CN109489729B - 一种输电线路的山火监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电线路的山火监测方法及装置，属于输电设备状态监测领域，该装置包括山火监测系统和新能源发电设备，当新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则山火监测系统处于持续工作模式；当新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则山火监测系统处于间断工作模式。该装置不需要增加任何硬件成本即可实现对输出线路状态的监测，而且适用性强，操作简单，具有较好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路的山火监测方法及装置，属于输电设备状态监测领域。
背景技术
架空输电线路是电网的重要组成部分，承担着电能输送的重要职责，架空输电线路的设备安全与否将严重影响电网安全的稳定运行。架空输电线路运行环境复杂，容易受到山火等自然灾害影响，并且具有分布范围广、隐患点多的特点，为运行维护人员巡视增加了难度，运用现代化传感和智能识别技术对输电线路运行实时监测成为保障设备运行的重要手段之一。近年来，山火监测已成为架空输电线路状态监测的重要方面，应用越来越广泛。
目前，山火监测系统都采用风光互补取能方式实现设备供电，是山火监测系统的重要组成部分。在山火监测过程中，设备主要采用持续监测方式，造成了供能负荷大、通信通道负载大等问题，影响了输电线路山火监测系统的长期稳定性。针对上述方案的不足，也有一些方案提出了通过监测气候信息实现环境自适应判别的功能，完成持续和间断监测模式的切换。如授权公告号为CN 204204139U的中国实用新型专利文件公开了一种输电线路的山火监测系统，该山火监测系统通过增加雨量传感器、温度传感器和湿度传感器来收集环境信息实现监测模式的判别，该方法不仅需安装气候传感器，造成工程造价增加，而且会加大现场施工负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输电线路的山火监测方法及装置，用于解决目前山火监测时需借助于气候传感器来确定监测频度导致成本高、不易实施的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种输电线路的山火监测方法，包括以下步骤：
1)监测山火监测系统中新能源发电设备的输出电压，并将新能源发电设备的输出电压与设定电压阈值进行比较；
2)若新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则控制山火监测系统处于持续工作模式；
3)若新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则控制山火监测系统处于间断工作模式。
在山火监测系统运行过程中，新能源发电设备对山火监测系统进行供电，若新能源发电设备的输出电压持续大于等于设定电压阈值，则表明此时山火发生的概率较高，那么山火监测系统需要处于持续工作模式，以免未监测到山火情况，若新能源发电设备的输出电压持续小于设定电压阈值，则表明此时山火发生的概率偏低，那么山火监测系统可以处于间断工作模式，以节约一定的资源。因此，该方法不需要增加任何硬件成本即可实现对输出线路状态的监测，而且适用性强，操作简单，具有较好的应用价值。
进一步的，输电线路的山火监测方法还包括对微气象信息的监测，当监测到的温度高于温度阈值，湿度低于湿度阈值和风速高于风速阈值时，则控制山火监测系统处于持续工作模式。
通过微气象信息协助控制山火监测系统的工作模式，进一步的加强山火监测的可靠性，保证输电线路的正常运行。若微气象信息温度高、湿度低、风速高时，此时环境为易产生山火现象的天气，应加强防山火预警监测力度，进行长期预警监测。
进一步的，新能源发电设备采用风力发电机和光伏板。
风力发电机与光伏板为新能源发电设备的常规设备，技术成熟，可靠性高。
