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摘要 极端寒冷天气对输电线路造成很大威胁，其中线路覆冰持续时间长、覆冰厚度大对输电线路的影响最为明显，为分析输电线路覆冰状态可能对输电线路造成的危害，需要寻求一种可以进行影响评估的方法，本文根据多种因素提出采用多变量模糊控制理论对输电线路状态研究，对覆冰状态进行评估。
关键词 模糊控制；覆冰状态；多变量模糊控制
中图分类号 TM75 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0080-02
1 引言
目前建立的输电线路覆冰在线监测系统主要由网络监测中心、地市监测中心、通信网络、線路监测设备、监测信息几个部分构成。监测终端主要建立导线舞动、导线震动、气候环境、杆塔状态等监测信息，然后对这些部件进行状态和故障情况进行在线监测，进行数据分析。系统的输入是监测设备采集的数据信息，系统输出的是根据这些采集的信息给出输电线路覆冰状态结果。信息传输并输入系统之后，系统在平台下运行，通过知识库确定输电线路及相应设备的状态。
2 模糊控制理论的基本原理
在某些状态研究中，往往通过数学模型的建立来建立输入信息和输出结构之间的关系，但是由于外界影响因素以及干扰作用的复杂性，是的这样模型建立非常困难或者不够精确。鉴于输电线路覆冰状态的不完全性和模型性，是不能完全用精确的模型来描述的，模型在推理中不仅强调符号的推理过程，更强调数值的计算，精确的推理是建立在不存在任何干扰情况下的。模糊控制理论强调专家经验和模糊数学功能，在知识库中建立隶属函数关系，从而是的状态的分析具有了学习的功能。
本文的多变量模糊控制理论主要是基于模糊控制的基本理论，由输入信息、模糊化操作、模糊推理机制、模糊对象以及输出结构构成，模糊化是建立隶属函数关系。通常可以利用三角形、四边形、S型函数等进行模糊化操作，这样可以大大提高计算效率。
3 多变量模糊控制
本文中线路覆冰状态研究的输入量是多变量，由导线直径、环境温度、覆冰厚度、覆冰持续时间等变量组成，最终的覆冰结果分为：非常严重、严重、比较严重、正常。在多变量状态下模糊控制的输入量大于3以后就很难确定模糊控制规则，因此输入量与控制规则之间的存在不确定关系。实际应用中需要改进常规的模糊控制结构，当有多个输入变量的时候，个变量对状态的影响往往不完全一样。在多变量中，每个变量在不同的情况下可能存在不同的规则。由此我们可以通过变量分析，建立多规则集合的多变量模糊控制，实现减少控制规则又能有效控制的目的。
4 多变量模糊控制过程
根据输电线路覆冰事故分析，其危害主要分为：线路覆冰过载、覆冰不均导致导线断裂、绝缘子串造成的冰闪、导线舞动四类。对于覆冰气候条件来讲，主要是环境温度小与0摄氏度，环境湿度大于85%，在这种条件下覆冰危害主要表现在覆冰过载以导线绝缘状态两个方面，本节主要研究这两个状态多变量控制过程。
当导线覆冰积累到一定重量和体积之后，导线垂直状态发生变化闪络事故；并在大风的作用下，导线之间发生碰撞从而造成跳闸事故；导致重量发生变化后塔杆水平荷载随着增加，超过设计重量之后会导致杆塔倾覆。因此荷载状态监测主要包括导线垂直荷载，水平荷载，跳闸断线等。
4.1 覆冰过载状体研究 （力方面）
覆冰过载中主要体现物理力学特性，根据相关因素给出以下覆冰过载力学计算方法：
4.1.1 垂直过载力学计算方法
1）A=B（M，N）×C
A：杆塔最高垂直荷载；M：最大覆冰厚度导线长度；N：地线覆冰荷载；C：垂直距离。
2）E=F×G
E：杆塔垂直荷载；F：绝缘子拉力角；G：风向角。
3）H=I（J，K）×L
H：地线垂直荷载；J：地线自重；K：覆冰重量。
4.1.2 水平荷载计算法方法
覆冰工况下设计水平风荷载为最大覆冰厚度h和相应风速 下的导、地线水平荷载分别为：
式中，D为地线直径；d为导线直径；a为风压不均匀系数μsc为导线或地线的体型系数；μz为风压高度变化系数；L为杆塔的水平档距；θ为风向与导线方向之间的夹角。
4.1.3 水平张力计算方法
根据导线设计张力系数具体确定，在覆冰状态下根据抛物线公式具体计算。
4.1.4 纵向荷载计算方法
需要根据铁杆设计承受的不平衡张力具体查阅设计资料获得。
4.2 覆冰过载状物理力学特征模糊化 （力方面）
根据物理特征力学相关计算方法以及查阅资料信息，进行划分大、中、小三个区域值，并建立特征量得荷载基准值，在实际情况中，当现实结果出现危险信号时，应该采取除冰措施。当发生过载后则进行过载报警。根据以上分析建立多变量物理特征力学模糊研究方法：
根据垂直荷载、水平荷载、断线和纵向荷载状态评估结果，进行物理特征综合状态评估策略分析，状态非常严重、严重、比较严重、正常，根据状态建立模糊规则库5，输出结果为安全、正常、报警。如果4个评估结果均为正常，则综合评估结果为安全；如果任一个评估结果为严重或者非常严重，则综合评估结果为危险；如果任一个评估结果为比较严重或者严重，则综合评估结果为报警。
