一种用于非接触电压测量的解耦方法及系统与流程

本发明涉及电力系统电压测量，尤其涉及一种用于非接触电压测量的解耦方法及系统。

背景技术：

1、在电力系统中，三相交流输电线路的电压测量是确保电网稳定运行和电能质量的关键环节。传统的电压测量方法通常需要在输电线路上安装电压互感器或其他传感器，通过接触式测量来获取电压信息。然而，这种方法存在一些问题，如安装和维护成本高、易受环境影响以及可能引发安全问题等。

2、为了克服传统电压测量方法的不足，近年来非接触式电压测量技术得到了广泛的研究和应用。非接触式电压测量技术通过测量输电线路周围的电场参数，利用电场与输电线路电压之间的关系，实现电压的非接触式测量。然而，由于三相交流输电线路的复杂性，电场参数与电压之间的关系往往是非线性的，且存在多参数耦合的问题，这给非接触式电压测量的准确性和可靠性带来了挑战。

3、因此，如何有效地解决多参数耦合问题，提高非接触式电压测量的准确性和可靠性，是当前电力系统电压测量技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种用于非接触电压测量的解耦方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种用于非接触电压测量的解耦方法，包括：

5、获取目标待测三相交流输电线路固定位置处的电场参数以及电压参数，所述电场参数包括a相、b相和c相交流输电线路下方固定位置处的第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数；

6、根据所述电场参数以及电压参数，建立电场与输电线路电压关系数学模型；

7、根据目标待测三相交流输电线路参数信息，建立目标待测三相交流输电线路有限元仿真模型，所述参数信息包括目标待测三相交流输电线路的几何参数、电气参数、环境参数以及边界条件；

8、对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真，并结合预设目标函数以及电场与输电线路电压关系数学模型，获取最优解耦矩阵。

9、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述获取目标待测三相交流输电线路固定位置处的电场参数以及电压参数包括：

10、所述电压参数包括a相导线电压值、b相导线电压值以及c相导线电压值；

11、所述电场参数中第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数均为三相电压产生的电场的线性叠加，即第一电场参数为a相导线电压值产生的电场、b相导线电压值产生的电场以及c相导线电压值产生的电场叠加；

12、第二电场参数为b相导线电压值产生的电场、a相导线电压值产生的电场以及c相导线电压值产生的电场叠加；

13、第三电场参数为c相导线电压值产生的电场、a相导线电压值产生的电场以及b相导线电压值产生的电场叠加，第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数线性叠加结果由耦合因数确定。

14、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述根据所述电场参数以及电压参数，建立电场与输电线路电压关系数学模型包括：

15、所述电场与输电线路电压关系数学模型用于表示电场、输电线路电压以及耦合因数之间的数学逻辑关系，表示为：

16、

17、其中，表示电场参数向量，e1、e2、e3表示第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数，ua、ub、uc表示a相导线电压值、b相导线电压值以及c相导线电压值，m表示第一解耦矩阵，表示电压参数向量，m11、m12、m13分别表示第一电场参数相关耦合因数，m21、m22、m23分别表示第二电场参数相关耦合因数，m31、m32、m33分别表示第三电场参数相关耦合因数。

18、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述根据目标待测三相交流输电线路参数信息，建立目标待测三相交流输电线路有限元仿真模型包括：

19、所述参数信息包括目标待测三相交流输电线路的几何参数、电气参数、环境参数以及边界条件；所述几何参数包括目标待测三相交流输电线路直径、高度、间距以及支撑结构的尺寸；所述电气参数包括目标待测三相交流输电线路每相输电线路的电阻、电感、电容，以及大地电阻率；所述环境参数包括目标待测三相交流输电线路周围介质的相对介电常数、磁导率、温度；所述边界条件包括导线两端的电压值、电流注入点。

20、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真包括：

21、对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真，所述第一仿真逻辑包括通过改进粒子群优化算法获取第二解耦矩阵；

