基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法及系统与流程

本发明涉及地线除冰机优化，尤其涉及基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法及系统。

背景技术：

1、随着全球气候变暖和极端天气事件的频发，地线除冰器的市场需求不断增加，特别是在高纬度地区，如美国、加拿大、俄罗斯以及中国的北方地区，冬季降雪量大，除雪任务繁重，对地线除冰器的需求尤为旺盛，政府对城市管理和应急响应能力的重视，以及基础设施建设的不断完善，进一步推动了地线除冰器市场的发展‌。

2、地线除冰器‌是一种用于去除输电线路地线上覆冰的设备，主要通过物理或热能的方式实现除冰，电脉冲（electropulsing），是由电容或者是间歇源产生的非稳态电流场，通常用的交流电就可以看成是一种脉冲电流，而其中的一个周期过程就可以看成一个电脉冲；高幅值指电脉冲的电压幅度较高，通常能够达到几千伏甚至更高，这种高电压能产生较大的电场强度，突破冰层与基材之间的界面力，使冰层在较短时间内受到剧烈的电场作用；窄脉宽指电脉冲的持续时间非常短，通常在微秒级别，窄脉宽的电脉冲能够使电场瞬时施加到冰层上，从而产生快速的热效应，使冰层迅速膨胀和破裂，快速的热效应有助于冰雪的脱落，而不会对设备或环境造成长时间的热损伤。

3、基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰技术，凭借其快速高效、低能耗、无机械磨损等优势，在现代除冰技术中具有很大的潜力；虽然电脉冲除冰可以快速有效去除积冰，但如何精确控制脉冲能量是一个技术难点。如果能量过大，可能会对表面材料造成损害。

4、现有技术中，存在除冰机产生的脉冲能量可能过大导致损害电线的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法及系统，通过得到修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间，以解决现有技术中，存在除冰机产生的脉冲能量可能过大导致损害电线的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法，包括以下步骤：获取待除冰表面初步状态的积冰第一数据，并进行冰层类型分类，冰层类型包括摇摆冰层和硬冰层；若冰层类型为摇摆冰层，获取除冰环境第二数据并计算冰层回冻发生概率，根据冰层回冻发生概率对摇摆冰层进行二次分类；若冰层类型为硬冰层，基于除冰环境第二数据和积冰第一数据构建地线电脉冲除冰数学模型，模型输出初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间；对初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间分别进行削弱处理，得到修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间；以修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间进行除冰操作，除冰操作后的硬冰层转变为摇摆冰层。

4、在一个优选的实施方式中，所述积冰第一数据，包括冰层厚度、冰层密度、冰面温度数据、冰层硬度，具体获取步骤包括：从冰面垂直发射激光束，计算从发射激光束到接收反射激光束的时间，得到冰层厚度；获取冰层多个深度的温度分布数据和冰层压力数据，结合冰的状态方程得到冰层密度；在冰面上激发机械振动，用设备捕捉冰面振动信号，并计算振动信号的传播速度及衰减情况，得到冰层硬度；在冰层表面进行温度测量，直接获取冰面温度数据。

5、在一个优选的实施方式中，所述除冰环境第二数据，包括除冰机工作环境内的湿度数据、除冰机工作环境内的温度波动数据、冰层表面水分蒸发速度，具体获取方法包括：确定湿度监测区域，并将数据采集装置与中央处理系统连接，在中央处理系统记录湿度监测区域的湿度值并建立折线图，得到除冰机工作环境内的湿度峰谷值；捕捉实时温度数据，并分析温度波动的幅度和频率，得到除冰机工作环境内的温度波动数据；获取单位时间内水分含量的变化，结合除冰机工作环境内的温度波动数据，记录每个单位时间点的蒸发速率，结合预设的蒸发速率计算公式得到冰层表面水分蒸发速度。

6、在一个优选的实施方式中，所述根据冰层回冻发生概率对摇摆冰层进行二次分类，具体为：获取摇摆冰层的待除冰区域的除冰环境第二数据；基于回归分析预设回冻概率模型，得到冰层回冻发生概率；根据热传导和回冻模型获取回冻发生阈值，将冰层回冻发生概率大于回冻发生阈值的摇摆冰层二次分类为硬冰层；将冰层回冻发生概率小于回冻发生阈值的摇摆冰层二次分类为软冰层。

