General Analytic Solution of the Telegrapher’s Equations and the Resulting Consequences for Electrically Short Transmission Lines

Based on classical circuit theory, this article develops a general analytic solution of the telegrapher’s equations, in which the length of the cable is explicitly contained as a freely adjustable parameter. For this reason, the solution is also applicable to electrically short cables. Such a model has become indispensable because a few months ago, it was experimentally shown that voltage fluctuations in ordinary but electrically short copper lines move at signal velocities that are significantly higher than the speed of light in a vacuum. This finding contradicts the statements of the special theory of relativity but not, as is shown here, the fundamental principles of electrical engineering. Based on the general transfer function of a transmission line, the article shows mathematically that an unterminated, electrically short cable has the characteristics of an ideal delay element, meaning that an input signal appears at the output with a slight delay but remains otherwise unchanged. Even for conventional cables, the time constants can be so small that the corresponding signal velocities can significantly exceed the speed of light in a vacuum. The article also analyses the technical means with which this effect can be conveyed to very long cables.

Fault location of untransposed double-circuit transmission lines based on an improved Karrenbauer matrix and the QPSO algorithm

Some double-circuit transmission lines are untransposed,which results in complex coupling relations between the parameters of the transmission lines.If the traditional modal transformation matrix is directly used to decouple the parameters,it can lead to large errors in the decoupled modal parameter,errors which will be amplified in the fault location equation.Consequently,it makes the fault location results of the untransposed double-circuit transmission lines less accurate.Therefore,a new modal transformation method is needed to decou-ple the parameter matrix of untransposed double-circuit transmission lines and realize the fault location according to the decoupled modal parameter.By improving the basis of the Karrenbauer matrix,a modal transformation matrix suitable for decoupling parameters of untransposed double-circuit transmission lines is obtained.To address the dif-ficulties in solving the fault location equation of untransposed double-circuit transmission lines,a new fault location method based on an improved Karrenbauer matrix and the quantum-behaved particle swarm optimization(QPSO)algorithm is proposed.Firstly,the line parameter matrix is decomposed into identical and inverse sequence compo-nents using the identical-inverse sequence component transformation.The Karrenbauer matrix is then transformed to obtain the improved Karrenbauer matrix for untransposed double-circuit transmission lines and applied to identi-cal and inverse sequence components to solve the decoupled modal parameter.Secondly,based on the principle that voltage magnitudes at both ends are equal,the fault location equation is expressed using sequence compo-nents at each end,and the QPSO algorithm is introduced to solve the equation.Finally,the feasibility and accuracy of the proposed method are verified by PSCAD simulation.The simulation results fully demonstrate that the innova-tive improvement on the basis of the traditional modal transformation matrix in this paper can realize the modal transformation of the complex coupling parameters of the untransposed double-circuit transmission lines.It causes almost no errors in the decoupling process.The QPSO algorithm can also solve the fault location equation more accu-rately.The new fault location method can realize the accurate fault location of untransposed double-circuit transmis-sion lines.

宽带滤波器传输线法去嵌的研究

为准确获取谐振器材料参数,采用开路短路法、集总参数法、传输线法三种方法分别对谐振器进行去嵌,并分析去嵌对滤波器产生的影响。其中传输线法去嵌无需流片,仿真即可得出谐振器测试结构的寄生参数。采用传输线法对串联、并联谐振去嵌,并运用去嵌后的谐振器材料参数搭建滤波器,滤波器采用九阶π型电路拓扑结构,其带宽为160 MHz,阻带抑制为-25 dB。证实谐振器的测试结构对宽带声表面波滤波器带宽、阻带和零点造成影响,使得去嵌后的滤波器左侧零点向低频偏移,低频抑制上升,高频抑制下降,通带插入损耗增加。

基于注意力机制和LSTM-LightGBM的特高压直流输电线路可听噪声无效数据清洗方法

特高压直流输电线路可听噪声试验过程中,外界环境的突发性干扰会使实验数据中掺杂较多的无效数据,严重影响后续的数据分析。提出了一种基于注意力机制(attention mechanism,AM)和长短时记忆网络-轻量级梯度提升机(long short-term memory network-light gradient boosting machine,LSTM-LightGBM)的输电线路可听噪声无效数据清洗方法。首先,针对可听噪声数据的非线性、高维时序冗余特征等特点,以LSTM神经网络为基础进行特征提取;同时,引入特征维度注意力机制,自适应地分配权重来刻画关键特征信息的表达能力;进而,利用LightGBM对提取到的特征进行分类,检测出无效数据;然后,以某特高压直流输电线路实测可听噪声数据试验分析,结果表明该方法的检测精准率为95.55%,召回率为97.73%,F1分数为0.9663,均优于对比实验模型;最后,将无效数据删除并使用均值插补法填补,无效数据清洗后数据的50%值和95%值基本不变,仅降低无效数据的最大值和5%值。该算法对提高输电线路可听噪声数据的可靠性具有一定参考意义。

