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复杂拓扑电力线故障信道建模方法

重庆邮电大学学报（自然科学版） 2022年第2期34卷 349-355页

作者：赵泉黄琼王毅重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400067 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401123

现有电力线故障信道研究主要致力于单根线缆的软故障、硬故障、擦伤故障,对于复杂拓扑下的电力线故障信道建模研究基本还处于空白。针对不同的拓扑结构、电力线种类、故障类型,需要通过一种行之有效的方法将电力线传输特性、拓扑结构节... 详细信息

现有电力线故障信道研究主要致力于单根线缆的软故障、硬故障、擦伤故障,对于复杂拓扑下的电力线故障信道建模研究基本还处于空白。针对不同的拓扑结构、电力线种类、故障类型,需要通过一种行之有效的方法将电力线传输特性、拓扑结构节点分布特性、故障特性串接成方便计算机处理的有机整体。基于图论知识实现任意复杂拓扑结构的电力线故障信道响应方法,利用长度矩阵确定主路径,通过广度优先搜索算法控制分支拓扑的阻抗更新,结合二端口网络模型的级联矩阵生成任意复杂拓扑电力线故障信道频率响应。通过仿真与测试结果对比,证明利用该方法求取故障信道具有可行性。

关键词：电力线故障信道建模图论复杂拓扑

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电力线激光点云的分割及安全检测研究

激光技术 2019年第3期43卷 341-346页

作者：时磊虢韬彭赤石书山杨立任曦胡伟贵州电网有限责任公司输电运行检修分公司贵阳550000 贵州电网有限责任公司设备部 550000 贵州电网有限责任公司输电运行检修分公司机巡管理所贵阳550000 中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司贵阳550000

为了进行高压输电线路安全检测分析,基于机载激光雷达(LiDAR)电力走廊数据,提出了一种基于密度的空间聚类方法(DBSCAN)的电力线激光点云单条分割提取算法。通过该方法可以实现输电走廊中单条电力线的快速分割提取。首先对电力线点云在x-... 详细信息

为了进行高压输电线路安全检测分析,基于机载激光雷达(LiDAR)电力走廊数据,提出了一种基于密度的空间聚类方法(DBSCAN)的电力线激光点云单条分割提取算法。通过该方法可以实现输电走廊中单条电力线的快速分割提取。首先对电力线点云在x-O-y平面上投影,对投影后的激光点采用最小二乘法进行直线拟合;其次通过计算输电走廊长度,采用经验参量进行电力线点云分段;再次对分段点云在投影平面内进行DBSCAN聚类;最后将分段聚类结果类别归一化,得到单条电力线激光点云数据。结果表明,采用该方法能够在只需经验参量分段宽度的情况下,快速准确地对电力线激光点云进行分割提取,并根据分割结果进行电力线与电力走廊地物距离计算,判断危险点类型及距离。所提出的方法具有较高的提取与测量精度,能够有效地应用于电力线安全检测分析。

关键词：激光技术电力线激光点云安全检测机载激光雷达基于密度的空间聚类

基于电磁耦合原理的电力线能量收集及管理技术研究

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基于电磁耦合原理的电力线能量收集及管理技术研究

作者：陈冠宏电子科技大学

学位级别：硕士

智能电网技术的发展和应用要求在输电线路上安装大量的传感器节点，对线路的各种参数进行实时监测和控制，从而提高电网的运行效率和安全性。然而，传感器节点的供能问题一直是一个难点，因为它们通常位于高空或难以接近的地方，使用电... 详细信息

智能电网技术的发展和应用要求在输电线路上安装大量的传感器节点，对线路的各种参数进行实时监测和控制，从而提高电网的运行效率和安全性。然而，传感器节点的供能问题一直是一个难点，因为它们通常位于高空或难以接近的地方，使用电池作为电源不仅存在更换困难、维护成本高、污染环境等问题，而且会限制传感器节点的功能和寿命。因此，开发一种能够利用环境中的能量并将其转化为可用电能的自供能技术，是解决传感器节点供能问题的理想方案。本文基于这一思路，研究了一种利用电力线上的磁场进行取能的方法，并设计了一种小型化、高效率的取能装置，实现了对传感器节点的自主供能。　　本文首先建立了磁芯的电磁模型与电路模型。分析了磁芯的磁饱和现象对电力线取能的影响，得出磁芯工作在线性区的取能方案还有提升空间的结论，存在一个使取能功率最大化的临界饱和点。为了描述磁芯的饱和状态，本文对环形磁芯的B-H曲线进行分式拟合，并基于此建立了电磁模型与电路模型，进行了损耗分析与Matlab仿真研究，验证了拟合与模型的准确性。　　本文其次提出了一种主动整流控制方案，旨在提高磁芯的能量获取效率，并在此基础上设计了一种能量管理电路。本文对主动整流控制方案进行了理论分析和LTspice电路模拟，通过与FSC方案进行对比，验证了主动整流控制方案的优越性。接着，本文分析了在大电流条件下，主动整流控制方案的损耗问题，并提出了一种结合主动整流和被动整流的综合控制方案，以平衡效率和损耗。最后，本文基于主动整流控制思想，设计了一种能量管理电路，通过储能控制和电压监测，实现了对负载输出的稳定控制。　　最后为了提高系统的通用性，本文对主动控制方案进行了优化，提出了一种自适应控制方案。该方案能够根据线路参数的变化，实时调整饱和时间，使磁芯始终工作在最大功率点。本文对实际取能电路的性能进行了测试，包括自适应控制的实验验证、仿真与实验的一致性验证。实验结果表明，当一次侧电流有效值为10A、负载电压为5V时，取能装置的输出功率为127.86mW，等效性能指标为2.2，是现有取能方案的3倍。