4.3 覆冰绝缘状体研究（电方面）
绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。绝缘子的冰闪是冰害的另一种，当绝缘子发生覆冰现象后，在特定温度下使绝缘子表面覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。
在融冰过程中冰体表面或冰晶体表面的水膜会很快溶解污秽物中的电解质，并提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变（而且还会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变），从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。大气中的污秽微粒直接沉降在绝缘子表面或作为凝聚核包含在雾中，将会使绝缘子覆冰融化时，冰水电导率进一步增加。另外有关试验数据表明，覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端，特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高，最终造成冰闪事故。
目前，与绝缘子污闪有关的监测参数有表面泄漏电流和环境相对湿度口。泄漏电流的特征量包括泄漏电流最大值、采样周期内超过一定幅值（如10 mA）的泄漏电流脉冲频次。由于绝缘子覆冰或融冰时环境相对湿度接近100%，因此本文仅以泄漏电流最大值和脉冲次数为覆冰线路外绝缘状态特征量。考虑污秽、覆冰，将绝缘状态分为优、良、中、差，分别表示外绝缘状态良好、需要注意发展态势、闪络前预警和闪络故障报警。
5 结论
本文基于输电线路覆冰在线监测系统，将专家系统和模糊逻辑理论相结合，建立了覆冰输电线路智能状态评估模糊专家系统。
1）将物理力学荷载分为垂直荷载、水平荷载、断线和纵向荷载状态评估，并提出了其状态评估特征量；确定了覆冰输电线路外绝缘状态评估特征量。设计了覆冰输电线路机械荷载和外绝缘状态评估方案。制定了物理力学荷载和外绝缘状态评估模糊规则库。
2）本文将在线监测量与输电线路机械和电气性能状态联系起来，建立的模糊控制关系，能有效地评估覆冰输电线路状态，评估结果合理，对覆冰输电线路运行维护有指导意义。
参考文献
[1]蒋兴良.易辉.输电线路覆冰及防护[M].北京：中国电力出版社，200l：19.
[2]黄新波.孙钦东.程荣贵等.导线覆冰的力学分析与覆冰在线监测系统[M].电力系统自动化，2007，31（14）：98-101.
关键词 模糊控制；覆冰状态；多变量模糊控制
中图分类号 TM75 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0080-02
1 引言
目前建立的输电线路覆冰在线监测系统主要由网络监测中心、地市监测中心、通信网络、線路监测设备、监测信息几个部分构成。监测终端主要建立导线舞动、导线震动、气候环境、杆塔状态等监测信息，然后对这些部件进行状态和故障情况进行在线监测，进行数据分析。系统的输入是监测设备采集的数据信息，系统输出的是根据这些采集的信息给出输电线路覆冰状态结果。信息传输并输入系统之后，系统在平台下运行，通过知识库确定输电线路及相应设备的状态。
2 模糊控制理论的基本原理
在某些状态研究中，往往通过数学模型的建立来建立输入信息和输出结构之间的关系，但是由于外界影响因素以及干扰作用的复杂性，是的这样模型建立非常困难或者不够精确。鉴于输电线路覆冰状态的不完全性和模型性，是不能完全用精确的模型来描述的，模型在推理中不仅强调符号的推理过程，更强调数值的计算，精确的推理是建立在不存在任何干扰情况下的。模糊控制理论强调专家经验和模糊数学功能，在知识库中建立隶属函数关系，从而是的状态的分析具有了学习的功能。
本文的多变量模糊控制理论主要是基于模糊控制的基本理论，由输入信息、模糊化操作、模糊推理机制、模糊对象以及输出结构构成，模糊化是建立隶属函数关系。通常可以利用三角形、四边形、S型函数等进行模糊化操作，这样可以大大提高计算效率。
3 多变量模糊控制
本文中线路覆冰状态研究的输入量是多变量，由导线直径、环境温度、覆冰厚度、覆冰持续时间等变量组成，最终的覆冰结果分为：非常严重、严重、比较严重、正常。在多变量状态下模糊控制的输入量大于3以后就很难确定模糊控制规则，因此输入量与控制规则之间的存在不确定关系。实际应用中需要改进常规的模糊控制结构，当有多个输入变量的时候，个变量对状态的影响往往不完全一样。在多变量中，每个变量在不同的情况下可能存在不同的规则。由此我们可以通过变量分析，建立多规则集合的多变量模糊控制，实现减少控制规则又能有效控制的目的。
