1 国网天津市电力公司，天津 300010
2 国网冀北电力有限公司智能配电网中心，河北秦皇岛 066100
3 天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072
针对电力物联网智能终端有限的存储、计算和通信资源，现有运行管理算法大多偏重于降低节点功耗，导致终端安全抗捕获的性能受限。为在保障电力物联网终端节点运行性能的同时提升抗物理捕获攻击能力，提出一种轻量级密钥管理方案。通过集中器节点部署增加管控中央区域，形成了一种新型的双层网格部署模型。基于新结构提出一种双阶段的密钥信息分配算法。各阶段根据各子区域节点数目设置 Blom矩阵空间的安全阈值，大幅提高了电力信息网络连通性和抗捕获性能。仿真结果证明，当被捕获终端比例为 5.5%时，该方案对应的通信链路失效概率较t-UKP和 SPECC方案最大降低 63%和 68%。
电力物联网 密钥分配 双层网格结构 抗捕获性 通信开销 power Internet of Things key distribution double-layer grid structure anti-capture communication overhead 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1049
1 国网新疆电力有限公司，新疆乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司喀什供电公司，新疆乌鲁木齐 830000
3 国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆乌鲁木齐 830000
4 北京物联感知科技有限公司，北京 101100
针对光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW)输电线监测中温度变化、杆塔倾斜同时存在等问题，设计了基于光纤光栅的波分复用多参数监测阵列。从理论模型出发推导了光栅应变与温度及倾斜的数学关系，然后将杆塔模型导入到 CMOSOLMultiphysics进行定性分析，最后进行温度及倾斜试验。试验结果表明基于光纤光栅的杆塔温度监测分辨率可达 0.1℃，倾角传感器的倾角相关系数 K值为 0.0501nm/°，证明所提出监测阵列具有良好的电力行业监测应用前景。
光纤光栅 光纤复合架空地线 温度监测 倾斜监测 波分复用 fiber Bragg grating optical fiber composite overhead ground wire temperature monitoring slope monitoring wavelength division multiplex
1 国网新疆电力有限公司电力科学研究院, 新疆 乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司, 新疆 乌鲁木齐 830000
3 国网新疆伊犁伊河供电有限责任公司, 新疆 伊犁 835100
4 北京物联感知科技有限公司, 北京 101100
基于光纤光栅的OPGW异常监测得到了广泛研究, 但异常检测数据在分类识别判断是否为正常信号和虚假信号上存在较大困难, 针对上述问题, 研究了基于改进型的网格搜索法进行随机森林分类。首先在理论上构建分类识别模型, 通过粒子群算法迭代寻找最优分类解; 然后将监测数据分为多帧训练集、测试集和验证集, 分别实现传统随机森林算法、网格搜索随机森林算法和改进型网格搜索随机森林算法对异常振动分类识别; 最后利用异常信号识别准确率和精确度具体量化三种算法对比结果。实际分类计算结果表明, 所研究的改进型网格搜索随机森林算法在测试集异常信号识别准确率可达98.56%, 验证集异常信号识别准确率可达99.56%, 证明了方法的有效性, 对OPGW光缆异常振动分类识别具有实际意义。
光纤光栅 光纤复合架空地线 随机森林 异常振动 fiber Bragg grating optical fiber composite overhead ground wire random forest abnormal vibration
1 广东电网公司 河源供电局, 河源 517000
2 华北电力大学 电子与通信工程系, 保定 071003
为了提高输电线路状态感知实时性, 将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量, 基于实测布里渊谱系统, 研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明, 随着工作点增益信噪比增加, 布里渊频移误差近似成指数规律减小; 随着布里渊频移与工作点频率之差的增加, 布里渊频移误差先快速下降, 然后略有增加; 当工作点处布里渊增益的信噪比不小于25 dB且工作点频率始终小于(或大于)布里渊频移时, 单斜坡法应变误差小于60 με; 根据不同布里渊频移下60 με对应的临界信噪比, 可插值获得不同情况下对应的临界信噪比; 单斜坡法的谱测量时间和计算时间分别为谱拟合法的1/161和1/600左右。该工作为提高智能化光纤复合架空线路态势感知实时性奠定了基础。
传感器技术 智能化光纤复合架空线路 布里渊谱 斜坡法 应变 快速感知 sensor technique intelligent optical fiber composite overhead line Brillouin spectrum slope method strain fast sensing
随着国家电网规模的不断扩大，架空导线作为电力系统的重要组成，对它的定期巡检变得极其重要，同时，随着低空飞行领域的开放，为了保证国家电网的正常运行及低空飞行的安全，架空导线的识别也变得极其重要。文中提出了一种使用Deeplabv3+语义分割网络模型对红外航拍图像架空导线进行识别的方法，并且针对红外架空导线图像目标的特征对该算法进行了改进。首先在原Deeplabv3+算法的特征提取主干网络ResNet50中加入注意力机制，使网络突出导线目标所在区域的特征，更加关注导线目标所在的位置，进而弱化背景等非主要区域的特征。然后对Deeplabv3+的编码器部分进行改进，在ResNet50模型中加入特征金字塔网络，可以将浅层和深层的特征进行融合，增强网络对不同大小目标属性的识别能力，及导线这种小目标的检测能力，进而提高网络的整体识别效果。实验结果表明：改进后的算法检测性能良好，均像素精度为93.52%，平均交并比为87.83%。
Deeplabv3+ 特征金字塔 架空导线 注意力机制 ResNet50 Deeplabv3+ feature pyramid overhead wire attention mechanism ResNet50 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220112
1 国网新疆电力有限公司电力科学研究院, 乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司, 乌鲁木齐 830000
3 北京物联感知科技有限公司, 北京 101100
