声表面波射频标签阵列在线监测特高压输电线路舞动研究

Severe transmission line galloping tends to evoke short-circuiting, hold down towers and broken conductor, which is fatal to the power grid. The UHV transmission line is characterized with high voltage levels, large transmission capacity, long distance, and challenged by complicated climate. The monitoring of transmission lines' galloping under specific meteorological and geographical conditions is important to the security and stability of grid. This project concerns on the robust and accurate on-line monitoring theory, system architecture and method for UHV transmission line. According to the non-linear, non-stationary feather of transmission line galloping, based on the sparse signal processing theory, multi-dimensional sparse features in time domain, frequency domain, space domain and joint domain under the signal domain will be explored, the mapping between sparse feature and galloping data will be established. With the works on sparse sampling theory and sparse matrix construction suited to UHV transmission lines galloping, the random and non-uniform galloping data acquiring architecture and galloping trace reconstruction theory will be obtained. Then, a novel on-line galloping monitoring principle and method with SAW RFID tag array are proposed for the harsh UHV transmission line environment, which is a wireless, passive,all weather distributed on-line monitoring achitechture. Bottlenecks related to UHV transmission line galloping will be resolved by the work of this project and the achievement is important both in theory and application.

输电线舞动严重时会造成线路短路、倒塔、断线，引起电网瘫痪。特高压输电线路电压等级高、传输容量大、传输距离远、经历气候复杂，对其在特定气象及地理条件下产生强烈舞动的监测更为重要，亟待解决。 课题研究适用于特高压输电线路的在线舞动监测的理论、体制和方法。针对输电线舞动的非线性、非平稳性，基于稀疏信号处理理论，从信号域探索舞动曲线的时、频、空及联合域多维度稀疏特征，建立稀疏舞动特征与舞动数据之间的映射关系。研究适用于舞动曲线监测稀疏采样理论并构建稀疏矩阵，形成随机化、非均匀化稀疏采样的输电线舞动数据获取体制与舞动曲线重建理论。在此基础上，针对特高压输电线路的特殊监测环境，提出基于声表面波射频标签阵列的特高压传输线在线舞动监测新原理和新方法，建立无线、无源、全天候的在线舞动监测系统的体系结构。 本项目的研究将为特高压输电线舞动监测瓶颈问题的突破提供理论依据和实验方法，具有重要的理论和实用价值。

严重的输电线舞动会造成输电线路短路、倒塔、断线，引起电网瘫痪。对输电线路在特定气象及地理条件下产生强烈舞动的监测尤为重要，可为灾情预报提供决策依据、为防舞动设计提供数据支撑。经过4年的系统研究，课题组的研究工作阐明了输电线舞动曲线在信号域上的时、频、空及联合域多维度稀疏特征，建立稀疏舞动特征与舞动数据之间的映射关系。研究适用于舞动曲线监测压缩感知稀疏采样理论并构建稀疏矩阵及字典集，形成随机化、非均匀化稀疏采样的输电线舞动数据获取体制与舞动曲线重建理论，提出了将舞动曲线的稀疏采样问题转化为稀疏系数的先验约束线性回归问题的研究思路，形成了基于贝叶斯压缩感知方法的高精度和快速恢复重建曲线方法。在声表面波射频标签的特性研究基础上，结合稀疏阵列理论研究成果，提出了快速的来波方向估计方法，建立无线、无源、全天候的在线舞动监测系统的体系结构。在完成以上原定研究计划基础上，开展了面向输电线上设备供能的微波无线能量传输研究，设计了基于超材料的能量收集器； 完成了基于空间位置信息的超宽带技术的输电线舞动重建系统，提出了基于稀疏分布式倾角信息的弧长约束重建方案，丰富了输电线舞动曲线重建新思路。本项目的研究成果将为特高压输电线舞动监测提供新的理论依据和实验方法，具有重要的理论和实用价值。