基于雷达回波与LSTM的输电线路强对流灾害风险预警方法

强对流天气下输电线路易发生雷击、风偏、雨闪等故障,威胁电网安全运行。为了克服现有短临预报尚不能完全满足输电线路风险预警对精细化气象预报的需求问题,文中利用气象雷达拼图、风速和降雨量同化数据以及电网雷电定位数据,构建了基于深度学习的强对流风雨雷短临预报模型,用于开展输电线路风险预警。首先,将气象雷达拼图及其时序外推数据作为输入,将同化后的风速、降雨和落雷密度、雷电流强度作为输出,构建基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络的强对流气象要素预报模型。然后,结合模型输出的风雨雷预报结果,评估输电走廊网格内风偏、雷击和断线倒塔故障风险大小,综合计算输电线路的故障概率,进行风险预警。最后,展示了所提模型对2023年9月某省的强对流天气过程进行成功预警的案例,表明了所提方法能够提高强对流天气下输电线路风险预警能力。

软岩地基斜锚-短桩复合基础水平承载性能研究

针对山区输电线路岩石地基斜锚-短桩复合基础这一新型基础型式,采用有限元方法构建并验证计算模型,并进一步以短桩的桩径及其嵌岩深度、斜锚长度、斜锚连接节点距地表深度为参数,开展嵌岩短桩及斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能对比研究。基于斜锚-短桩复合基础水平荷载-位移曲线初始弹性段、弹塑性过渡段和直线破坏段的三阶段变化特征,确定了各基础相应阶段的水平承载力。研究岩体及桩身截面混凝土应力分布特征、斜锚与短桩连接节点位置对斜锚-短桩复合基础抗水平承载性能的影响规律,结果表明:斜锚与岩体间的黏结锚固作用可将基顶水平力转化为斜锚拉力,使水平荷载传递至斜锚周围及短桩桩端以下的岩体,进而有效提高斜锚-短桩复合基础水平承载性能。通过优化斜锚连接节点距地表深度,可减小桩径及其嵌岩深度同时满足相应基础抗水平承载力设计要求,从而有效降低基础施工难度,提高基础安全性。

基于LSTM和ArcGIS的区域输电网污秽状态智能评估方法

为了提高电力系统的污闪预防水平,以北京市区域内架空输电线路绝缘子表面污秽状态的评估方法为研究对象,提出一种基于气象条件和盐密数据分布的区域污秽状态智能评估方法。首先,分析影响绝缘子表面积污的主要外部因素,并利用灰色关联分析法选取出6种关联度最大的影响因素。其次,建立一种基于长短期记忆神经网络的绝缘子污秽度预测模型,该模型的预测结果与实测数据吻合度较高,可以很好地反映电网绝缘子的污秽状态。最后,将气象条件与地理信息相结合,使用ArcGIS绘制北京地区的污区分布预测图,实现污秽度评估的动态表达,并在校园内搭建微型自然积污平台以验证文中方法。结果表明,所提方法可以实现区域输电网污秽度数据的周期动态监测,提前预判重度污区出现位置,有助于提升电网防污闪工作的预见性、精准性及智能化水平。

短路枝节加载微带传输线滤波器设计方法研究

对于微带线滤波器为代表的传输线滤波器设计,给定技术指标,如何快速准确地确定其拓扑结构和结构参数是其中的关键。由于分布参数效应,导致传输线滤波器设计比较困难。针对一种短路枝节加载微带传输线滤波器,深入研究了其物理机制,给出了解析设计方法。首先导出了滤波器的传输矩阵,接着通过cot变换关系对传输矩阵进行变换,最后将其与根据技术指标综合得到的理想传输矩阵进行比对,从而能够快速地确定滤波器的结构参数初始值。为了验证所述设计方法,设计了一个中心频率为3.0 GHz,绝对带宽为2.0 GHz,回波损耗小于-20 dB的三阶带通滤波器实例,并进行了加工测试。测试结果表明,理论、仿真和测试结果相吻合,验证了设计方法的有效性。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

