)出警報并進(jìn)行相應(yīng)處理，確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性?？傮w而言，本發(fā)明在輸電線接頭溫度監(jiān)測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從傳統(tǒng)人工巡檢向智能遠(yuǎn)程監(jiān)測的技術(shù)躍升，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。