一种基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法与流程

本发明涉及输电线路监测评估，尤其涉及一种基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法。

背景技术：

1、三相不平衡会导致零序电流增大、增加变压器损耗与设备发热风险，同时引发电网电压波动，影响用电设备的安全稳定运行；严重时还将导致电机转矩波动、振动加剧甚至设备损坏。

2、目前，架空输电线路三相不平衡度的计算分析主要基于线路设计阶段的几何参数和电气参数。设计人员依据杆塔塔头尺寸、导线排列方式、导线型号及弧垂等静态参数，利用carson公式或复穿透深度法计算线路的阻抗矩阵和导纳矩阵，进而推算出线路的不平衡度。在工程实践中，设计阶段已识别出存在较大不平衡度的线路，通常通过导线换位或调整相序排列等方式进行优化。

3、然而，上述方式存在以下技术缺陷：

4、其一，现有计算方法以“设计参数”为唯一计算基准，假定线路实际运行状态与设计状态一致；然而，实际运行中环境温度变化会导致导线弧垂改变，风速和日照导致导线摆动与对地距离波动，负荷变化导致各相电流分布动态调整；这些运行中产生的动态偏差与设计阶段已存在的静态结构偏差叠加在一起，使得实测不平衡度成为一个混合信号，现有技术仅能给出不平衡度的数值，无法区分该不平衡度究竟源于杆塔架设时固有的结构性不对称，还是源于运行过程中的环境耦合扰动；由于两类成因的治理手段完全不同：前者需要通过线路改造或相序调整解决，后者通过动态补偿或负荷调整即可应对，故无法区分成因将直接导致运维决策失准；

5、其二，现有技术在处理环境因素对不平衡度的影响时，采用直接读取气象监测数据的方式；然而，输电线路沿线布设的气象监测点位受局部微气候、设备老化或安装位置遮挡等因素影响，部分监测点位的数据可能偏离区域真实物理场分布；若直接将这些未经校验的温度数据代入不平衡度修正模型，将导致热致偏差分量的计算出现显著误差，甚至将热效应导致的正常弧垂波动误判为线路机械结构的异常损伤，从而引发不必要的停电检修；

6、其三，现有技术缺乏将电气量偏差与机械量状态进行关联分析的手段。当线路出现断股、金具松动或覆冰不均匀等机械结构损伤时，其电气表现同样是三相不平衡度增大，与热效应弧垂变化导致的电气特征极为相似；现有技术无法从电气偏差这一表象中剥离出结构损伤的独立证据，导致隐性机械故障难以及时被发现。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法，用以克服现有技术中三相不平衡评估无法区分成因类型、无法校验多源传感器数据有效性和无法将电气偏差与机械损伤关联归因的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法，包括：

3、分别获取输电线路在设计阶段的三相理论电气参数和在运行状态下基于同步相量实测数据反演计算的三相实际电气参数，以确定设计基线和运行基线；

4、计算各相线路的实际电气参数相对于理论电气参数的偏差量以得到三相偏差量；

5、将所述三相偏差量按照各相导线在杆塔横担上的实际物理排列位置映射到二维坐标系中，并将三个映射点在坐标系中依次连接生成空间偏差矢量折线；

6、其中，横轴为导线空间排列位置，纵轴为偏差幅值；

7、计算所述空间偏差矢量折线的形态崎岖度以表征折线在空间排列方向上的弯曲变化剧烈程度；

8、根据所述形态崎岖度确定三相不平衡的成因类型；

9、响应于成因类型为动态扰动型，触发二次成因分析以确定成因类型；

10、其中，所述成因类型包括静态结构型和动态扰动型，所述动态扰动型包括热效应弧垂型和力学隐性结构损伤型；

11、根据所述成因类型确定调整策略；

12、其中，所述二次成因分析包括根据输电线路沿线若干监测点位同步采集的气压值和温度值计算各监测点位的气压偏差量，根据所述气压偏差量将对应监测点位进行分类，基于有效监测点位采集的有效温度值计算理论热致偏差分量及残差偏差量，以及根据所述残差偏差量二次确定三相不平衡的成因类型。

13、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，将三相偏差量按照各相导线在杆塔横担上的实际物理排列位置映射到二维坐标系中，包括：

14、确定杆塔横担上各相导线的排列顺序并将所述排列顺序中的各相位置序号作为横轴坐标值，所述排列顺序包括水平排列顺序或垂直排列顺序；

15、获取各相导线在所述排列顺序下对应的偏差量作为纵轴坐标值，所述偏差量包括阻抗偏差量和导纳偏差量；

16、在二维坐标系中分别确定a相、b相、c相的坐标点；

17、使用直线段将相邻排列位置的坐标点依次连接，形成首尾相连的矢量折线。

18、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，计算所述空间偏差矢量折线的形态崎岖度，包括：

19、确定所述空间偏差矢量折线上各相邻直线段之间的转向夹角；

20、将全部相邻线段之间转向夹角的绝对值之和确定为总转向角；

21、将所述总转向角与折线在空间排列方向上的总跨度之比确定为所述形态崎岖度；

22、其中，所述总跨度为折线首末端点之间的横轴距离。

23、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，根据所述形态崎岖度确定三相不平衡的成因类型，包括：

