基于线性热模型的5G供电线路过热预测方法与流程

基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法
技术领域
1.本发明涉及5g供电线路监测技术领域，具体涉及基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法。


背景技术：

2.城市电网负荷快速增长与电网规模相对缓慢扩张的不匹配，给电网中的供电线路带来了挑战，容易造成供电线路过载甚至大面积电能传输拥堵。同时，在高峰负荷期间，尤其是在极端高温的天气条件下，供电线路长期暴露在高温环境中，容易发生过热故障，威胁电力系统的安全稳定运行。
3.5g无线网络的应用规模在不断扩大，越来越多的5g基站投入到城市中运行。5g无线网络将支持大量来自垂直行业的多样化业务场景，例如智能安防、高清视频、智能家居、自动驾驶和增强现实等，这些业务场景通常具有不同的通信需求。如果为每种业务场景都建设一个专有的物理网络必然会导致网络运维复杂、成本昂贵以及可扩展性差等问题。
4.然而，5g负荷具有消耗电量较大、供电要求较高等特点，若5g供电线路因过负荷引起发热而造成供电中断，将出现大范围通信中断等事故，造成不良影响。为了应对5g供电线路过热问题，现有技术的解决方案是提高5g供电线路在耐热定值下的载荷能力，但电网中供电线路规模较大，这种现有方案的成本消耗过于高昂。为此，申请人想到设计一种能够提前预测5g供电线路过热(发热越限)情况的方案，进而能够对有过热风险的5g供电线路提前采取措施。因此，如何设计一种能够有效预测5g供电线路过热风险的方法是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法，以能够有效预测5g供电线路的过热风险，进而能够为有过热风险的5g供电线路提前采取相关措施，充分协调利用整个电网中不同区域和设备的负荷能力，有效缓解负荷高峰期间和极端天气下的5g供电问题，从而能够提高5g供电线路的安全性。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
7.基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法，包括：
8.s1：建立5g供电线路的等效热模型；
9.s2：基于5g供电线路的等效热模型构建对应的线性热方程；
10.s3：基于5g供电线路的历史数据拟合线性热方程的参数，得到拟合后的线性热方程；
11.s4：基于5g预测负荷和预测环境温度，结合拟合后的线性热方程计算包含5g供电线路未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线；
12.s5：当线路接头温度预测值大于预设值时，判断5g供电线路存在过热风险。
13.优选的，步骤s2中，通过如下公式表示线性热方程：
[0014][0015]
其中，
[0016][0017]
式中：表示t时刻的线路接头温度；表示t时刻的线路接头护套温度；a和b表示待拟合的参数；表示线路接头在t时刻与t-1时刻间的温度变化；表示线路接头护套在t时刻与t-1时刻间的温度变化；p
t-1
表示线路在t-1时刻的5g负荷有功；un表示线路额定电压；δp
t
表示t时刻与t-1时刻间的5g负荷有功变化，即5g预测负荷；表示t时刻与t-1时刻间的环境温度变化，即预测环境温度；δt表示设置的离散时间间隔；c
jts
表示线路接头与线路接头护套之间的等效热容；rw表示接触电阻；r
jts
表示线路接头与线路接头护套之间的等效热阻；c
sta
表示线路接头护套与周围环境间的等效热容；r
sta
表示线路接头护套与周围环境间的等效热阻。
[0018]
优选的，步骤s2中，通过如下步骤构建5g供电线路的线性热方程：
[0019]
s201：基于等效热模型，将5g供电线路的线路接头在某工作点的温度方程线性化，得到如下的线路接头温度θj和线路接头护套温度θs在t时刻与t-1时刻间的温度变化方程；
[0020][0021]
s202：将步骤s201中的温度变化方程进行化简，得到如下的温度变化方程；
[0022][0023]
s203：采用隐式梯形法，将步骤s201中的温度变化方程在设置的离散时间间隔δt内进行离散，得到t时刻与t-1时刻间的温度变化离散方程；
[0024][0025]
s204：将步骤s203中的温度变化离散方程改写成如下的温度变化离散方程；
[0026][0027]
s205：将步骤s202中的温度变化方程代入步骤s204中的温度变化离散方程，得到如下的线路接头温度方程；
[0028][0029]
s206：基于步骤s205中的线路接头温度变化方程得到t时刻的线路接头温度，即如下的线性热方程；