关键词：电力线能量收集电磁耦合取能磁饱和效应自适应控制

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高铁电力线故障自动隔离研究与实践

铁道标准设计 2022年第8期66卷 151-155,174页

作者：刘明光王昭罗学平程永胜杨超胡继光郭铭李家喜文秋鹏黄臻北京交通大学电气工程学院北京100044 中国铁路武汉局集团有限公司供电部武汉430071 中国铁路武汉局集团有限公司武汉供电段武汉430023

高铁电力线发生短路接地故障时,配电所保护装置跳闸,会造成整个供电臂失电;线路发生断线(缺相)故障时,配电所完全没有反应。故障排除和恢复供电时间长,影响高铁电力供电可靠性。为了保障高铁沿线通信信号等,基于高铁电力线具有箱变分段... 详细信息

高铁电力线发生短路接地故障时,配电所保护装置跳闸,会造成整个供电臂失电;线路发生断线(缺相)故障时,配电所完全没有反应。故障排除和恢复供电时间长,影响高铁电力供电可靠性。为了保障高铁沿线通信信号等,基于高铁电力线具有箱变分段结构的特点,提出故障点两侧箱变开关同时跳闸闭锁、自动隔离故障的新方案。根据故障行波特征和电工理论的叠加原理,推导了故障诊断的判据,借助云计算快速实现故障诊断与自动隔离。研制装置于2020年12月初在麻城至黄陂贯通线挂网试运行,装置接受了电磁干扰和冬夏极端气象环境考核,遥控操作开关80余次正确率达100%,短路、接地、断线6次试验的故障诊断和自动隔离正确率100%,1 min内配电所再次送电就能恢复供电臂上全部箱变供电,验证了本文提出的快速恢复供电新方案的有效性。

关键词：高速铁路电力线故障诊断自动隔离监控系统

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基于点云语义分割的电力线提取及聚类研究

基于点云语义分割的电力线提取及聚类研究

作者：李培广西大学

学位级别：硕士

点云具有三维坐标,能准确地展示现实世界的各种场景,因此广泛用于测绘、建筑、遥感、医疗、工业、自动驾驶以及电力等领域。在电力领域的无人机电力巡检中,机载Li DAR（Light Detection and Ranging）可以采集电力线走廊的激光点云数据... 详细信息

点云具有三维坐标,能准确地展示现实世界的各种场景,因此广泛用于测绘、建筑、遥感、医疗、工业、自动驾驶以及电力等领域。在电力领域的无人机电力巡检中,机载Li DAR（Light Detection and Ranging）可以采集电力线走廊的激光点云数据,为后续的电力线重建、障碍物分析、电力线垂度估计以及安全距离诊断等任务打下基础。然而目前的电力线重建这项任务还存在着较多的问题,其相关的算法大都是传统的机器算法,存在智能化程度低,依赖人工特征以及依赖人工调参等局限性。这些局限性影响了相关算法在稀疏电力线场景下的电力线重建效果。围绕上述问题,本文展开了以下研究工作:1)为了电力线提取以及电力线重建等实验的顺利进行,本文制作了稀疏电力线数据集。该数据集一共有两条电力线走廊,场景里的点一共被标记为四种类别,分别是电力线、电线塔、地面以及植被。整个场景被切分为6个区域,为了防止过拟合等问题出现,本文将区域5被设定为特殊区域并拥有大量的地面点以及植被点。通过以上处理的数据集不仅可以用于点云语义分割网络的训练中,还可以用于后续的电力线重建实验。2)针对目前电力线过滤以及提取等算法存在的智能化程度低,依赖人工特征等问题,本文提出了语义分割性能优异且泛用性强的点云语义分割网络MSIDA-Net。MSIDA-Net包含三个特征学习模块,分别是多重空间信息编码模块、坐标系注意力池化融合模块以及局部聚合特征注意力模块。该网络无需任何的人工特征,直接将点云输入到网络中即可自动学习点云的特征。为了验证所提出的点云语义分割网络的泛用性,本文三个在S3DIS、Semantic3D以及Semantic KITTI三个公开点云数据集上进行了实验,分别得到73%、77.8%以及59.8%的平均交并比值（m Io U）,其性能可以媲美甚至超越目前最先进的点云语义分割网络。为了证明该网络的优异性,本文还在自制的稀疏点云电力线场景数据集中进行了实验,实验表明该网络能精确提取出电力线,可以替代传统电力线的过滤、提取相关算法。3)针对目前电力线聚类算法存在的电力线簇聚类不完整的问题,本文提出了基于电力线簇z轴最低点聚类算法。该算法简单高效,可以有效解决半径范围搜索等聚类算法存在的电力线簇聚类不完整的问题,对电力线簇再次进行聚类以得到更为完整的电力线。通过该聚类算法的处理,可以提高电力线的重建效果。