22、所述第一仿真逻辑还包括预设三相交流电压的频率、幅值以及相位差，并仿真不同电压水平下的第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数，所述不同电压水平为预设电压水平；

23、所述第一仿真逻辑还包括：

24、

25、其中，表示不同电压水平下的第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数组成的仿真向量，表示对应的电压水平组成的向量，即仿真电压参数向量，mcal表示第二解耦矩阵。

26、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真，并结合预设目标函数以及电场与输电线路电压关系数学模型，获取最优解耦矩阵包括：

27、所述目标函数包括：

28、lcal＝||mcal-m||1

29、其中，mcal表示第二解耦矩阵，m表示第一解耦矩阵，||·||1表示l1范数，lcal表示目标函数。

30、作为本发明所述的用于非接触电压测量的解耦方法的一种优选方案，其中：所述对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真，并结合预设目标函数以及电场与输电线路电压关系数学模型，获取最优解耦矩阵还包括：

31、预设第一阈值、第二阈值以及第三阈值，且第一阈值小于第二阈值，第二阈值小于第三阈值；

32、当lcal≥第三阈值，且当前求解迭代轮次大于20次，则目标函数变更为：

33、

34、其中，ltotal为变更后的目标函数，λ表示正则化系数，θ为预设目标函数模型优化算法中的可学习参数，|·|2表示l2范数；

35、当第二阈值≥lcal＞第三阈值，且当前求解迭代轮次大于20次，则调整模型优化算法中的学习率η，按照如下规则调整：

36、η＝η0·exp(-γ·iter)

37、其中，η0表示模型优化算法初始学习率，γ表示衰减速率，iter表示当前迭代次数；

38、当第二阈值≥lcal＞第三阈值，且当前求解迭代轮次不大于20次，则继续按照原模型优化算法优化；

39、当第一阈值＞lcal时，则停止优化，完成优化操作。

40、一种用于非接触电压测量的解耦系统，包括：

41、数据获取模块，用于获取目标待测三相交流输电线路固定位置处的电场参数以及电压参数，所述电场参数包括a相、b相和c相交流输电线路下方固定位置处的第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数；

42、模型建立模块，用于根据所述电场参数以及电压参数，建立电场与输电线路电压关系数学模型；

43、仿真模块，用于根据目标待测三相交流输电线路参数信息，建立目标待测三相交流输电线路有限元仿真模型，所述参数信息包括目标待测三相交流输电线路的几何参数、电气参数、环境参数以及边界条件；

44、求解模块，用于对所述目标待测三相交流输电线路进行结合第一仿真逻辑的有限元仿真，并结合预设目标函数以及电场与输电线路电压关系数学模型，获取最优解耦矩阵。

45、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

46、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

47、本发明的有益效果：本发明提出一种用于非接触电压测量的解耦方法及系统，首先，本发明通过采集三相交流输电线路下方固定位置处的电场参数，包括a相、b相和c相的第一电场参数、第二电场参数以及第三电场参数，能够全面反映输电线路周围的电场分布情况。这些电场参数为后续建立电场与输电线路电压关系数学模型提供了重要的输入数据。其次，本发明建立了电场与输电线路电压关系数学模型，该模型能够准确描述电场参数与电压之间的非线性关系，并解决了多参数耦合的问题。通过该模型，可以实现非接触式电压测量的高精度和可靠性。再次，本发明利用有限元仿真技术，建立了目标待测三相交流输电线路的有限元仿真模型。该模型考虑了输电线路的几何参数、电气参数、环境参数以及边界条件等因素，能够更真实地模拟输电线路的实际工作情况。通过结合第一仿真逻辑的有限元仿真，并结合预设目标函数以及电场与输电线路电压关系数学模型，可以获取最优解耦矩阵，从而实现对多参数耦合的有效解耦。综上所述，本发明提出的用于非接触电压测量的解耦方法及系统具有测量准确、可靠性高、实用性强等优点，为电力系统电压测量技术的发展提供了新的思路和方法。