1.本发明属于输电线路覆冰监测技术领域，尤其涉及一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法。
背景技术：2.输电线路覆冰已成为长期威胁电网冬季安全运行的环境问题，输电线路在覆冰条件下会发生脱冰跳跃、舞动等安全事故，导致导线断线继而大范围供电中断乃至系统解裂，对电力系统造成极其严重的破环。为在输电线路覆冰发展成冰灾事故前，需要提前对输电线路进行覆冰质量预测，以得到输电线路的覆冰发展趋势，对输电线路融冰进行合理安排，输电线路覆冰预测至关重要。
3.目前对覆冰预测较为缺乏，主要是通过直接监测法，并根据气象和经验判断覆冰情况。
4.直接监测法针对导线覆冰后物理量的改变进行测量，主要有视频图像采集、导线拉力、导线弧垂、倾角测量等。上述方案虽满足了对架空线覆冰监控的一定需求，但由于自身工作、测量精度易受覆冰条件下环境因素和导线动态的影响，在监测可靠性方面无法完全满足覆冰预测需求。
5.同时，仅依靠导线覆冰的物理量变化，无法精准反映冰冻环境大气参数。而冰冻环境大气环境是决定导线覆冰发展的根本因素，故而无法准确预测输电线路覆冰质量的变化，无法满足输电线路覆冰的预警需求。
技术实现要素：6.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，以解决现有技术的输电线路覆冰预测不能准确预测输电线路覆冰质量的变化，无法满足输电线路覆冰的预警需求等技术问题。本发明技术方案是：
7.一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，所述方法包括：
8.步骤1、根据预测需求确定待测覆冰参数；
9.步骤2、构建冰冻环境大气参数预测函数；
10.步骤3、构建以大气参数预测函数为基础的输电线路单位长度覆冰质量预测函数；
11.步骤4、根据实时覆冰参数，更新大气参数预测函数，并更新输电线路单位长度覆冰质量预测函数。
12.待测覆冰参数包括：环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)和水滴中值体积直径a(t)。。
13.所述构建冰冻环境大气参数预测函数的方法为：分别对实际完成测量的环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)和水滴中值体积直径a(t)进行收集，通过神经网络算法对每天的冰冻环境大气参数进行时域上的拟合得到每个环境大气参数的冰冻环境大气参数预测函数。
14.冰冻环境大气参数预测函数结合气象参数间的变化规律，预先限制每个参数的变化范围和取值精度，将变化范围和取值步长作为预测函数的边界限制条件，若某一参数在未来3h内的拟合结果超过该范围则视为预测不精准，则返回重新拟合。
15.每个参数的变化范围和取值精度为：环境温度t的取值范围设定在-15～5℃，取值精度0.5℃；风速v的取值范围设定为0～20m/s，取值精度0.5m/s；液态水含量w范围设置为0.2～2.6g/m3，取值精度0.2g/m3；水滴中值体积直径a取值范围10～100μm，取值精度5μm。目标输电线路导线直径d的范围设置为4～50mm，取值精度为1mm，单导线或分裂导线的单根线路电流为0～800a，取值精度为10a。
16.输电线路单位长度覆冰质量预测函数的构建方法为：
17.根据环境风速v(t)和水滴中值体积直径a(t)的冰冻环境大气参数预测函数和目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d计算水滴碰撞系数α1(t)的预测函数：
18.α1(t)＝f(v(t),a(t),d) (1)
19.根据外径d、环境温度t(t)和液态水含量w(t)的冰冻环境大气参数预测函数计算冻结系数α3(t)的预测函数：
20.α3(t)＝f(w(t),t(t),d) (2)
21.通过目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d，根据下列计算公式，计算目标输电线路单位长度覆冰增量变化函数δm(t)，最终计算得到未来6h内的输电线路单位长度覆冰重量m(t+δt)：
22.δm(t)＝α1(t)α3(t)w(t)v(t)dδt (3)
23.m(t+δt)＝m(t)+δm(t) (4)。
24.本发明的有益效果：
25.本发明基于冰冻环境大气参数神经网络法通过构建冰冻环境大气参数预测函数，实现冰冻环境条件下输电线路覆冰质量的预测，该方法结合冰冻环境的过往大气参数的变化规律，采用了神经网络算法，提高了预测精度，适应实际工程对覆冰质量预测的要求。
