基于宏观与微观观察数据的输电区域自动识别与管控系统和方法与流程

1.发明涉及输电的领域,尤其涉及基于宏观与微观观察数据的输电区域自动识别与管控系统和方法。


背景技术：

2.传统110kv架空输电线路已难以满足城市新规划、新建设的需要。当前，城郊架空输电线路多集中在规划的机动车道附近。同时，大多数架空输电线路将覆盖人口相对密集地区。输电架空线划伤会影响整个电网的安全运行，严重影响人们的生命财产安全。所以有必要将架空输电线路改造为电缆线路来满足当地电力需求。以往设计的基于mems技术的监控系统和用于传输线迁移改造的光纤传感器，具有高度集成化、多技术集成的特点，智能化算法的引入，使得电力系统运行数据更具价值。但在监控过程中容易受线路周围环境的影响，导致监控效果较差。为了进一步提高监控精度，提出系统的设计方案。110kv架空输电线路穿越市区，从安全角度考虑，会对当地整体规划产生一定影响，因此，为满足当地电力需求设计多层结构监控系统十分必要。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供基于宏观与微观观察数据的输电区域自动识别与管控系统和方法。
4.本发明所采用的技术方案是，该系统是一个软件结构、硬件结构相结合的系统，包括监控设备、通信网络、监控中心服务器、线路监控分析软件；
5.所述监测设备包括监测装置和监测基座，监控器是安装在导线、地线、绝缘子、杆塔设备上，以通过通道向系统上层设备传输数据的数据采集装置，监控台是指数据集中器，收集数据的各数据采集单元，存储并处理现场，通过通信网络向监控台服务器发送数据，或转发监控设备的指令，控制数据采集设备的运行状态和操作参数；通过通信网和数据处理系统，将采集到的实时数据存储到监控中心服务器上监控分析软件能实时显示和分析线路运行数据，并能及时给出预警信息，预防灾害事故发生。
6.进一步地，所述系统硬件结构，由3部分组成，传输线数据采集平台包括对实时监测数据的采集和对电网业务系统其他信息，设备账务数据的导入，收集微气象、雷击、导线温度实时监测信息，对各种数据进行标准化处理和存储，并将其存储在网格业务数据集成中心相应的数据库中，依据线路数据采集分析平台，显示线路运行状态信息，通过专业的电力传输gis系统，为整个系统提供信息展示服务，综合考虑地理信息、电力设备基础信息和实时设备信息，通过图像直观地显示整个系统。
7.进一步地，该系统中实时数据展示模块，在传输线的实时监控和动态扩展系统中，导体温度数据以gprs(general packet radio service)数据包的形式返回到中央服务器，然后解析并写入数据包，这些数据包通过实时数据采集平台进入实时数据表，采用scada
(supervisory controland data acquisition)系统实时采集和存储测量的导线承载电流，并通过通用适配器访问省局数据库中的实时数据。
8.进一步地，该系统中线路参数管理模块，统一管理与电网监控有关的线导体信息、线塔账户信息，为用户查看线塔基本情况提供快捷准确的信息服务，线性参量管理模块实现线、塔、线型相关配置，并对数据进行添加、修改和删除；
9.线路监控报警模块，按照国标要求，结合线区专家对设备监测的线温，分阶段确定监测指标，设定相应的监测阈值，并通过条件查询分析，判断各指标是否越界，若认为监测数据超出标准，则发出禁止入内警报，并以图形颜色显示相应报警级别的状态，预警、报警，结合当前的测量电流和气象信息给出促进安全运行的诊断，防止安全事故发生。
10.进一步地，所述软件结构，系统业务流程，系统在传输线上安装在线监测装置，对传输线的状态、气象条件和载流量进行实时监测，根据导线本身的特性、导线的温度、载流量理论、最大电流承载能力理论和隐藏载流能力计算导线载流量的实时计算模型，利用已有的运行经验，通过实时计算分析，有效地提高了线路传输能力，其工作流程如下：
11.1)对传输线电流值、导线温度值及周围环境数据，包括光照、环境温度、风速进行实时监测和采集；
12.2)根据以上测量数据和导线本身的特点，通过导线传输线的数学模型，实时计算导线的温度、理论载流能力、最大理论载流能力和隐藏载流能力；
13.3)根据实时监控分析和安全指标，为调度人员提供调度决策参考。
