基于电力信息物理系统的输电线路故障辨识研究

基于电力信息物理系统的输电线路故障辨识研究

兆中

国网陇南供电公司

摘要：由于影响输电线路参数变化的因素众多，使得传统的故障辨识方法无法满足实际需求，本文提出的一种全新的故障诊断技术，利用电力信息物理系统的电流潮流计算，不仅能够极大地改善线路的可辨认性，还能够建立一个电力信息适应度函数，用来精确评估电功率、电容等参量，进而有效地诊断线路的状况，同时还能够根据电压和电流的变化，快速发现故障点。

关键词：电力信息物理系统；输电线路；辨识效果

随着现代科技的飞速发展，先进的IT已经被普遍应用在各个领域，其中，电力系统的改善尤其突出。通过人们的努力，将物理系统和信息科学有机地融合在一起，充分利用它们的限制，协调配合，确保了输电线路的安全可靠运行。

一、电力信息物理系统

1电力信息物理系统工作原理及结构

随着技术的进步，电力系统中的信息量不断增加，为了更好地控制电力系统，我们需要引入先进的信息通信技术。通过将电网一次系统与通信信息系统结合，我们可以收集和感知来自各种智能终端的信息，并通过中间层通信系统将这些信息传输到决策层，以便进行更有效地分析和处理。这样，我们就可以更好地控制电力系统，提高效率和安全性。

2电力信息物理系统的能量与信息

电力系统的安全性和可靠性取决于一次设备的可靠性和二次设备的可靠性，一旦出现故障，无论是数据采集、监测、传输，还是其他方面的功能，都将导致信息的不可靠性，从而严重影响电力系统的安全性和可靠性。尽管信息网络攻击无法直接对电力物理设备施加伤害，但它们却可以损害二次设备的性能，从而导致采集的数据丢失或者存在偏差，从而影响到系统的状态评估，并且会对高级软件的分析产生负面影响，从而导致一次设备的操作失误，最终引起电力系统的振荡，甚至会导致大范围地停电。

二、影响输电线路故障辨识因素

使用电力信息物理系统来识别输电线路故障时，容易遇到多种问题，导致识别效果不佳，其中主要有三个方面：①电力信息物理系统的基础设备状态感知能力较差。由于底层设备种类繁多、软件升级水平参差不齐，加上外界噪声的影响，使得很难准确识别出输电线路的电流状态。②由于电力信息物理系统收集的输电线路信息数量庞大，而且数据压缩复杂度极高，这使得传输和快速分析输电线路故障数据变得极其困难。③在高级决策层，由于数据来源多样，存储变得极其困难，这不仅会导致主站资源的大量浪费，而且还会降低调度的效率，从而阻碍输电线路的故障诊断。

三、输电线路故障辨识方法

1电网中电流潮流计算

通过精确测量功率和电阻的比值，并确保线路的两端电压恒定，我们可以获取每一个节点的潮流效率信息，为：

  （１）

式中，Ｐ为电流一定时的有效功率；为此时的无效功率；为２个节点之间的电阻差；为节点电压。当电流流向故障部位，就会产生分流，那么前后电流比为：

（２）

式中，为初始电流围。

节点的功率变化为：

  （3）

在电力信息物理系统中，为了确保潮流计算的准确性，我们需要先确保两端的电压稳定，并且保证电阻低于本身的电阻。然后，我们按照一定的相位角和电阻比来调整这些参数，这样就能够直接进行潮流计算。为了提高计算的准确性和效率，可以根据电力系统的运行状况来调整计算方法，以达到最佳的计算效果。

2电力信息适应度函数建立

通过引入粒子群算法，我们构建了一个具有较高精度的适应度函数，它可以根据输电线路的电压和本身的电阻，对电流潮流进行精细的模拟，从而更加精确地反映出实际的变化趋势。通过采用先进的技术手段，我们可以更加精确地捕捉到电流潮流的变化趋势，从而实现对其发展趋势的有效监控。建立适应度函数会涉及多个参数的变化，要想得到合理的模型，可以将适应度函数定义为：

  （４）

式中，θ为惯性因子；为向量的适应度；为理论适应值；与为初始适应值。当我们观察到一段固定长度的线路，并且发现它的电压、电流和线路电阻值都处于一个特殊的水平，我们可以利用这些信息来估算这段线路的故障风险。我们会对这些信息进行比较，并通过比较它们的差异，来决定函数的波动范围。如果我们能够找到一个最佳的解决方案，我们就会使用它来预测这段线路的故障风险，经过精确的监控，我们能够准确地获取到输电线路的各种参数，这些参数包括尺寸、电阻、电流、容量、最大功率、输出电流、接线电流、最大输出功率以及可能出现的故障电流等，从而估算出该电路的适用性。随着线路的变化，电流和电阻也会相应地发生变化，这时，我们可以利用能量守恒定律来调整参数，通过建立一个可靠的矩阵，我们可以有效地维护和提高电路的可靠性和可用性。在电力物理系统中，物理节点的选择对于辨识方向至关重要，因此，我们必须采取有效的措施来确保它们的准确性，它们不仅可以控制电压的变化，还可以有效地抑制电阻，从而改变电流的走向，使系统更加稳定可靠，从而提高系统的效率和可靠性。如果电压和电流的方向发生了变化，那么就会产生偏差，这将导致辨别精度的降低。为了确保这两个参数的动态变化不受影响，我们需要将电阻抗设置为在不同的辨别因素下保持恒定。如果辨别因素由于线路的原因被忽略，则系统将进入一个稳态，这将降低线路的压力，并使剩余的能量用于进行后续的迭代计算。

3线路辨识模型构

在确定了输电线路的参数变化范围之后，我们可以把它们看作一个分段的网格结构，并将适应度函数融入其中。每个组件之间都可以通过网络连接，构建出一个完整的信息物理体系，这样可以更加准确地检测出线路的各种状况，确保电力系统的安全可靠。在线路上，由于电阻和电流的变化幅度是一个固定的值，我们可以通过计算Z=R+jX来估算它们的变化。当线路刚刚开始运作时，我们发现它们的检测能力非常强，而且对整个系统的影响非常微弱，所以，为了确保系统的稳定，我们建议将多个电路串联起来，形成并联。通过对线路的检测，当出现故障时，可以通过观察电压和电流的比值，准确地找到问题所在，而且即使是微弱的干扰，也不会对系统的稳定造成太大的影响。干扰的位置为，其中，ｘ为干扰信号模型。那么两端电压与干扰信号的电阻关系式为：

  （５）

式中，ζ为振动幅度；σ为电阻系数；ω为参数。电力信息系统的结构类似于神经网络，它们通过节点传输数据来实现，每增加一个节点，系统就会接收更多的电力信息，当电流发生变化时，节点的电功率和电容也会有所不同，从而使得整个系统能够更好地处理和分析电力信息，即：

  （６）

式中，Δθ为该节点两端的电流比，那么此时的输电线路的状态辨识公式为

  （７）

式中，为角度偏移时节点的能量值；为边缘距离；为偏移角度；为角度差。通过对节点的有效控制，不仅可以确保输电线路的完整性，而且可以有效地降低误差，增强辨识模型的兼容性，从而实现对输电线路的准确识别。

结语

通过对电力信息物理系统的深入分析，我们开发出一种新的、精准的输电线路故障辨别技术，该技术采用电流的潮流计算，可以更加精细地模拟出线路的微小变形，从而大大提升了故障诊断的精度和可靠性。

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