26.本发明基于冰冻环境大气参数神经网络法的输电线路覆冰质量预测方法，不依靠输电线路覆冰时的物理变化，从大气结构物覆冰规律出发，通过实时的冰冻环境大气参数，提高输电线路覆冰预测的准确性，进而避免冰灾事故，提高了覆冰电网的预警能力，并可采用多种测量设备完成大气参数的测量，降低了测量难度，提高了方法可行性。
附图说明
27.图1为本发明流程图；
28.图2为本发明构建冰冻环境大气参数预测函数流程图；
29.图3为输电线路覆冰质量预测流程图；
30.图4为神经网络算法示意图。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明。
32.本发明提供一种基于冰冻环境大气参数神经网络法的输电线路覆冰质量预测方法，包括如下步骤：
33.s1.根据预测需求确定待测大气参数。
34.具体地：输电线路覆冰质量预测模型需要若干个环境参数，包括环境温度、环境风速、液态水含量、水滴中值体积直径、空气动粘滞系数等。由于部分参数对预测结果影响相对较小，在一些情况下可做一定简化，如空气动粘滞系数在不考虑输电线路温升引起边界层定性温度变化的条件下可近似为定值。
35.本发明以环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)、水滴中值体积直径a(t)进行举例。此外，构建预测函数还需要任意时间步内目标输电线路的单导线或者单根分裂导线的直径d(t)和其流过的电流i(t)。
36.根据实时测量的数据参数，自动调整拟合函数，并进一步更新6h内输电线路覆冰质量。
37.可以通过不同的测量设备组合，测量得到预测所需要的不同大气参数。进一步地，测量设备不仅限于：多圆柱体积冰器、六要素气象仪、云雷达、瑞微波辐射计等。
38.s2.构建冰冻环境大气参数预测函数。
39.具体地：分别对实际完成测量的环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)、水滴中值体积直径a(t)进行收集，由神经网络算法对上述每天冰冻环境大气参数进行时域上的拟合，得到每个环境大气参数的每天变化规律函数。如图4所示，t(t)、v(t)、w(t)、a(t)这些与时间相关的离散点分别作为输入量x1～x4，分别通过输入层、隐含层、输出层后，最终得到环境温度、环境风速、液态水含量、水滴中值直径的预测函数o1～o4。图中v、y、m均为不同层到下一层的权重比，并在输出层时反馈作用于输入层、隐含层，调整其输出函数。
40.结合气象参数间的变化规律，预先限制每个参数的变化范围和取值精度，将变化范围和取值步长作为预测函数的边界限制条件。考虑到我国气候条件及输电线路覆冰理论与实际情况，环境温度t的取值范围设定在-15～5℃，取值精度0.5℃；风速v的取值范围设定为0～20m/s，取值精度0.5m/s；液态水含量w范围设置为0.2～2.6g/m3，取值精度0.2g/m3；水滴中值体积直径a取值范围10～100μm，取值精度5μm。目标输电线路导线直径d的范围设置为4～50mm，取值精度为1mm，单导线或分裂导线的单根线路电流为0～800a，取值精度为10a。
41.若某一参数在未来3h内的拟合结果超过该范围则视为预测不精准，将返回重新拟合。由于神经网络算法得到的函数在1～2h内的结果较为合理，而当一旦超过2h后，可能会出现异常点和异常结果；而在考虑超过3h后的函数结果，会过多浪费多余的算力，故选取3h内。
42.s3.构建以大气参数预测函数为基础的输电线路单位长度覆冰质量预测函数；
43.根据环境风速v(t)和水滴中值体积直径a(t)的预测函数和目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d计算水滴碰撞系数α1(t)的预测函数。
44.α1(t)＝f(v(t),a(t),d) (1)
45.根据外径d、环境温度t(t)和液态水含量w(t)得预测函数计算冻结系数α3(t)的预测函数。
46.α3(t)＝f(w(t),t(t),d) (2)
47.并由目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d，根据下列计算公式，计算目标输电线路单位长度覆冰增量变化函数δm(t)，进一步计算得到未来6h内的输电线路单位长度
覆冰重量m(t+δt)。
48.δm(t)＝α1(t)α3(t)w(t)v(t)dδt (3)
49.m(t+δt)＝m(t)+δm(t) (4)