14.进一步地，所述软件结构，动态增容监测，依据测量得到的导线温度及相应的气象资料，计算被选线路站在一定时间内的理论最大容量及理论载流量，再根据测量得到的电流及相应的气象资料计算出导线温度，并与实测数据进行对比分析，结合历史监测信息和计算数据，对该线路运行调度提供参考依据，根据现有架空导线载流量的计算公式，热量平衡方程式为：
15.wa wd＝wc wb16.上式中，wa表示电阻发热功率；wb表示辐射散热功率；wc表示对流散热功率；wd表示日照吸热功率，
17.导线允许载流量计算公式为：
[0018][0019]
上式中，r表示某一温度下的导线电阻。
[0020]
进一步地，将输电线路交互式数据迁移系统的运行划分为分次迁移、一次迁移、先录后移方式，利用基于小波多尺度分析输电线路中交互式数据迁移系统选择的迁移方式，
[0021]
首先应用连续小波变化方法运算输电线路交互式数据迁移端口的状态，连续小波定义为：
[0022][0023]
式中，qf(x，y)代表连续小波数据系数，ψ(t)代表连续小波基数，x代表连续小波的伸缩因子，y代表连续小波的时间因数，而ψ
x，y
(t)为连续小波的延伸函数，表达公式为：
[0024][0025]
然后采用离散小波变换的方式，对输电线路中数据以及信号编码信息进行分析，应用小波冗余度分析输电线路中交互式数据的有效性，基于小波分析法对输电线路中原数据和干扰数据进行分析，在不同的环境下提供交互数据的移入极值，再应用重构算法获取输电线路中原始数据与新数据的最大改变限度；
[0026]
将具有相关性的小波系数与原数据做关联分析，由分析结果区分原始数据与新数据之间的系数差别与原数据的储存空间；对小波系数进行阈值划分，设小波多尺度分析下原始数据最小值为0，新数据的小波系数为1，原数据通过阈值重构后实现降噪，保障输电线路中交互式数据移入过程不出现数据泄露事件发生。
[0027]
进一步地，该方法对原始数据与新数据进行数据整合，整合过程中对原始数据中存在的杂质数据进行清除，对新数据中存在的格式不匹配数据重新规定格式，在数据储存空间中协调数据的时间变量，随着时间变化而更新原始数据中存在的杂质数据与新数据中的不匹配格式，输电线路外部的数据也会根据时间的变化而与输电线路内的数据进行实时比较，并保留两个空间中的比较内容；
[0028]
数据迁移获取输电线路中有效的供电信息，确定整个供电系统在输电线路中产生的供电用户信息、供电过程信息、供电系统信息内容，根据小波多尺度分析将输电线路中的最新用户数据进行统一管理，实现原始数据与最新的用户数据相匹配且共享到各个输电线路的业务系统中，为异构交互数据的重建创造良好的基础，移入数据过程中随着输电线路中的系统流程改变而改变，获取系统流程中存在的数据类型并对新数据进行调整，最终再扩展移入数据业务的范围，对输电线路中的可管理数据进行初步汇总的同时，系统自主地识别与小波多尺度分析其他具备移入条件的新数据，人工对达标数据进行交互移入；输电线路中的数据移入具有可视化功能，方便数据管理人员对交互式数据的控制；
[0029]
所述数据可视化技术的实现通过数据单元图像元素提取数据库中单个数据项，众多的数据项与单元图像共同组成具有可视化的数据模式，这些数据还可通过多维模式向管理者传达交互式数据分析，使输电线路中的移入数据更具有交互特性，同时也为小波多尺度分析的结果创造了便利的信息输出通道，使数据可视化技术与小波多尺度分析关联，对数据可视化的开发拓展到小波多尺度计算分析中，将小波多尺度分析以多维数据的形式在输电线路中移入表达。
[0030]
本发明提出的系统根据监测系统总体架构，在系统硬件部分控制装置运行状态，设计多层架构的硬件结构，以gprs数据包为传输方式展示实时数据。设置线路监控报警模块，标定相应监测门槛值，方便线路安全诊断。在系统软件部分设计系统业务流程，实时采集日照、环境温度、风速数据，计算热平衡，监测动态增容。由实验结果可知，该系统监测精准度较高，与实际情况一致，保障了输电线路安全迁移改造。
附图说明
[0031]
图1为本发明系统总体结构图；
[0032]
图2为本发明的基于多层架构的监测系统硬件结构图。
具体实施方式
[0033]
需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本技术作进一步详细说明。
[0034]
如图1所示,基于宏观与微观观察数据的输电区域自动识别与管控系统和方法，输电线改造实时监控系统是一个软、硬件相结合的系统，主要包括监控设备、通信网络、监控中心服务器、线路监控分析软件等。