7、在一个优选的实施方式中，所述对初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间分别进行削弱处理，具体为：根据除冰机正常工作的性能指标，得到最小脉冲重复频率和单脉冲最短持续时间；将初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间输入训练好的除冰机模拟工作模型中，得到除冰后的第一除冰表面状态数据；对初始除冰机脉冲重复频率以预设的频率差值逐渐减小至最小脉冲重复频率，初始单脉冲持续时间保持不变，再次输入训练好的除冰机模拟工作模型中，得到除冰后的第二除冰表面状态数据组；保持初始除冰机脉冲重复频率不变，对初始单脉冲持续时间以预设的时间差值逐渐缩短至单脉冲最短持续时间，重复输入训练好的除冰机模拟工作模型中，得到除冰后的第三除冰表面状态数据组；根据除冰后的第一除冰表面状态数据，除冰后的第二除冰表面状态数据组和除冰后的第三除冰表面状态数据组，得到修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间。

8、在一个优选的实施方式中，所述修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间，获取方法具体如下：在第二除冰表面状态数据组中找到若干组除冰表面状态数据最贴近软冰层的除冰机脉冲重复频率，得到第四频率数据组；在第三除冰表面状态数据组中找到若干组除冰表面状态数据最贴近软冰层的单脉冲持续时间，得到第五单脉冲持续时间数据组；将第四频率数据组中的数据逐个结合第五单脉冲持续时间数据组的数据，得到除冰效果数据组；根据除冰效果数据组建立三维坐标轴，得到修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间。

9、在一个优选的实施方式中，所述冰层类型分类，具体为：基于物理原理和历史经验为积冰第一数据逐个设置数据权重；结合积冰第一数据和各数据权重计算冰层分类阀值；将冰层分类阀值高于冰层分类阈值的分类为硬冰层；将冰层分类阀值高于冰层分类阈值的分类为硬冰层；将冰层分类阀值低于冰层分类阈值的分类为摇摆冰层。

10、在一个优选的实施方式中，所述基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法的系统，其特征在于，包括初始状态检测模块、摇摆冰层分析模块、硬冰层处理模块、削弱处理模块、数据应用模块；初始状态检测模块，用于在已结冰的电线上，检测待除冰表面的初步状态，根据待除冰表面的初步状态获取积冰第一数据，并进行冰层类型分类，所述冰层类型包括摇摆冰层和硬冰层；摇摆冰层分析模块，用于若冰层类型为摇摆冰层，获取除冰环境第二数据并计算冰层回冻发生概率，根据冰层回冻发生概率对摇摆冰层进行二次分类；硬冰层处理模块，用于若冰层类型为硬冰层，基于除冰环境第二数据和积冰第一数据构建地线电脉冲除冰数学模型，模型输出初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间；削弱处理模块，用于对初始除冰机脉冲重复频率和初始单脉冲持续时间分别进行削弱处理，得到修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间；数据应用模块，用于以修正的除冰机脉冲重复频率和修正的单脉冲持续时间进行除冰操作，除冰操作后的硬冰层转变为摇摆冰层。

11、本发明基于高幅值窄脉宽电脉冲的地线除冰机优化方法及系统的技术效果和优点：

12、1、通过获取积冰第一数据和除冰环境第二数据，从而能够更全面、精细地获取冰层信息，提供更准确的冰层分类，进而实现了精确计算修正的除冰机脉冲重复频率和修正的脉冲持续时间，有效解决了现有技术中，存在除冰机产生的脉冲能量可能过大导致损害电线的问题。

13、2、通过计算冰层回冻发生概率，并结合热传导与回冻模型，对摇摆冰层进行二次分类，从而提高对冰层分类的准确性，进而实现了根据不同类型冰层选择合适的除冰策略。

14、3、通过建立数学模型，并结合除冰环境第二数据和积冰第一数据，精确计算初始除冰机脉冲重复频率和初始脉冲持续时间，从而对初始除冰机脉冲重复频率和修正的脉冲持续时间逐渐削弱，进而实现了过度除冰导致的设备过热或能源浪费。

15、4、通过建立三维坐标轴，综合考虑除冰机重复脉冲频率、单脉冲持续时间和除冰效果，进而能够实时评估不同参数组合的效果，确9保修正的的除冰效果。