50.s4.根据实时参数，更新大气参数预测函数，并更新输电线路单位长度覆冰质量预测函数。根据实时测量的上述数据参数，环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)、水滴中值体积直径a(t)，并根据上述流程，每小时自动调整拟合函数，并进一步更新未来6h内输电线路覆冰质量。
技术特征：1.一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1、根据预测需求确定待测覆冰参数；步骤2、构建冰冻环境大气参数预测函数；步骤3、构建以大气参数预测函数为基础的输电线路单位长度覆冰质量预测函数；步骤4、根据实时覆冰参数，更新大气参数预测函数，并更新输电线路单位长度覆冰质量预测函数。2.根据权利要求1所述的一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：待测覆冰参数包括：环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)和水滴中值体积直径a(t)。3.根据权利要求1所述的一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：所述构建冰冻环境大气参数预测函数的方法为：分别对实际完成测量的环境温度t(t)、环境风速v(t)、液态水含量w(t)和水滴中值体积直径a(t)进行收集，通过神经网络算法对每天的冰冻环境大气参数进行时域上的拟合得到每个环境大气参数的冰冻环境大气参数预测函数。4.根据权利要求3所述的一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：冰冻环境大气参数预测函数结合气象参数间的变化规律，预先限制每个参数的变化范围和取值精度，将变化范围和取值步长作为预测函数的边界限制条件，若某一参数在未来3h内的拟合结果超过该范围则视为预测不精准，则返回重新拟合。5.根据权利要求4所述的一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：每个参数的变化范围和取值精度为：环境温度t的取值范围设定在-15～5℃，取值精度0.5℃；风速v的取值范围设定为0～20m/s，取值精度0.5m/s；液态水含量w范围设置为0.2～2.6g/m3，取值精度0.2g/m3；水滴中值体积直径a取值范围10～100μm，取值精度5μm。目标输电线路导线直径d的范围设置为4～50mm，取值精度为1mm，单导线或分裂导线的单根线路电流为0～800a，取值精度为10a。6.根据权利要求1所述的一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，其特征在于：输电线路单位长度覆冰质量预测函数的构建方法为：根据环境风速v(t)和水滴中值体积直径a(t)的冰冻环境大气参数预测函数和目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d计算水滴碰撞系数α1(t)的预测函数：α1(t)＝f(v(t),a(t),d)(1)根据外径d、环境温度t(t)和液态水含量w(t)的冰冻环境大气参数预测函数计算冻结系数α3(t)的预测函数：α3(t)＝f(w(t),t(t),d)(2)通过目标线路的单导线或单根分裂导线的外径d，根据下列计算公式，计算目标输电线路单位长度覆冰增量变化函数δm(t)，最终计算得到未来6h内的输电线路单位长度覆冰重量m(t+δt)：δm(t)＝α1(t)α3(t)w(t)v(t)dδt(3)m(t+δt)＝m(t)+δm(t)(4)。
技术总结本发明公开了一种基于冰冻环境大气参数的输电线路覆冰质量预测方法，包括：步骤1、根据预测需求确定待测覆冰参数；步骤2、构建冰冻环境大气参数预测函数；步骤3、构建以大气参数预测函数为基础的输电线路单位长度覆冰质量预测函数；步骤4、根据实时覆冰参数，更新大气参数预测函数，并更新输电线路单位长度覆冰质量预测函数；通过实时的冰冻环境大气参数，提高输电线路覆冰预测的准确性，进而避免冰灾事故，提高了覆冰电网的预警能力，并可采用多种测量设备完成大气参数的测量，降低了测量难度，提高了方法可行性。提高了方法可行性。提高了方法可行性。
技术研发人员：杨国林 陈宇 廖乙 邓颖 胡松林 郑华龙 蒋兴良
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
