基于孪生仿真的陶瓷绝缘子温度自适应控制方法及系统与流程

本技术属于过程控制，具体为一种基于孪生仿真的陶瓷绝缘子温度自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、电力系统的安全稳定运行是国家能源保障的核心基础，而陶瓷绝缘子作为输电线路中承担电气绝缘和机械支撑的关键部件，其运行状态直接决定着电网的可靠性。在长期运行过程中，绝缘子表面会积累工业粉尘、盐雾等污秽物质形成污层，当环境湿度变化时，污层会吸湿导电并在泄漏电流作用下产生热量，温度升高又会加速污层的电化学反应和表面放电，最终可能引发闪络事故造成大面积停电。

2、当前针对绝缘子污秽问题的应对手段主要依赖定期清扫或更换，但这种事后处理方式成本高昂且存在较大的安全隐患。近年来虽然出现了基于在线监测的预警技术，但这些方法仅能监测污层的静态状态参数，无法预测污层在不同环境条件下的热力学演化趋势，也就难以在污层发热失控之前实施有效干预。更关键的是，污层发热过程受到湿度、污秽成分、泄漏电流等多重因素的耦合影响，其温度变化呈现出高度的非线性和动态性特征。

3、这种动态耦合特性带来了污层温度演化预测与过程控制的双重难题。一方面，污层在不同湿度环境下的电导率和发热功率会发生剧烈变化，传统的固定阈值控制策略无法适应这种动态变化，往往导致控制滞后或过度干预；另一方面，调节绝缘子两端电压虽然可以改变泄漏电流进而影响污层发热，但电压调节与温度响应之间存在复杂的时变关系，缺乏对这一动态响应过程的准确把握将导致控制效果难以达到预期。

4、因此，如何在污层发热的动态演化过程中，根据实时环境条件预测未来温度变化趋势，并据此自适应地调整电压参数实现对污层温度的主动过程控制，成为保障绝缘子安全运行的关键问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本技术提供基于孪生仿真的陶瓷绝缘子温度自适应控制方法及系统，为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：

2、根据本技术的第一方面，提供基于孪生仿真的陶瓷绝缘子温度自适应控制方法，包括：

3、s1、构建与现场陶瓷绝缘子对应的孪生仿真模型，获取绝缘子表面的环境湿度数据与泄漏电流数据，并将所述环境湿度数据与泄漏电流数据输入至所述孪生仿真模型；计算泄漏电流幅值变化率，依据所述泄漏电流幅值变化率与湿度的耦合关系推算污秽层等效电导率，构建第一污层状态矩阵；

4、s2、对第一污层状态矩阵的表面电阻分布特征，采用长短期记忆网络提取时序演化规律，结合局部放电脉冲频次生成温度梯度分布图谱，提取温升速率得到第一温度演化趋势；

5、s3、当第一温度演化趋势超过基于电场畸变系数的动态阈值时，在所述孪生仿真模型中推演不同电压调节策略下的温度响应，依据温度梯度分布图谱中热点位置与污层厚度生成初始电压值，根据第一温度演化趋势对所述初始电压值进行修正得到目标电压值；

6、s4、采集目标电压值作用后的第一温度响应数据，提取温度响应曲线斜率，当温度响应曲线斜率超出安全区间时，拼接环境湿度数据并经湿度补偿修正，得到第二污层状态矩阵；

7、s5、对第二污层状态矩阵的热量累积密度分布，采用长短期记忆网络提取时间积分特征，结合表面水膜蒸发速率确定局部温升峰值位置的温度变化轨迹，得到第二温度演化趋势；

8、s6、根据第二温度演化趋势与局部温升峰值位置的空间对应关系计算闪络风险评估指数，生成主动控制指令，依据主动控制指令的电压调节增量更新目标电压值，控制绝缘子表面热量累积密度分布的空间均匀性。

9、优选地，所述构建与现场陶瓷绝缘子对应的孪生仿真模型，获取绝缘子表面的环境湿度数据与泄漏电流数据，并将所述环境湿度数据与泄漏电流数据输入至所述孪生仿真模型；计算泄漏电流幅值变化率，依据所述泄漏电流幅值变化率与湿度的耦合关系推算污秽层等效电导率，构建第一污层状态矩阵包括：