[0035]
监测设备包括监测装置和监测基座，监控器是安装在导线、地线、绝缘子、杆塔等设备上，以各种原理通过通道向系统上层设备传输数据的数据采集装置。监控台是指数据集中器，收集数据的各数据采集单元，存储并处理现场，通过通信网络向监控台服务器发送数据，或转发监控设备的指令，控制数据采集设备的运行状态和操作参数。
[0036]
通过通信网和数据处理系统，将采集到的实时数据存储到监控中心服务器上。监控分析软件能实时显示和分析线路运行数据，并能及时给出预警信息，有效预防各类事故发生。
[0037]
基于实时监测的各类专业实时监测系统，已不能满足电网信息化建设的需要，因此，对输电线路实时监测系统进行改造是历史的必然。传输线实时监测系统负责线路上的设备转换连接，通过设备管理模型和技术手段对线路进行管理，以确保线路转换连接的安全经济运行。
[0038]
输变电线路迁移改造实时监控系统是对线路运行状态监测、线路运行管理、故障判断等数据进行整合、综合处理，为线路维护提供决策支持的知识模型。图2显示了基于多层架构的监测系统硬件结构。
[0039]
线路整体运行的实时监控与管理系统由3部分组成，传输线数据采集平台包括对实时监测数据的采集和对电网业务系统其他信息如设备账务数据的导入。收集微气象、雷击、导线温度等实时监测信息，对各种数据进行标准化处理和存储，并将其存储在网格业务数据集成中心相应的数据库中。
[0040]
依据线路数据采集分析平台，显示线路运行状态信息。通过专业的电力传输gis系统，为整个系统提供信息展示服务[14]。综合考虑地理信息、电力设备基础信息和实时设备信息，通过图像直观地显示整个综合系统。
[0041]
实时数据展示模块，鉴于实时监测系统对数据的有效性要求较高，如何安全、实时、准确地采集、接收和显示实时数据，建立完整的数据通道，成为实时监测系统中的首要问题。
[0042]
在传输线的实时监控和动态扩展系统中，导体温度数据以gprs(general packet radio service)数据包的形式返回到中央服务器，然后解析并写入数据包，这些数据包通过实时数据采集平台进入实时数据表。采用scada(supervisory controland data acquisition)系统实时采集和存储测量的导线承载电流，并通过通用适配器访问省局数据库中的实时数据。
[0043]
线路参数管理模块，该系统统一管理与电网监控有关的线导体信息、线塔账户信息，为用户查看线塔基本情况提供快捷准确的信息服务。线性参量管理模块可实现线、塔、线型等相关配置，并可对数据进行添加、修改和删除。
[0044]
线路监控报警模块，按照国标要求，结合线区专家对设备监测的线温，分阶段确定
监测指标，设定相应的监测阈值，并通过条件查询分析，判断各指标是否越界。若认为监测数据超出标准，则发出禁止入内警报，并以图形颜色显示相应报警级别的状态，如预警、报警等，结合当前的测量电流和气象信息给出促进安全运行的诊断，防止安全事故发生。
[0045]
软件部分设计，系统业务流程系统是在传输线上安装在线监测装置，对传输线的状态、气象条件和载流量进行实时监测，根据导线本身的特性、导线的温度、载流量理论、最大电流承载能力理论和隐藏载流能力计算导线载流量的实时计算模型，并不违背现行技术法规的规定。利用已有的运行经验，通过实时计算分析，有效地提高了线路传输能力。其基本工作流程如下：
[0046]
1)对传输线电流值、导线温度值及周围环境数据，包括光照、环境温度、风速等进行实时监测和采集。
[0047]
2)根据以上测量数据和导线本身的特点，通过导线传输线的数学模型，实时计算导线的温度、理论载流能力、最大理论载流能力和隐藏载流能力。
[0048]
3)根据实时监控分析和安全指标，为调度人员提供调度决策参考。
[0049]
动态增容监测，依据测量得到的导线温度及相应的气象资料，计算被选线路站在一定时间内的理论最大容量及理论载流量，再根据测量得到的电流及相应的气象资料计算出导线温度。并与实测数据进行对比分析，结合历史监测信息和计算数据，对该线路运行调度提供参考依据。
[0050]
导线的传输能力取决于在已知环境温度和给定导线工作温度下的最大稳态电流。在实际运行中，影响导线载流量的主要因素是气象和环境。在导线直径一定的情况下，导线的容许温度和边界条件是影响其载流量的主要因素。
