一种利用磁场数据逆推架空输电线路三相电流的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于架空输电线路电流测量领域，具体为一种逆推架空输电线路三相电流 的方法。
【背景技术】
[0002] 三相电流的幅值和相位直接反映交流输电线路的运行状态和健康水平，是评估电 能质量、判断无功补偿投切容量、启动继电保护和进行故障诊断的主要依据。目前输配电线 路电量信号检测主要是通过互感器实现的。如果安装传统的电磁式互感器，通常需要在停 电状态下完成；大量使用电磁互感器存在引发铁磁谐振的潜在危害。而随着线路电压等级 的升高，互感器的绝缘难度及价格也大幅提升。互感器长期接入线路中，还存在发热、老化 等问题，测量准确性降低，其本身可能成为电网的安全隐患。
[0003] 随着智能电网的发展，沿架空输电线路对其电流进行实时状态监测、进而实现智 能预警和自动控制的需求越来越迫切。考虑传统电流互感器的工作原理和电气特性，在已 有线路中加装电流互感器存在诸多困难，甚至根本不具备实现条件。面对这样的瓶颈问题， 有必要开拓思路寻求新型的测量方式，实现安全而有效的架空输电线路电流监测。
[0004] 对高压交流输电线路电磁环境的大量研究证实，输电线路工频电流在其周围空间 产生工频磁场，源与场之间存在着显著的正相关性。鉴于此，可以利用传感器测量架空线路 下方空间若干个测量点的工频磁场，建立逆推数学模型，通过优化算法估算出线路电流、提 取特征参数，从而实现线路电流的非接触测量。
[0005] 线路空间电磁场测量与线路不存在直接的电气连接，不影响线路的运行状态，对 测量设备本身没有太高的绝缘要求；此外，测量位置可根据需要确定，操作方便灵活。这些 都体现了基于电磁场逆问题方法反演输电线路电流，进行非接触式测量的巨大优势。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种操作方便灵活、无需断电、 在线测量计算、非接触式测量的利用磁场测量数据逆推架空输电线路三相电流的方法。本 发明的技术方案如下：一种利用磁场测量数据逆推架空输电线路三相电流的方法，其包括 以下步骤：
[0007] 101、获取架空输电线路三相导线之间的水平距离和垂直距离，并在架空输电线路 正下方分别设置3个测量点，获取测量点与导线之间的垂直距离；
[0008] 102、根据架空输电线路的位置结构参数和测量点的位置参数计算出测量点与导 线之间的距离，及测量点的各个磁场矢量与垂直方向的夹角Θ ;
[0009] 103、利用专用工频磁场测量装置测量3个测量点处的磁感应强度及其分量；
[0010] 104、预设架空输电线路三相电流初值，然后结合步骤102计算得出的导线与测量 点之间的距离及夹角Θ计算测量点理论磁感应强度及其分量，并且推导出测量点处磁感 应强度分量与三相电流之间的约束关系；
[0011] 105、利用步骤103得到的磁感应强度的测量值及其分量的测量值，和步骤104得 到的理论计算值构造寻优算法的适应度函数FM，并在步骤104得到的约束条件下，采用多 目标寻优算法对目标函数进行寻优计算；
[0012] 106、如果满足迭代终止条件，则输出逆推所得的三相电流最优解；否则更新三相 电流值，返回步骤103。
[0013] 进一步的，建立交流输电线路空间磁场计算模型，采用叠加定理可计算三相电流 在测量点P点处产生的磁感应强度
[0015] μ。= 4 π X 1〇 7;1为导线电流；h和L分别为导线与测量点垂直距离和水平距离； BJP B ￥分别为B的X方向和y方向分量；e p ex、ey、分别为三个方向的单位矢量。
[0016] 进一步的，对于步骤101所述的3个测量点，通过步骤104计算，可得磁感应强度 分量与三相电流之间的约束关系，为
[0019] 式中也、k2、k3、k4是与输电线路结构有关的常数，^表示在测量点2处的产生的 磁感应强度的y分量、表示在测量点3处的产生的磁感应强度的y分量。