[0030][0031]
优选的，步骤s3中，获取5g供电线路在预设时段内各时刻的5g负荷数据、线路接头温度和环境温度作为历史数据；然后将5g供电线路的历史数据代入线性热方程中，并采用非线性最小二乘法拟合线性热方程离散时间序列中各时刻点的目标参数，进而基于目标参数计算得到线性热方程的参数；
[0032]
目标参数包括接触电阻rw、线路接头与线路接头护套之间的等效热容c
jts
、线路接头与线路接头护套之间的等效热阻r
jts
、线路接头护套与周围环境间的等效热容c
sta
、线路接头护套与周围环境间的等效热阻r
sta
。
[0033]
优选的，步骤s4中，获取包含5g预测负荷的未来负荷曲线和包含预测环境温度的未来温度曲线；然后将未来负荷曲线和未来温度曲线输入拟合后的线性热方程中，生成包含未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线。
[0034]
优选的，以近一月的5g负荷数据为基础，预测未来的负荷并生成未来负荷曲线。
[0035]
优选的，获取5g供电线路所处位置的气温预报数据，获取未来的温度并生成未来温度曲线。
[0036]
优选的，步骤s4中，基于未来发热曲线获取5g供电线路各个时刻的线路接头温度预测值t
pre
，线路接头温度预测值t
pre
即为t时刻的线路接头温度然后将线路接头温度预测值t
pre
与设置的最大允许运行温度t
max
进行对比：
[0037]
1)若t
pre
≤t
max
，则表示不存在过热风险，5g供电线路能够正常为5g负荷供电；
[0038]
2)若t
pre
＞t
max
，则表示存在过热风险，5g供电线路无法负担该时刻的5g负荷需求。
[0039]
优选的，步骤s5中，当t
pre
＜t
max
时，表示5g供电线路具有负荷转供能力。
[0040]
优选的，步骤s5中，当5g供电线路存在过热风险时，提前对5g供电线路的负荷进行转供，或调整5g基站运行策略和负荷需求。
[0041]
本发明中基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法，具有如下有益效果：
[0042]
本发明采用热电类比法绘制5g供电线路的等效热模型，并基于等效热模型构建对应的线性热方程，能够将线路接头的发热与散热特性等效为电路中的电源、电阻和电容，实现了线路接头温度与负荷间的转换，进而能够使用电路中的分析方法计算5g供电线路的线路接头温度，从而能够降低线路接头温度的计算复杂度，并便于调整与扩展，能够辅助预测
5g供电线路的过热风险。
[0043]
本发明基于5g供电线路的历史负荷数据拟合线性热方程的参数，相比于现有固定参数的线性热方程，能够随着时间的推移以及历史负荷数据的增加与更新来不断更新、优化线性热方程的参数，使得线性热方程能够更加符合实际运行条件，从而能够更好的辅助预测5g供电线路的过热风险。
[0044]
本发明根据5g预测负荷和预测环境温度，结合线性热方程计算包含5g供电线路未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线，并判断5g供电线路存在过热风险，通过线路接头温度反映5g供电线路的承载能力，并且引入了5g负荷和环境温度，能够有效反映5g供电线路的运行状况(现有技术仅将负荷水平作为线路能否继运行的判断条件，仅适用于正常运行条件)，即能够有效预测5g供电线路的过热风险，进而能够为有过热风险的5g供电线路提前采取相关措施，充分协调利用整个电网中不同区域和设备的负荷能力，有效缓解负荷高峰期间和极端天气下的5g供电问题，从而能够提高5g供电线路的安全性。
附图说明
[0045]
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0046]
图1为基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法的逻辑框图；
[0047]
图2为等效热模型的电路原理图。
具体实施方式
[0048]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
[0049]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中
间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0050]
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
[0051]
实施例：
[0052]