关键词：点云机载LiDAR 电力线提取重建语义分割

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高铁电力线安全监控系统设计与实践

高铁电力线安全监控系统设计与实践

作者：王昭北京交通大学

学位级别：硕士

电力线故障是影响高速铁路供电安全的主要因素之一。现有故障处理采用配电所跳闸切除,造成整条供电臂全线停电;铁路供电状态监控缺乏动态显示功能,不能显示故障位置,不利于快速处理应急突发状况。为此,本文对高铁电力线的安全供电保障... 详细信息

电力线故障是影响高速铁路供电安全的主要因素之一。现有故障处理采用配电所跳闸切除,造成整条供电臂全线停电;铁路供电状态监控缺乏动态显示功能,不能显示故障位置,不利于快速处理应急突发状况。为此,本文对高铁电力线的安全供电保障和动态可视化监控展开研究。针对高铁电力线故障切除停电范围大、供电恢复速度慢的问题,提出一种新的安全供电保障策略:线路故障时故障点两侧箱变开关跳闸闭锁、两侧配电所重合/备自投,实现快速恢复全线供电。按照新策略,设计了运行状态监测和远程控制功能的监控系统,直观显示故障位置,提高安全运行管理水平。为了保证高铁电力负荷应急供电恢复成功,综合应用阻抗测距和行波测距的多种故障诊断法,相互比较验证实现精准完成故障区间定位,并为实际监控线路故障快速隔离和显示提供判断信号。针对高铁多分段电力线路带电监测设备投资较大的问题,提出了一种色流算法。基于布尔代数和逻辑运算,完成了分段线路带电染色的色流算法推导。通过搜索判断开关位置信息进行算法编程,实现了带电状态的可视化监控。按照高铁电力线运行安全监控的需求,利用SQL Server和Visual Studio软件开发工具,完成了单线和复线监控软件设计。首先通过数据库设计,为监控系统提供后台数据支撑;其次,设计了可视化界面,以实现线路运行状态、开关位置、故障报警显示,以及远程控制、记录查询和报告打印等功能;最后,完成了通信设计,保障监控系统数据通信实现。设计的监控系统进行了实际挂网考核,现场试验结果表明:系统能够隔离故障,快速恢复全线供电;界面直观显示故障位置和带电状态,查询打印报告内容详实清楚,可为现场故障处理提供依据,保障高铁电力线安全供电。

关键词：高速铁路电力线故障隔离安全监控色流算法

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基于电力线室内定位算法研究

仪器仪表学报 2016年第1期37卷 136-143页

作者：黄丹平于少东田建平胡勇四川理工学院自贡643000 四川省人工智能重点实验室自贡643000

针对现有室内定位系统成本高、供电不方便和扩展性差等问题,提出了基于电力线室内定位系统,论述该系统工作原理。在此基础上,提出基于支持向量分类机SVCM和K近邻法KNN的混合室内定位算法进行定位并详细论述其原理;通过试验采集信号,分... 详细信息

针对现有室内定位系统成本高、供电不方便和扩展性差等问题,提出了基于电力线室内定位系统,论述该系统工作原理。在此基础上,提出基于支持向量分类机SVCM和K近邻法KNN的混合室内定位算法进行定位并详细论述其原理;通过试验采集信号,分析了基于电力线定位信号室内传播特点,建立了接收信号强度RSS特征样本库;最后分别应用SVCM、KNN以及SVCM-KNN算法进行定位实验,对比了三者定位性能。实验结果表明,SVCM-KNN算法可以有效降低定位误差,达到室内定位精度的要求。