进一步的，当风力发电机或光伏板的输出电压大于等于对应的设定电压阈值且持续第一设定时间时，控制山火监测系统处于持续工作模式。
风力发电机的输出电压持续大于等于风力发电机的设定电压阈值时，表明此时风速较大，会造成山火发生时蔓延较快；光伏板的输出电压持续大于等于光伏板的设定电压阈值时，表明此时太阳辐射过大，环境温度高易发生火灾。因此，在上述任意一种情况下应加强防山火预警监测力度，进行长期预警监测，避免事故的发生。
进一步的，当风力发电机和光伏板的输出电压小于对应的设定电压阈值且持续第二设定时间时，控制山火监测系统处于间断工作模式。
风力发电机的输出电压持续小于风力发电机的设定电压阈值时，表明此时风速较低；光伏板的输出电压持续小于光伏板的设定电压阈值时，表明此时太阳辐射小，环境温度低。因此，当上述两种情况同时发生，说明发生山火的概率较低，控制山火监测系统为间断工作模式，进一步的节约资源。
另外，还提出一种输电线路的山火监测装置，包括山火监测系统和用于其供电的新能源发电设备，当新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则山火监测系统处于持续工作模式；
当新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则山火监测系统处于间断工作模式。
在山火监测系统运行过程中，新能源发电设备对山火监测系统进行供电，若新能源发电设备的输出电压持续大于等于设定电压阈值，则表明此时山火发生的概率较高，那么山火监测系统需要处于持续工作模式，以免未监测到山火情况，若新能源发电设备的输出电压持续小于设定电压阈值，则表明此时山火发生的概率偏低，那么山火监测系统可以处于间断工作模式，以节约一定的资源。因此，该装置不需要增加任何硬件成本即可实现对输出线路状态的监测，而且适用性强，操作简单，具有较好的应用价值。
进一步的，输电线路的山火监测装置还包括微气象信息监测装置，当微气象信息监测装置监测到的温度高于温度阈值，湿度低于湿度阈值和风速高于风速阈值时，则控制山火监测系统处于持续工作模式。
通过微气象信息协助控制山火监测系统的工作模式，进一步的加强山火监测的可靠性，保证输电线路的正常运行。若微气象信息温度高、湿度低、风速高时，此时环境为易产生山火现象的天气，应加强防山火预警监测力度，进行长期预警监测。
进一步的，新能源发电设备包括风力发电机和光伏板。
风力发电机与光伏板为新能源发电设备的常规设备，技术成熟，可靠性高。
进一步的，当风力发电机或光伏板的输出电压大于等于对应的设定电压阈值且持续第一设定时间时，控制山火监测系统处于持续工作模式。
风力发电机的输出电压持续大于等于风力发电机的设定电压阈值时，表明此时风速较大，会造成山火发生时蔓延较快；光伏板的输出电压持续大于等于光伏板的设定电压阈值时，表明此时太阳辐射过大，环境温度高易发生火灾。因此，在上述任意一种情况下应加强防山火预警监测力度，进行长期预警监测，避免事故的发生。
进一步的，当风力发电机和光伏板的输出电压小于对应的设定电压阈值且持续第二设定时间时，控制山火监测系统处于间断工作模式。
风力发电机的输出电压持续小于风力发电机的设定电压阈值时，表明此时风速较低；光伏板的输出电压持续小于光伏板的设定电压阈值时，表明此时太阳辐射小，环境温度低。因此，当上述两种情况同时发生，说明发生山火的概率较低，控制山火监测系统为间断工作模式，进一步的节约资源。
附图说明
图1为本发明输电线路的山火监测方法判断逻辑图。
具体实施方式
输电线路的山火监测装置实施例：
本实施例提出一种输电线路的山火监测装置，包括山火监测系统和新能源发电设备。山火监测系统用于监测架空输电线路的状态，新能源发电设备用于向山火监测系统供电。
本实施例中，新能源发电设备为风力发电机和光伏板，采用风光互补取能的发电方式向山火监测装置供电。
本发明的主要构思在于，判断风力发电机和光伏板的输出电压，通过输出电压的大小以及持续时间对山火监测系统的工作状态进行控制。上述构思的基础在于风力发电机和光伏板的输出电压与外界环境有关，因此以下先对风力发电以及光伏发电的原理进行说明。