本实施例中公开了一种基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法。
[0053]
如图1所示，基于线性热模型的5g供电线路过热预测方法，包括：
[0054]
s1：建立5g供电线路的等效热模型；
[0055]
本实施例中，通过现有成熟手段建立图2所示的5g供电线路的等效热模型。
[0056]
在图2的等效热模型中，q为电流流过线路接头的接触电阻rw时产生的能量损失，θj为线路接头温度，c
jts
为线路接头与护套之间的等效热容，r
jts
为线路接头与护套之间的等效热阻，θs为线路接头护套温度，c
sta
为护套与周围环境间的等效热容，r
sta
为护套与周围环境间的等效热阻，θa为线路接头周围环境温度。
[0057]
s2：基于5g供电线路的等效热模型构建对应的线性热方程；
[0058]
s3：基于5g供电线路的历史数据拟合线性热方程的参数，得到拟合后的线性热方程；
[0059]
s4：基于5g预测负荷和预测环境温度，结合拟合后的线性热方程计算包含5g供电线路未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线；
[0060]
本实施例中，未来发热曲线即为未来各时刻的线路接头温度曲线。
[0061]
s5：当线路接头温度预测值大于预设值时，判断5g供电线路存在过热风险。
[0062]
本发明采用热电类比法绘制5g供电线路的等效热模型，并基于等效热模型构建对应的线性热方程，能够将线路接头的发热与散热特性等效为电路中的电源、电阻和电容，实现了线路接头温度与负荷间的转换，进而能够使用电路中的分析方法计算5g供电线路的线路接头温度，从而能够降低线路接头温度的计算复杂度，并便于调整与扩展，能够辅助预测5g供电线路的过热风险。
[0063]
本发明基于5g供电线路的历史负荷数据拟合线性热方程的参数，相比于现有固定参数的线性热方程，能够随着时间的推移以及历史负荷数据的增加与更新来不断更新、优化线性热方程的参数，使得线性热方程能够更加符合实际运行条件，从而能够更好的辅助预测5g供电线路的过热风险。
[0064]
本发明根据5g预测负荷和预测环境温度，结合线性热方程计算包含5g供电线路未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线，并判断5g供电线路存在过热风险，通过线路接头温度反映5g供电线路的承载能力，并且引入了5g负荷和环境温度，能够有效反映5g供电线路的运行状况(现有技术仅将负荷水平作为线路能否继运行的判断条件，仅适用于正常运行条件)，即能够有效预测5g供电线路的过热风险，进而能够为有过热风险的5g供电线路提前采取相关措施，充分协调利用整个电网中不同区域和设备的负荷能力，有效缓解负荷高峰期间和极端天气下的5g供电问题，从而能够提高5g供电线路的安全性。
[0065]
具体实施过程中，通过如下公式表示线性热方程：
[0066]
[0067]
其中，
[0068][0069]
式中：表示t时刻的线路接头温度；表示t时刻的线路接头护套温度；a和b表示待拟合的参数；表示线路接头在t时刻与t-1时刻间的温度变化；表示线路接头护套在t时刻与t-1时刻间的温度变化；p
t-1
表示线路在t-1时刻的5g负荷有功；un表示线路额定电压；δp
t
表示t时刻与t-1时刻间的5g负荷有功变化，即5g预测负荷；表示t时刻与t-1时刻间的环境温度变化，即预测环境温度；δt表示设置的离散时间间隔；c
jts
表示线路接头与线路接头护套之间的等效热容；rw表示接触电阻；r
jts
表示线路接头与线路接头护套之间的等效热阻；c
sta
表示线路接头护套与周围环境间的等效热容；r
sta
表示线路接头护套与周围环境间的等效热阻。
[0070]
通过如下步骤构建5g供电线路的线性热方程：
[0071]
s201：等效热模型中，热容、热阻参数给定且外部条件为稳态时，5g线路接头温度随线路负荷的变化而变化，即线路接头温度可以反应线路对5g负荷的承载能力大小。因此，基于等效热模型，将5g供电线路的线路接头在某工作点的温度方程线性化，得到如下的线路接头温度θj和线路接头护套温度θs在t时刻与t-1时刻间的温度变化方程；
[0072][0073]
其中，参考节点电压法，对图2中的等效热模型列写节点温度方程；
[0074]
温度方程表示为
[0075]
s202：将步骤s201中的温度变化方程进行化简，得到如下的温度变化方程；
[0076][0077]
s203：采用隐式梯形法，将步骤s201中的温度变化方程在设置的离散时间间隔δt内进行离散，得到t时刻与t-1时刻间的温度变化离散方程；
[0078][0079]
s204：将步骤s203中的温度变化离散方程改写成如下的温度变化离散方程；