关键词：电力线室内定位支持向量机 K近邻法

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基于摩擦纳米发电机的电力线能量采集及应用

基于摩擦纳米发电机的电力线能量采集及应用

作者：袁志豪广西大学

学位级别：硕士

随着第四次世界工业革命的到来,硬件设施和基础设施的大发展催生了对电力的巨大需求。为了确保电力的持续稳定供应,对电力设施尤其是输电线路进行状态监控和故障预警显得尤为重要。定期巡检是保证电力线路安全的主要手段,而它又存在着... 详细信息

随着第四次世界工业革命的到来,硬件设施和基础设施的大发展催生了对电力的巨大需求。为了确保电力的持续稳定供应,对电力设施尤其是输电线路进行状态监控和故障预警显得尤为重要。定期巡检是保证电力线路安全的主要手段,而它又存在着费时、费力、存在空窗期的问题。但随着物联网时代的到来,一种新的低功耗传感节点自供电方案也应运而生。在一些特定环境下,收集环境能量转换为电能并为低功耗的无线传感器供电,形成自供电的无线传感网络。摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新兴的能量采集技术在自供电系统中大有可为。除此之外,混合能量收集器能进一步提升能量采集的效率。本文研究了基于TENG的混合能量收集器通过采集电力线周围的磁场能量和振动能量实现为传感器节点的供电,进一步形成自供电的监控预警系统。本论文设计了两种基于TENG和电磁发电机(EMG)的混合能量收集器,分别用于收集电力线磁能与振动能,并验证了混合能量收集器构成自驱动系统的可行性。主要研究工作如下:(1)根据输电线的磁场环境,合理设计器件结构,通过一个软质的磁性摆产生位移推动TENG实现接触分离并改变线圈中的磁感线密度。将TENG和EMG很好地结合在一个器件上,实现了对磁场能量的混合收集,证明了对导线温度状态长期监测的可行性。(2)建立了TENG的仿真计算模型:在表面电荷密度为20μC/m时,由COMSOL得出电势差约为70 V与理论计算的结果68 V相契合;在实验中探究了TENG在不同外部激励,不同的配置下的输出,测试得出TENG的最大输出电压为122 V,与仿真计算得出的约为120 V相符。(3)选择外部电路连接方式,优化能量应用过程。在本文实验中,并联多个TENG的电压输出分别是串联的0.84和1.1倍,而电流输出分别是1.96和2.25倍。得出并联相对于串联连接的方式具有更大的优势。(4)利用LTC-3588电源管理电路,实现了由TENG对用电器的3.3 V稳压电源输出;利用能量管理电路对充电过程进行优化,在15分钟时间内分别将3.3 m F的电容电压提升至1.292V,充电速度比直接充电得到的0.638 V提升了2.03倍,实现更稳定的能量收集与应用。(5)分析了输电线路在低频情况下的振动,通过实验比较设计了适用的器件设计,在主体杆两端设置TENG单元,在振动发生时使TENG实现接触分离以减弱振动能量,在测试中将模拟导线的振幅由13 cm减弱至5 cm。并实现了电力线对振动能量的收集及应用,验证了对电力线运行状态数据的无线传输与故障预警功能。

关键词：电力线摩擦纳米发电机磁场能量收集振动能量收集自供电监测系统

架空输电线路机载激光雷达点云电力线三维重建

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测绘学报 2016年第3期45卷 347-353页

作者：林祥国张继贤中国测绘科学研究院北京100830

电力线三维重建是机载激光雷达(LiDAR)电力巡线的一项重要任务之一。本文提出了一种基于架空输电线走廊机载LiDAR点云的电力线三维重建方法。首先,基于电塔LiDAR点和初始线路轨迹数据提取精确的电塔位置、电塔数量、线路轨迹、总档数等... 详细信息

电力线三维重建是机载激光雷达(LiDAR)电力巡线的一项重要任务之一。本文提出了一种基于架空输电线走廊机载LiDAR点云的电力线三维重建方法。首先,基于电塔LiDAR点和初始线路轨迹数据提取精确的电塔位置、电塔数量、线路轨迹、总档数等信息;然后,将线路分档,并确定每一档的二维空间范围和相应的电力线LiDAR点云;接着,分别对每一档的电力线LiDAR点云进行中心化投影,并利用k-means聚类将每一个电力线LiDAR点划分到相应的根;最后,利用直线和抛物线相结合的模型进行单档单根电力导线三维重建。两景试验表明,本文方法可以实现自动、高精度、正确的重建长距离架空输电线走廊电力线三维模型,重建过程中具有对电力线数目、空间配置结构、类型、粗差点、档距长度、点云不规则断裂等因素不敏感的优势。

关键词：机载激光雷达电力巡线电力线三维重建悬链线抛物线