基于改进BP神经网络的输电线路覆冰预测技术研究

针对输电线路距离长、覆盖面广,其安全稳定运行直接关系到电网的运行状态,覆冰已成为威胁输电线路安全运行的重要因素。这里从覆冰厚度预测的角度出发,结合思想进化算法和BP神经网络算法,对输电线路的短期覆冰厚度进行预测。基于六个微气象因子的输入向量,建立了输电线路覆冰厚度短期预测模型。通过仿真对该模型的准确性和稳定性进行验证。结果表明,该方法具有较高的准确性和稳定性。该研究为我国输电线路覆冰预测技术的发展提供一定的参考和借鉴。

基于多源异构气象数据融合的线路状态识别算法

针对传统输电线路状态判断方法存在费时费力且准确率偏低的问题,文中在多源异构气象数据融合分析的基础上提出了一种输电线路状态判别算法。该算法由气象数据分析模块和输电线路故障判断模块组成,对于LSTM网络中存在超参数选择困难的问题,利用WOA算法进行自动优化,以实现对气象数据的特征提取。而输电线路故障判断模块使用航拍线路图像作为训练集,通过引入GAN网络完成训练,并采用AE网络进行改进,从而提升原网络的性能。在实验测试中,所提算法在数据处理层面的MAE仅为0.1159,其余多个测试指标也均优于对比算法,同时还可根据训练得到的多源数据特征来对当前线路状态进行准确预测,表明了该算法具有良好的综合性能与工程实践能力。

输配电及用电工程线路安全运行的问题及其技术探讨

输配电及用电工程线路的安全运行一直是电力行业的关注焦点。线路安全问题涉及电气设备的设计、施工、运行等多个环节,存在着诸多技术挑战。本文旨在探讨线路安全运行中可能出现的问题,并提供相关技术解决方案。通过深入研究电力行业的发展和实践经验,可以为电力系统的线路安全做出贡献,保障供电可靠性,确保人们生产和生活的正常运行。

基于EMD-DBO-BiLSTM的风电外送线路载流量预测方法

风电外送架空线路的载流量与其周围气象要素密切相关,实现该载流量的准确预测对提升风电场输送容量具有重要意义。然而,现有载流量预测方法存在两大问题:未充分提取外送线路气象要素的数据特征,单一预测模型的鲁棒性欠佳。鉴于此,引入经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法将气象要素时间序列分解为若干频率不同的分量,以探究数据间的潜在关联模式;而后采用双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)神经网络对各分量进行单独预测,并引入蜣螂优化(dung beetle optimizer,DBO)算法对BiLSTM的超参数进行调优,以此提升线路载流量预测结果的稳定性。在以上研究基础上,提出一种基于EMD-DBO-BiLSTM的风电外送线路载流量预测方法。算例分析发现,相比于四种传统方法,所提方法的平均绝对误差分别降低了22.74%、9.30%、7.08%和7.76%,分析结果验证了该方法的有效性。

Statistical Analysis of Radio Interference of 1000 kV UHV AC Double-circuit Transmission Lines in Foul Weather

Analyzing the impact of radio interference(RI)variation during foul weather conditions is an area that has received limited study.This paper provides a statistical analysis of RI measurements obtained from a long-term observation station close to the world’s first commercially operating 1000 kV UHV AC double-circuit transmission line in China.During six months of observations,the impact of RI was studied on the line during fog,drizzle,and light snow and rain.It was found that RI increases linearly with the natural logarithm of the precipitation intensity.The Levenberg-Marquardt algorithm(LMA)is employed to fit the RI value with the precipitation intensity.The reasonable distribution of RI in different foul weather is verified by one-sample K-S test.This test is seen as beneficial for further RI prediction based on statistical weather mode.