[0080][0081]
s205：将步骤s202中的温度变化方程代入步骤s204中的温度变化离散方程，得到如下的线路接头温度方程；
[0082][0083]
s206：基于步骤s205中的线路接头温度方程得到t时刻的线路接头温度，即如下的线性热方程；
[0084][0085]
本发明采用热电类比法绘制5g供电线路的等效热模型，并基于等效热模型构建上述的线性热方程，能够将线路接头的发热与散热特性等效为电路中的电源、电阻和电容，实现了线路接头温度与负荷间的转换，进而能够使用电路中的分析方法计算5g供电线路的线路接头温度，从而能够降低线路接头温度的计算复杂度，并便于调整与扩展，能够辅助预测5g供电线路的过热风险。
[0086]
具体实施过程中，获取(实时监测)5g供电线路在预设时段(近一个月)内(全天)各时刻的5g负荷数据、线路接头温度和环境温度作为历史数据；然后将5g供电线路的历史数据代入线性热方程中，并采用非线性最小二乘法拟合线性热方程离散时间序列中各时刻点的目标参数，进而基于目标参数计算得到线性热方程的参数；
[0087]
目标参数包括接触电阻rw、线路接头与线路接头护套之间的等效热容c
jts
、线路接头与线路接头护套之间的等效热阻r
jts
、线路接头护套与周围环境间的等效热容c
sta
、线路接头护套与周围环境间的等效热阻r
sta
。
[0088]
需要说明的是，非线性最小二乘法是一种现有成熟的参数估计方法，将其应用于拟合方程参数也是现有成熟手段，而本发明并未对现有的非线性最小二乘法进行任何改进，而仅是将其应用于拟合线性热方程离散时间序列中各时刻点的目标参数(仅需根据现有手段调整相应参数即可，不涉及技术改进)。
[0089]
其他优选实施例中，也可通过其他现有方法拟合线性热方程离散时间序列中各时刻点的目标参数。
[0090]
本发明基于5g供电线路的历史负荷数据拟合线性热方程的参数，相比于现有固定参数的线性热方程，能够随着时间的推移以及历史负荷数据的增加与更新来不断更新、优化线性热方程的参数，使得线性热方程能够更加符合实际运行条件，从而能够更好的辅助预测5g供电线路的过热风险。
[0091]
具体实施过程中，获取包含5g预测负荷的未来负荷曲线和包含预测环境温度的未
来温度曲线；然后将未来负荷曲线和未来温度曲线输入拟合后的线性热方程中，生成包含未来各个时刻线路接头温度预测值的未来发热曲线。
[0092]
通过遗传算法以近一月的5g负荷数据为基础，预测未来(一天)的负荷曲线作为未来负荷曲线。
[0093]
获取5g供电线路所处位置的气温预报数据(参考当地气象局公布的气温预报)，生成未来(一天)的温度曲线作为未来温度曲线。
[0094]
需要说明的是，遗传算法是一种现有成熟的随机全局搜索优化方法，将其应用于通过历史数据预测未来数据也是现有成熟手段，而本发明并未对现有的遗传算法进行任何改进，而仅是将其应用于预测未来(一天)的负荷曲线(仅需根据现有手段调整相应参数即可，不涉及技术改进)。
[0095]
其他优选实施例中，也可通过其他现有方法预测未来(一天)的负荷曲线。
[0096]
本发明通过线路接头温度反映5g供电线路的承载能力，并且引入了5g负荷和环境温度，能够有效反映5g供电线路的运行状况(现有技术仅将负荷水平作为线路能否继运行的判断条件，仅适用于正常运行条件)，即能够有效预测5g供电线路的过热风险，进而能够为有过热风险的5g供电线路提前采取相关措施，充分协调利用整个电网中不同区域和设备的负荷能力，有效缓解负荷高峰期间和极端天气下的5g供电问题，从而能够提高5g供电线路的安全性。
[0097]
具体实施过程中，基于未来发热曲线获取5g供电线路各个时刻的线路接头温度预测值t
pre
，线路接头温度预测值t
pre
即为t时刻的线路接头温度然后将线路接头温度预测值t
pre
与设置的最大允许运行温度t
max
进行对比：
[0098]
1)若t
pre
≤t
max
，则表示不存在过热风险，5g供电线路能够正常为5g负荷供电；
[0099]
2)若t
pre
＞t
max
，则表示存在过热风险，5g供电线路无法负担该时刻的5g负荷需求。
[0100]
当t
pre
＜t
max
时，表示5g供电线路具有负荷转供能力。
[0101]
当5g供电线路存在过热风险时，提前对5g供电线路的负荷进行转供，或调整5g基站运行策略和负荷需求。
[0102]
本发明能够为有过热风险的5g供电线路提前采取相关措施，充分协调利用整个电网中不同区域和设备的负荷能力，有效缓解负荷高峰期间和极端天气下的5g供电问题，从而能够提高5g供电线路的安全性。
[0103]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。