基于光栅传感的分布式光纤复合架空地线(OPGW)健康监测得到了广泛研究。针对OPGW光缆舞动事件, 提出一种基于三次样条函数拟合的舞动波长预测方法。首先, 通过理论推导, 建立光栅传感相位变化量与舞动波长的数学联系; 然后, 利用仿真分析理想舞动情况下信号三次样条函数拟合前后的相移信号结果, 初步证明了所提方法的有效性; 最后, 将其应用在某220kV线路, 对比分析典型弱风环境及强风环境下的舞动监测强度图。实际监测结果表明, 所选取方法能够有效改善强度图信号特征, 可得出强风条件下档距内舞动波长约为200m, 弱风条件下档距内舞动波长约50m。该方法为舞动事件的图像识别智能监测提供技术参考, 具有较好的应用前景。
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensor Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 Wuhan WUTOS Co., Ltd., Wuhan 430223, China
4 Wuhan FLOES Co., Ltd., Wuhan 430223, China
5 China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China
6 School of Safety Science and Emergency Management, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
A distributed online fiber sensing system based on the phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) enhanced by the drawing tower fiber Bragg grating (FBG) array is presented and investigated experimentally for monitoring the galloping of overhead transmission lines. The chirped FBG array enhanced Φ-OTDR sensing system can be used to measure the galloping behavior of the overhead transmission lines (optical phase conductor or optical power ground wire), which are helpful for monitoring the frequency response characteristics of the ice-induced galloping, evaluating the motion tendencies of these cables, and avoiding the risk of flashover during galloping. The feasibility of the proposed online monitoring system is demonstrated through a series of experiments at the Special Optical Fiber Cable Laboratory of State Grid Corporation of China (Beijing, China). Results show that the proposed system is effective and reliable for the monitoring of galloping shape and characteristic frequency, which can predict the trend of destructive vibration behavior and avoid the occurrence of cable breaking and tower toppling accidents, and these features are essential for the safety operation in smart grids.
Distributed vibration sensing FBG array galloping monitoring overhead transmission lines Photonic Sensors
2022, 12(3): 220310
1 国网安徽省电力有限公司, 安徽 合肥 230000
2 国网安徽省电力有限公司建设分公司, 安徽 合肥 230071
为了实现最优路线规划, 促进架空地线节能降损, 研究基于多目标进化算法的输电线路架空地线节能接地技术。以架空地线路线遭受地质灾害风险最低、运行安全系数最高为目标, 搭建输电线路架空地线路线优化模型; 采用多目标进化算法求解模型, 获取路线优化方案; 依据实际地质情况选择单回或多回线路架空地线节能接地技术。实验结果表明：采用所提技术可获取符合目标函数及约束条件的输电线路架空地线路线优化方案, 选取节能接地方式为单回线路两根架空地线, 每段架空地线的节距为6.4 km, 接地点选在各段地线的中间点, 该接地方式较上一年度电能损耗下降60%~69%, 节能效果突出。
多目标进化算法 输电线路 架空地线 节能接地 纵向切割线 multi-objective evolutionary algorithm transmission line overhead ground line energy-saving grounding vertical cutting line
1 广东电网公司河源供电局, 广州 517000
2 华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
3 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
4 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
为了提高智能化光纤复合架空线路态势感知的实时性, 将人工神经网络方法应用于光纤沿线应变解调,确定了神经网络的结构。编程实现了基于洛伦兹模型的最小二乘谱拟合方法和神经网络方法, 采用不同信噪比和布里渊频移的布里渊谱训练神经网络, 将它们应用于某光纤复合架空线路沿线光纤应变的测量, 从不同角度比较了两种方法的计算结果。计算结果表明, 神经网络方法能有效获得光纤沿线的布里渊频移进而获得应变, 具有与谱拟合方法相似的准确性, 但应变解调时间仅约为谱拟合方法的1/20000。研究结果为提高智能光纤复合架空线路态势感知的实时性提供了参考。
智能化架空线路 布里渊散射 应变 人工神经网络 实时性 intelligent overhead line Brillouin scattering strain artificial neural network real-time performance