10、根据预设的时间窗对所述环境湿度数据与所述泄漏电流数据进行截取得到第一数据段，采用滑动平均滤波方法对第一数据段进行平滑处理得到第二数据段；

11、计算第二数据段对应的泄漏电流幅值变化率，若所述泄漏电流幅值变化率大于预设的变化率阈值，则判定第二数据段为目标突变数据段；

12、针对目标突变数据段，采用随机森林算法提取所述泄漏电流幅值变化率与所述环境湿度数据之间的耦合度得到第一耦合度序列，根据第一耦合度序列推算所述污秽层等效电导率；

13、根据所述污秽层等效电导率计算绝缘子表面的表面电阻，将各网格的污秽层等效电导率与表面电阻分别归一化后，按预设权重加权融合，得到第一状态矩阵的矩阵元素，采用主成分分析算法对第一状态矩阵进行降维处理得到所述第一污层状态矩阵。

14、优选地，所述采用随机森林算法提取耦合度包括：采用皮尔逊相关系数模型分析所述泄漏电流幅值变化率与所述环境湿度数据的耦合关系得到耦合系数，将所述耦合系数作为特征输入随机森林算法得到所述第一耦合度序列；根据所述第一耦合度序列推算所述污秽层等效电导率，若所述污秽层等效电导率小于预设的电导率阈值，则对所述污秽层等效电导率进行线性补偿得到目标电导率。

15、优选地，所述对第一污层状态矩阵的表面电阻分布特征，采用长短期记忆网络提取时序演化规律，结合局部放电脉冲频次生成温度梯度分布图谱，提取温升速率得到第一温度演化趋势，包括：从所述第一污层状态矩阵提取表面电阻值生成第一电阻序列，采用长短期记忆网络处理第一电阻序列得到电阻时间演化序列；

16、根据所述电阻时间演化序列获取局部放电脉冲数，若所述局部放电脉冲数大于预设脉冲阈值，则将脉冲频次变化特征与所述电阻时间演化序列进行张量拼接后映射生成所述温度梯度分布图谱；

17、从所述温度梯度分布图谱中提取污层厚度估算值对应的核心发热区域的温升速率，以所述温升速率作为初始斜率参数，采用指数平滑预测模型迭代计算得到所述第一温度演化趋势。

18、优选地，所述当第一温度演化趋势超过基于电场畸变系数的动态阈值时，在所述孪生仿真模型中推演不同电压调节策略下的温度响应，依据温度梯度分布图谱中热点位置与污层厚度生成初始电压值，根据第一温度演化趋势对所述初始电压值进行修正得到目标电压值，包括：采用支持向量机模型处理电场畸变数据得到电场畸变系数，将所述电场畸变系数代入指数衰减模型计算得到所述动态阈值；

19、当所述第一温度演化趋势大于所述动态阈值时，通过图像边缘检测算子处理所述温度梯度分布图谱得到热点位置，根据所述热点位置与所述污层厚度进行空间叠加得到高风险区域并分配初始电压值；

20、将所述第一温度演化趋势经量纲转换系数换算为等效电压降幅，由所述等效电压降幅乘以安全裕度系数得到电压调节量增量，将所述初始电压值减去所述电压调节量增量并经平滑滤波得到所述目标电压值。

21、优选地，所述采集目标电压值作用后的第一温度响应数据，提取温度响应曲线斜率，当温度响应曲线斜率超出安全区间时，拼接环境湿度数据并经湿度补偿修正，得到第二污层状态矩阵，包括：采用线性回归算法处理所述第一温度响应数据得到所述温度响应曲线斜率，获取基于污层干燥速率参数预先建立的所述安全区间，判断所述温度响应曲线斜率是否处于所述安全区间；

22、若所述温度响应曲线斜率未处于所述安全区间，则提取所述第一温度响应数据对应的环境湿度数据，将所述第一温度响应数据与所述环境湿度数据进行列向拼接得到初始拼接数据集；