4 多变量模糊控制过程
根据输电线路覆冰事故分析，其危害主要分为：线路覆冰过载、覆冰不均导致导线断裂、绝缘子串造成的冰闪、导线舞动四类。对于覆冰气候条件来讲，主要是环境温度小与0摄氏度，环境湿度大于85%，在这种条件下覆冰危害主要表现在覆冰过载以导线绝缘状态两个方面，本节主要研究这两个状态多变量控制过程。
当导线覆冰积累到一定重量和体积之后，导线垂直状态发生变化闪络事故；并在大风的作用下，导线之间发生碰撞从而造成跳闸事故；导致重量发生变化后塔杆水平荷载随着增加，超过设计重量之后会导致杆塔倾覆。因此荷载状态监测主要包括导线垂直荷载，水平荷载，跳闸断线等。
4.1 覆冰过载状体研究 （力方面）
覆冰过载中主要体现物理力学特性，根据相关因素给出以下覆冰过载力学计算方法：
4.1.1 垂直过载力学计算方法
1）A=B（M，N）×C
A：杆塔最高垂直荷载；M：最大覆冰厚度导线长度；N：地线覆冰荷载；C：垂直距离。
2）E=F×G
E：杆塔垂直荷载；F：绝缘子拉力角；G：风向角。
3）H=I（J，K）×L
H：地线垂直荷载；J：地线自重；K：覆冰重量。
4.1.2 水平荷载计算法方法
覆冰工况下设计水平风荷载为最大覆冰厚度h和相应风速 下的导、地线水平荷载分别为：
式中，D为地线直径；d为导线直径；a为风压不均匀系数μsc为导线或地线的体型系数；μz为风压高度变化系数；L为杆塔的水平档距；θ为风向与导线方向之间的夹角。
4.1.3 水平张力计算方法
根据导线设计张力系数具体确定，在覆冰状态下根据抛物线公式具体计算。
4.1.4 纵向荷载计算方法
需要根据铁杆设计承受的不平衡张力具体查阅设计资料获得。
4.2 覆冰过载状物理力学特征模糊化 （力方面）
根据物理特征力学相关计算方法以及查阅资料信息，进行划分大、中、小三个区域值，并建立特征量得荷载基准值，在实际情况中，当现实结果出现危险信号时，应该采取除冰措施。当发生过载后则进行过载报警。根据以上分析建立多变量物理特征力学模糊研究方法：
根据垂直荷载、水平荷载、断线和纵向荷载状态评估结果，进行物理特征综合状态评估策略分析，状态非常严重、严重、比较严重、正常，根据状态建立模糊规则库5，输出结果为安全、正常、报警。如果4个评估结果均为正常，则综合评估结果为安全；如果任一个评估结果为严重或者非常严重，则综合评估结果为危险；如果任一个评估结果为比较严重或者严重，则综合评估结果为报警。
4.3 覆冰绝缘状体研究（电方面）
绝缘子覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。融冰时，绝缘子局部表面电阻降低，形成闪络事故。绝缘子的冰闪是冰害的另一种，当绝缘子发生覆冰现象后，在特定温度下使绝缘子表面覆冰或被冰凌桥接后，绝缘强度下降，泄漏距离缩短。
在融冰过程中冰体表面或冰晶体表面的水膜会很快溶解污秽物中的电解质，并提高融冰水或冰面水膜的导电率，引起绝缘子串电压分布的畸变（而且还会引起单片绝缘子表面电压分布的畸变），从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。大气中的污秽微粒直接沉降在绝缘子表面或作为凝聚核包含在雾中，将会使绝缘子覆冰融化时，冰水电导率进一步增加。另外有关试验数据表明，覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端，特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高，最终造成冰闪事故。
目前，与绝缘子污闪有关的监测参数有表面泄漏电流和环境相对湿度口。泄漏电流的特征量包括泄漏电流最大值、采样周期内超过一定幅值（如10 mA）的泄漏电流脉冲频次。由于绝缘子覆冰或融冰时环境相对湿度接近100%，因此本文仅以泄漏电流最大值和脉冲次数为覆冰线路外绝缘状态特征量。考虑污秽、覆冰，将绝缘状态分为优、良、中、差，分别表示外绝缘状态良好、需要注意发展态势、闪络前预警和闪络故障报警。
5 结论
本文基于输电线路覆冰在线监测系统，将专家系统和模糊逻辑理论相结合，建立了覆冰输电线路智能状态评估模糊专家系统。
1）将物理力学荷载分为垂直荷载、水平荷载、断线和纵向荷载状态评估，并提出了其状态评估特征量；确定了覆冰输电线路外绝缘状态评估特征量。设计了覆冰输电线路机械荷载和外绝缘状态评估方案。制定了物理力学荷载和外绝缘状态评估模糊规则库。
2）本文将在线监测量与输电线路机械和电气性能状态联系起来，建立的模糊控制关系，能有效地评估覆冰输电线路状态，评估结果合理，对覆冰输电线路运行维护有指导意义。
参考文献
[1]蒋兴良.易辉.输电线路覆冰及防护[M].北京：中国电力出版社，200l：19.
[2]黄新波.孙钦东.程荣贵等.导线覆冰的力学分析与覆冰在线监测系统[M].电力系统自动化，2007，31（14）：98-101.