[0051]
根据现有架空导线载流量的计算公式，其计算原理是根据导线发热与散热的热平衡原理导出的。导体内无电流时，导线温度与周围介质温度相等；电阻将电能转换为热能，当电流通过时，引起温度变化。所产生的热能部分储存在导线和绝缘材料中，剩余的热能由绝缘材料传导至导线或电缆的表面，并通过对流和辐射向周围环境传输。与此同时，阳光会使导线温度发生变化。在导线稳定之前，由于导线与绝缘体之间以及与周围环境之间存在热阻，导线的温度升高，电阻率相应增大，产生更多的热能，所产生的能量就会传递给周围的环境，而导线的温度是恒定的。热量平衡方程式为：
[0052]
wa wd＝wc wb[0053]
上式中，wa表示电阻发热功率；wb表示辐射散热功率；wc表示对流散热功率；wd表示日照吸热功率，
[0054]
导线允许载流量计算公式为：
[0055][0056]
上式中，r表示某一温度下的导线电阻。
[0057]
进一步地，将输电线路交互式数据迁移系统的运行划分为分次迁移、一次迁移、先录后移方式，利用基于小波多尺度分析输电线路中交互式数据迁移系统选择的迁移方式，
[0058]
首先应用连续小波变化方法运算输电线路交互式数据迁移端口的状态，连续小波定义为：
[0059][0060]
式中，qf(x，y)代表连续小波数据系数，ψ(t)代表连续小波基数，x代表连续小波的伸缩因子，y代表连续小波的时间因数，而ψ
x，y
(t)为连续小波的延伸函数，表达公式为：
[0061][0062]
然后采用离散小波变换的方式，对输电线路中数据以及信号编码信息进行分析，应用小波冗余度分析输电线路中交互式数据的有效性，基于小波分析法对输电线路中原数据和干扰数据进行分析，在不同的环境下提供交互数据的移入极值，再应用重构算法获取输电线路中原始数据与新数据的最大改变限度；
[0063]
将具有相关性的小波系数与原数据做关联分析，由分析结果区分原始数据与新数据之间的系数差别与原数据的储存空间；对小波系数进行阈值划分，设小波多尺度分析下原始数据最小值为0，新数据的小波系数为1，原数据通过阈值重构后实现降噪，保障输电线路中交互式数据移入过程不出现数据泄露事件发生。
[0064]
进一步地，该方法对原始数据与新数据进行数据整合，整合过程中对原始数据中存在的杂质数据进行清除，对新数据中存在的格式不匹配数据重新规定格式，在数据储存空间中协调数据的时间变量，随着时间变化而更新原始数据中存在的杂质数据与新数据中的不匹配格式，输电线路外部的数据也会根据时间的变化而与输电线路内的数据进行实时比较，并保留两个空间中的比较内容；
[0065]
数据迁移获取输电线路中有效的供电信息，确定整个供电系统在输电线路中产生的供电用户信息、供电过程信息、供电系统信息内容，根据小波多尺度分析将输电线路中的最新用户数据进行统一管理，实现原始数据与最新的用户数据相匹配且共享到各个输电线路的业务系统中，为异构交互数据的重建创造良好的基础，移入数据过程中随着输电线路中的系统流程改变而改变，获取系统流程中存在的数据类型并对新数据进行调整，最终再扩展移入数据业务的范围，对输电线路中的可管理数据进行初步汇总的同时，系统自主地识别与小波多尺度分析其他具备移入条件的新数据，人工对达标数据进行交互移入；输电线路中的数据移入具有可视化功能，方便数据管理人员对交互式数据的控制；
[0066]
所述数据可视化技术的实现通过数据单元图像元素提取数据库中单个数据项，众多的数据项与单元图像共同组成具有可视化的数据模式，这些数据还可通过多维模式向管理者传达交互式数据分析，使输电线路中的移入数据更具有交互特性，同时也为小波多尺度分析的结果创造了便利的信息输出通道，使数据可视化技术与小波多尺度分析关联，对数据可视化的开发拓展到小波多尺度计算分析中，将小波多尺度分析以多维数据的形式在输电线路中移入表达。
[0067]
本发明所提出的系统与方法，通过硬件和软件设计，采用传感器技术，综合利用监测数据，实现了传输线的监测和改造。该系统的通信网络采用光纤技术，采用光缆电缆构成有线网络。由于其具有很强的适应性和容错能力，从而保证了数据通道的可靠性。
[0068]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变
化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。