[0020] 进一步的，以13为待识别参量，I b、I。可用I 3和测量得到的磁场值计算得到，由此 在步骤105所述的多目标寻优过程中，可将三个决策变量减为单个决策变量。
[0021] 进一步的，步骤104设置三个适应度函数Fsa
[0023] 式中：B、BX#分别为测量点处磁感应强度合成值、X分量和y分量的理论计算值； B' B/、为对应的测量值，多目标寻优问题描述为
[0025] 进一步的，步骤105的多目标寻优算法采用的是基于带精英策略的快速非支配排 序遗传算法的架空输电线路电流逆推法。
[0026] 进一步的，基于带精英策略的快速非支配排序遗传算法包括以下步骤：
[0027] Α1、初始化种群，a相待识别电流Ia、b相相待识别电流Ib、c相相待识别电流I。，设 置选择概率、交叉概率、迭代次数、适应度函数阈值、终止条件；
[0028] A2、带入三相电流值计算适应度函数值和误差，判断是否满足终止条件即达到预 设的最大迭代次数或满足适应度函数阈值，如果满足终止条件，则输出线上电流的全局最 优解Iabest、Ibbest、I，st，分别表示a相、b相、C相电流的最优解；否则执行步骤A3 ;
[0029] A3、基于序值和拥挤距离进行选择、交叉变异得到子种群，即新的Ia、Ib、I。电流 值；
[0030] A4、将父、子种群合并成为新的种群，再次进行非支配排序和拥挤距离计算，然后 修剪种群，计算出新个体的适应度函数值并筛选出新种群，得到本轮迭代计算的a相、b相、 c相电流的最优解，程序跳转到步骤A2。
[0031] 本发明的优点及有益效果如下：
[0032] 本发明通过建立交流输电线路空间磁场计算模型，选择特定测量点，推导出特定 测量点处磁感应强度分量与三相电流之间的约束关系；设置多目标适应度函数，采用带精 英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA- II )进行多目标函数寻优，从而提高逆推反演的 准确性；寻优算法中增加所推导出的特定测量点处磁感应强度分量与三相电流之间的约束 关系，将计算模型中的三个决策变量缩减为单个决策变量，降低算法复杂度，实现快速寻优 计算。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明提供优选实施例单导架空输电线磁场计算结构图；
[0034] 图2是三相架空输电线路磁场计算结构图；
[0035] 图3是基于NSGA- II算法的输电线路电流逆推寻优流程图；
[0036] 图4三相输电线路和测量点结构简图；
[0037] 图5磁场测量含3%误差时的三相电流逆推结果；
[0038] 图6是本发明优选实施例的逆推方法整体流程图。
【具体实施方式】
[0039] 以下结合附图，对本发明作进一步说明：
[0040] 如图1所示，1架空输电线路工频磁场计算数学模型及特殊测量点选择
[0041 ]图1所示单导线路结构中，将输电线路视为无限长，根据毕奥-沙伐尔定律可计算 测量点P(x，y)处的磁感应强度
[0043] 式中：^。=431 X10 为导线电流；h和L分别为导线与测量点垂直距离和水平 距离（已知量）成和B ￥分别为B的X方向和y方向分量；e p ex、ey、分别为三个方向的单 位矢量。
[0044] 当P位于导线正下方，其By= 0,该点即为本发明所设定特定测量点。
[0045] 图1所示为单导架空输电线磁场计算结构图
[0046] 对于三相输电线路，采用叠加定理可计算三相电流在P点处产生的磁感应强度
[0048] 2特殊测量点工频磁场与电流的约束关系
[0049] 图2所示三相架空输电线路工频磁场计算示意图中，将测量点1、2、3分别位于a、 b、c三相线正下方。其中劣表示a相电流在测量点2处产生的磁感应强度，其他类同。
[0050] 测量点2、3处的y分量<、< 分别为
[0053] 式（3a)和式（3b)所示即为磁感应强