24、响应于所述形态崎岖度不大于预设崎岖度，确定三相不平衡的成因类型为静态结构型；

25、响应于所述形态崎岖度大于预设崎岖度，确定三相不平衡的成因类型为动态扰动型。

26、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，将监测点位进行分类，包括：

27、获取输电线路沿线多个监测点位同步采集的气压值及温度值；

28、结合各监测点位在空间上的排列位置、间距及所在区域的气压场中心值，构建气压值随空间位置变化的理论梯度分布曲线；

29、分别将各监测点位实测的气压值与所述理论梯度分布曲线中对应的理论气压值进行比对，以计算各监测点位的气压偏差量；

30、根据所述气压偏差量将对应监测点位进行分类，其中：

31、响应于所述气压偏差量大于预设气压偏差，确定对应的监测点位为无效监测点位；

32、响应于所述气压偏差量不大于预设气压偏差，确定对应的监测点位为有效监测点位；

33、剔除所述无效监测点位采集的温度值，并将有效监测点位采集的温度值记为有效温度值。

34、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，构建气压值随空间位置变化的理论梯度分布曲线，包括：

35、确定各监测点位相对于所述气压场中心的空间距离；

36、获取所述气压场中心值和天气系统的气压场边缘值；

37、分别以空间距离和气压值为横轴和纵轴，并根据所述气压场中心值、所述气压场边缘值和各监测点位的空间距离，拟合形成气压随空间距离变化的理论梯度曲线；

38、其中，所述理论梯度曲线上各位置的气压值满足大气物理学的空间平滑分布规律，所述天气系统包括过境低气压槽或高气压脊。

39、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，基于有效监测点位采集的有效温度值计算理论热致偏差分量及残差偏差量，包括：

40、计算各有效监测点位在同一时间窗口内采集的有效温度值的平均值以确定有效平均温度；

41、将所述有效平均温度代入导线弧垂-温度物理模型，以计算各相导线的理论弧垂变化量；

42、根据各相导线的理论弧垂变化量计算各相导线的对地距离变化量；

43、基于各相导线的对地距离变化量计算各相导线的理论导纳变化量，并将a相、b相、c相对应的理论导纳变化量分别确定为a相理论热致偏差分量、b相理论热致偏差分量和c相理论热致偏差分量；

44、根据a相、b相、c相的偏差量与对应相的理论热致偏差分量之差分别确定a相残差偏差量、b相残差偏差量和c相残差偏差量。

45、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，根据所述残差偏差量二次确定三相不平衡的成因类型，包括：

46、将a相残差偏差量、b相残差偏差量和c相残差偏差量按照各相导线在杆塔横担上的实际物理排列位置重新映射到二维坐标系中，并将三个映射点依次连接生成残差空间偏差折线；

47、计算所述残差空间偏差折线的残差形态崎岖度；

48、根据所述残差形态崎岖度二次确定三相不平衡的成因类型。

49、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，根据所述残差形态崎岖度二次确定三相不平衡的成因类型，包括：

50、响应于所述残差形态崎岖度不大于预设残差崎岖度，二次确定三相不平衡的成因类型为热效应弧垂型；

51、响应于所述残差形态崎岖度大于预设残差崎岖度，确定a相残差偏差量、b相残差偏差量和c相残差偏差量中的最大残差偏差量，确定所述最大残差偏差量对应的目标相，并二次确定三相不平衡的成因类型为所述目标相的力学隐性结构损伤型。

52、作为基于多源数据的输电线路三相不平衡度评估方法的优选技术方案，根据所述成因类型确定调整策略，包括：

53、响应于所述成因类型为静态结构型，终止后续分析流程，直接输出所述静态结构型标签作为评估结论；

54、响应于所述成因类型为热效应弧垂型，向运维端输出无功补偿调整建议；

55、响应于所述成因类型为力学隐性结构损伤型，向运维端输出目标相的巡检警报。

56、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过构建设计数据与运行数据的比对框架，将三相电气参数的偏差量按照导线在杆塔横担上的实际物理排列位置映射为空间偏差矢量折线，并引入形态崎岖度这一几何特征参量来表征折线的弯曲变化剧烈程度，实现了对三相不平衡成因的一次分类，即区分源于杆塔架设时固有结构不对称的静态结构型不平衡，与源于运行过程中外部因素扰动的动态扰动型不平衡；并在此基础上，针对动态扰动型进一步通过扣除热致偏差分量得到残差偏差量，并再次以空间折线形态分析为判据，将动态扰动型细分为热效应弧垂型不平衡和力学隐性结构损伤型不平衡；由此，本发明将三相不平衡的成因从一个模糊类别细化为三个具有明确物理指向的类别。

57、尤其，本发明将大气压力场固有的空间平滑分布规律引入输电线路三相不平衡评估领域，利用气压在空间上连续平滑变化这一不可违背的物理学规律作为客观标尺，构建气压随空间位置变化的理论梯度分布曲线，将各监测点位实测气压值与理论值进行比对，据此将偏离物理规律的无效监测点位及其温度数据予以剔除，仅保留符合大气物理空间分布的有效温度数据参与后续计算；这个交叉验证机制不依赖人为设定的传感器可靠性模型，而是直接植根于物理学固有规律，从源头上保障了多源数据融合的质量和评估结论的客观性。

58、尤其，本发明根据最终确定的成因类型差异化地输出运维策略：针对静态结构型，直接终止分析并输出结论，避免算力浪费；针对热效应弧垂型，因该类型不平衡随温度变化具有可逆性，无需停电检修，仅输出无功补偿调整建议即可实现有效抑制；针对力学隐性结构损伤型，因该类型涉及导线断股、金具松动等潜在安全隐患需立即响应，并通过残差分析锁定异常目标相并输出针对性巡检警报，引导运维人员精准定位排查；这三类策略实现了从发现不平衡到定位不平衡成因再到采取针对性措施的过程，避免了盲目检修和过度检修，大幅提升了运维决策的效率与针对性。