风力发电是将风能转换为机械能进而将机械能转换为电能的过程，风能的计算过程为：
其中，E为风能，ρ为空气密度，A为横截面，V为风速，t为时间，风能功率为单位时间内垂直流过横截面A的空气拥有的做功能力，即
其中W为风能功率。由上述公式可以看出，风力发电机的额定输出功率是配合特定的额定风速设而定的。由于能量与风速的立方成正比，因此，风力发电机的输出电压会随风速变化而变化，当风速过大时，则输出电压就越大。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。在有阳光照射的条件下，太阳能电池吸收光能产生电压，将光能转换成电能并将电能存储在蓄电池中，从而对负载进行供电，所以光伏发电受气候环境因素影响大。
在晴天时，光伏阵列倾斜面所接收到的太阳辐射度IS的公式为IS＝Id+ID，其中Id为倾斜面的直接辐射，ID为倾斜面的散射辐射。而且Id＝IONPmcosi，
公式中，α为太阳角度；ION为气层外太阳辐照度；i为太阳入射角；m为大气质量；P为大气透明率；θ为光伏阵列倾斜角。
光电转换率是指光伏组件受到光照时的最大输出功率和照射在光伏组件上的入射光功率的比值，用符号η表示：
光伏组件的光电转换率是光伏技术水平的重要指标，与工作温度和环境变换有很大的关系，工程中，一般光电转换率约为17％；当已知光伏组件辐射面的面积的情况下，根据公式可得出随着太阳辐射度和温度的增加，输出电压也会增加。
综上可以看出，风速大，输出电压大；太阳辐射度和温度增加，输出电压也会增加，因此，若风力发电机输出电压大，则表明此时风速过大，容易发生火灾等自然灾害，若光伏板的输出电压大，则表明此时太阳辐射大，温度高，也容易发生火灾等自然灾害。
本装置的监测过程如图1所示：
1)根据工程安装风力发电机的参数情况，设定风力发电机的电压(对应图中的风机电压)阈值(即Uset1)；根据工程安装光伏板参数情况，设定光伏板的电压(对应图中的光伏电压)阈值(即Uset2)。风力发电机的设定电压阈值与光伏板的设定电压阈值是根据各参数情况设定的，一般是不相同的。
设定大于等于设定电压阈值的持续时间，为第一设定时间；设定小于设定电压阈值的持续时间，为第二设定时间，本实施例中，第一设定时间与第二设定时间相同，都为30分钟。作为其他实施方式，第一设定时间与第二设定时间也可以不相同。
2)监测风力发电机与光伏板的输出电压，将监测到的输出电压信息与设定的电压阈值进行比较。
3)当风力发电机或光伏板的输出电压大于等于对应的设定电压阈值且30分钟时，控制山火监测系统处于持续工作模式(即图中持续监测)。
4)当风力发电机和光伏板的输出电压小于设定电压阈值且持续30分钟时，控制山火监测系统处于间断工作模式(即图中间断监测)。
为了进一步的协助控制山火监测系统的工作模式，本实施例中，输电线路的山火监测装置还包括微气象信息监测装置，当然，通过输出电压的判断准确的情况下，微气象信息监测装置也可以没有。微气象信息监测装置包括温度传感器、湿度传感器和风速传感器等。
微气象信息监测装置的控制过程为：首先设定微气象信息监测装置的温度阈值、湿度阈值和风速阈值；其次，并将监测到的微气象信息与设定的各阈值进行比较，当监测到的温度高于温度阈值，湿度低于湿度阈值和风速高于风速阈值时，则控制山火监测系统处于持续工作模式。
由于微气象与输出电压之间有一定的关系，比如温度与输出电压的关系，在上述光伏板发电原理中已经介绍，因此微气象信息与输出电压信息一般不会相互矛盾。
本实施例中，该装置监测的是风力发电机与光伏板的输出电压，作为其它实施方式，为了方便工程的实施，也可以监测新能源发电系统中蓄电池的充电电压，当然对应的设定电压阈值根据实际情况进行设定。