双路脉冲输出结构理论设计与仿真

基于单台脉冲功率驱动源同时驱动两个微波器件产生双频高功率微波的构想,设计了一种双路短脉冲输出结构,其接于主开关后,能够将主开关产生的高压纳秒脉冲传输至高功率微波产生器。两路脉冲由同一脉冲源产生,具有很好的一致性。对双路输出结构脉冲传输过程进行了建模仿真,研究了传输线阻抗、输入脉冲前沿等电学参数对输出波形质量的影响规律,并完成了绝缘风险分析及结构优化。经评估,在前沿4~8 ns的准方波输入脉冲下,双路脉冲输出线的输出波形质量与单路传输线相当,其过冲振荡均小于20%、平顶振荡均小于1%,且能满足绝缘要求。

基于行波反射的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法研究

匝间短路是干式空心电抗器的主要故障类型,目前缺乏有效的离线检测手段以在投运前及时发现潜在的故障。本文基于多导体传输线理论搭建干式空心电抗器绕组的分布参数模型,模拟脉冲信号注入后的折反射过程,研究匝间短路对绕组首、末端响应信号的影响规律。在此基础上提出以响应信号绝对值的积分值构建特征波形,并从中提取特征值对绕组的匝间绝缘状态进行诊断。结果表明:本文基于波过程及多导体传输线理论提出的4组特征值法试验结果与仿真计算结果一致,通过对不同结构电抗器模型进行仿真计算,发现不同结构电抗器发生匝间短路故障时的特征值变化趋势也一致,因此上述方法可应用于不同结构电抗器匝间短路故障的诊断。研究成果可为干式空心电抗器匝间短路故障严重程度和区域定位的诊断提供指导。

基于双端同步响应的高压输电线路故障定位方法

随着我国综合实力的提升,电力系统向着高电压、大容量的方向发展。针对高压输电线路发生短路故障后需及时确定故障位置的问题,提出一种基于线路双端同步响应的故障定位方法。通过研究高压输电线路发生短路故障后的线路双端响应特性,推导出本文基于双端同步响应的故障定位法。利用广域测量系统(WAMS)提取线路线端关键响应信息,以筛选故障支路、排除可能存在的线路双端响应相同的伪故障区域,实现输电线路的准确定位。在NEW ENGLAND 10机39节点系统中进行仿真测试及实例验证,结果表明所提方法能有效排除伪故障区域实现故障定位,是一种准确有效的故障定位方法。

基于深度学习的高压输电线双极短路故障检测

高压输电线路通常比较长且所处环境复杂,检测输电故障时易受到其他电气设备的电磁信号干扰,引起误判。为了提升高压输电线线路运行的稳定性,提出一种基于深度学习的高压输电线双极短路故障检测方法。将母线的电压幅值以及相角作为故障检测的输入项,实现故障数据的归一化和降维,获取全新的故障数据时间序列。基于此,采用改进的ITD分解提取特征值,经过特征选择后将融合的特征矩阵输入深度神经网络中训练,对故障完成精准分类,实现高压输电线双极短路故障的检测。实验测试结果表明,采用所提方法可以获取较高的高压输电线双极短路故障检测精度,同时还可以有效提升故障检测效率,有效保障了高压输电线线路的平稳运行。

基于MI-LSTM输电线动态参数修正的电力系统可用输电能力计算

电力系统架空线路参数受温度、湿度、光照、风雨雷电等复杂环境因素影响较大,传统可用传输容量计算往往利用输电线静态参数及固定的载流传输极限,忽略了环境影响下输电线参数及载流能力的动态变化。针对此问题,提出一种基于MI-LSTM输电线动态参数修正的可用输电能力计算方法。通过互信息量化不同时空状态下环境因素对输电线参数的影响程度,修正神经网络输入特征,实时预测输电线动态参数。利用动态参数修正传输线动态潮流极限并求取线路潮流,对电力系统可用输电能力进行计算。结合我国东北地区实际天气和线路参数数据,在IEEE14节点系统进行算例计算,验证所提方法的有效性。

基于循环神经网络的关键输电线路辨识及预测方法

超前地辨识电网关键输电线路对于预防大停电和电网的调控具有重要意义。目前,对于关键输电线路的研究思路主要是基于当前潮流状态,通过多种辨识指标进行识别,而没有研究超前时刻关键输电线路的预测问题。对此,在前人研究工作的基础上,提出了基于长短期记忆网络的关键输电线路预测方法。首先,给出了电力系统输电线路运行圆的基本理论;在此基础上,提出了有功、无功、复功率深度广度的关键输电线路辨识指标;第三,推导了有功、无功、复功率深度广度辨识指标的求解方法;第四,基于循环神经网络方法,结合复功率深度广度辨识指标,提出了关键输电线路的预测方法;最后,通过对实际系统的仿真验证,表明了所提方法的有效性。