23、引入湿度补偿修正系数校正所述初始拼接数据集，并采用支持向量机算法对校正后的数据进行分类得到所述第二污层状态矩阵。

24、优选地，所述对第二污层状态矩阵的热量累积密度分布，采用长短期记忆网络提取时间积分特征，结合表面水膜蒸发速率确定局部温升峰值位置的温度变化轨迹，得到第二温度演化趋势，包括：从所述第二污层状态矩阵中提取各空间节点的热量累积密度分布得到第一密度分布序列，采用长短期记忆网络提取所述第一密度分布序列随时间的积分特征得到第一积分特征向量；

25、将所述第一积分特征向量与所述表面水膜蒸发速率进行运算确定局部温升峰值位置，提取所述局部温升峰值位置对应的温度变化轨迹；

26、获取电导率动态衰减曲线，当所述温度变化轨迹的斜率大于预设斜率阈值时，从所述电导率动态衰减曲线中截取温度持续上升的时段，对所述时段内的温度变化轨迹进行拟合得到所述第二温度演化趋势。

27、优选地，所述根据第二温度演化趋势与局部温升峰值位置的空间对应关系计算闪络风险评估指数，生成主动控制指令，依据主动控制指令的电压调节增量更新目标电压值，控制绝缘子表面热量累积密度分布的空间均匀性，包括：采用支持向量机算法对所述第二温度演化趋势与所述局部温升峰值位置进行分类得到空间对应度，当所述空间对应度大于预设的对应度阈值时，计算所述空间对应度对应的所述闪络风险评估指数；

28、根据所述闪络风险评估指数进行指令编码，生成包含电压幅值与施加时序的所述主动控制指令；

29、提取所述主动控制指令对应的电压调节增量，将所述电压调节增量与所述污层干燥速率参数的乘积作为电压修正值更新所述目标电压值。

30、优选地，还包括：获取所述电压调节增量与所述污层干燥速率参数的乘积值，当所述乘积值的绝对值小于预设的乘积阈值时，根据所述乘积值的绝对值更新所述目标电压值得到更新后的目标电压值；采用随机森林算法对所述更新后的目标电压值进行分配处理，确定所述绝缘子表面热量累积密度分布的空间均匀度，通过所述更新后的目标电压值降低绝缘子表面的泄漏电流强度。

31、根据本技术的第二方面，提供基于孪生仿真的陶瓷绝缘子温度自适应控制系统，包括：

32、状态感知模块，被配置为获取绝缘子表面的环境湿度数据与泄漏电流数据，计算泄漏电流幅值变化率并推算污秽层等效电导率，构建第一污层状态矩阵；

33、趋势预测模块，被配置为采用长短期记忆网络提取表面电阻分布的时序演化规律，结合局部放电脉冲频次生成温度梯度分布图谱，得到第一温度演化趋势；

34、电压修正模块，被配置为当第一温度演化趋势超过基于电场畸变系数的动态阈值时，依据温度梯度分布图谱中热点位置与污层厚度生成初始电压值，根据第一温度演化趋势对所述初始电压值进行修正得到目标电压值；

35、状态校正模块，被配置为采集目标电压值作用后的第一温度响应数据，当温度响应曲线斜率超出安全区间时经湿度补偿修正得到第二污层状态矩阵；

36、趋势更新模块，被配置为采用长短期记忆网络提取热量累积密度的时间积分特征，结合表面水膜蒸发速率得到第二温度演化趋势；

37、均匀性控制模块，被配置为根据闪络风险评估指数生成主动控制指令，依据电压调节增量更新目标电压值以控制表面热量累积密度分布的空间均匀性。

38、本技术的有益效果包括：

39、通过耦合泄漏电流幅值变化率与环境湿度数据推算污秽层等效电导率，并借助长短期记忆网络提取表面电阻分布的时序演化规律，实现了对污层温度演化趋势的超前预测，克服了现有技术仅能监测静态参数的缺陷；

40、采用基于电场畸变系数的动态阈值替代固定阈值，使控制策略能够自适应地跟随污层状态变化，避免控制滞后或过度干预；

41、通过闭环采集温度响应数据并引入湿度补偿修正，形成从状态感知、趋势预测到电压修正的完整过程控制闭环，有效抑制局部过热、降低闪络风险并延长设备使用寿命。