本实施例中，风力发电机以及光伏板只设定一个电压阈值作为判断标准，作为其他实施方式，也可以设定两个电压阈值，即设定电压上限阈值和设定电压下限阈值，当风力发电机和光伏板其中一个的输出电压大于等于对应的设定电压上限阈值且持续30分钟时，控制山火监测系统处于持续工作模式；当风力发电机和光伏板的输出电压同时小于设定下限阈值且持续30分钟时，则控制山火监测系统处于间断工作模式，此时的间断周期为2个小时；其余情况下，控制山火监测系统处于间断工作模式，此时的间断周期为1个小时。这里的其余情况包括：风力发电机和光伏板其中一个的输出电压大于等于对应的设定电压上限阈值但没有持续30分钟、风力发电机和光伏板的输出电压同时小于设定下限阈值但没有持续30分钟、风力发电机和光伏板的输出电压同时大于等于对应的设定下限阈值且小于对应的设定上限阈值时等其他情况。
综上所述，本发明通过监测风力发电机、光伏板的输出电压进行自适应监测模式的判别，是提升输电线路山火预警能力的经济性方案，而且可操作性强。
输电线路的山火监测方法实施例：
输电线路的山火监测方法，包括以下步骤：
1)监测山火监测系统中新能源发电设备的输出电压，并将新能源发电设备的输出电压与设定电压阈值进行比较；
2)若新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则控制山火监测系统处于持续工作模式；
3)若新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则控制山火监测系统处于间断工作模式。
输电线路的山火监测方法的具体实施过程在上述输电线路的山火监测装置实施例中已经介绍，这里不做赘述。
Claims (4)
1.一种输电线路的山火监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)监测山火监测系统中新能源发电设备的输出电压，并将新能源发电设备的输出电压与设定电压阈值进行比较；
2)若新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则控制山火监测系统处于持续工作模式；
3)若新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则控制山火监测系统处于间断工作模式；
所述新能源发电设备采用风力发电机和光伏板；
所述设定电压阈值包括设定电压上限阈值以及设定电压下限阈值；
当风力发电机或光伏板的输出电压大于等于对应的设定电压上限阈值且持续第一设定时间时，控制山火监测系统处于持续工作模式；
当风力发电机和光伏板的输出电压小于对应的设定电压下限阈值且持续第二设定时间时，控制山火监测系统处于间断工作模式；
其余情况下，控制山火监测系统处于间断工作模式。
2.根据权利要求1所述的输电线路的山火监测方法，其特征在于，所述输电线路的山火监测方法还包括对微气象信息的监测，当监测到的温度高于温度阈值，湿度低于湿度阈值和风速高于风速阈值时，则控制山火监测系统处于持续工作模式。
3.一种输电线路的山火监测装置，包括山火监测系统和用于其供电的新能源发电设备，其特征在于，当新能源发电设备的输出电压大于等于设定电压阈值且持续第一设定时间，则山火监测系统处于持续工作模式；
当新能源发电设备的输出电压小于设定电压阈值且持续第二设定时间，则山火监测系统处于间断工作模式；
所述新能源发电设备采用风力发电机和光伏板；
所述设定电压阈值包括设定电压上限阈值以及设定电压下限阈值；
当风力发电机或光伏板的输出电压大于等于对应的设定电压上限阈值且持续第一设定时间时，控制山火监测系统处于持续工作模式；
当风力发电机和光伏板的输出电压小于对应的设定电压下限阈值且持续第二设定时间时，控制山火监测系统处于间断工作模式；
其余情况下，控制山火监测系统处于间断工作模式。
4.根据权利要求3所述的输电线路的山火监测装置，其特征在于，所述输电线路的山火监测装置还包括微气象信息监测装置，当微气象信息监测装置监测到的温度高于温度阈值，湿度低于湿度阈值和风速高于风速阈值时，则控制山火监测系统处于持续工作模式。
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