Thermal Sensor Configuration Method for Dynamic Rating of Overhead Distribution Lines Based on Gappy Principal Component Analysis-Genetic Algorithm

ZHANG Yi; YUAN Jiawei; TANG Bo; CHEN Shangji; ZHANG Shusen; CUI Haoyang

doi:10.7500/AEPS20231127004

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Thermal Sensor Configuration Method for Dynamic Rating of Overhead Distribution Lines Based on Gappy Principal Component Analysis-Genetic Algorithm

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Thermal Sensor Configuration Method for Dynamic Rating of Overhead Distribution Lines Based on Gappy Principal Component Analysis-Genetic Algorithm
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 6, Pages: 187-197(2025)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
  2.国网江西省电力有限公司宜春供电分公司，江西省宜春市 336000
  3.国网河南省电力公司，河南省郑州市 450003
  4.国网河南省电力公司信阳供电公司，河南省信阳市 464000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Henan Electric Power Company(521770230002)
- DOI：10.7500/AEPS20231127004
  CLC：
- Received：27 November 2023，
  
  Revised：2024-07-26，
  
  Published Online：11 November 2024，
  
  Published：25 March 2025
- 稿件说明：
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张轶,袁嘉伟,汤波等.基于GPCA-GA的架空配电线路动态增容热传感器配置方法[J].电力系统自动化,2025,49(6):187-197.

ZHANG Yi,YUAN Jiawei,TANG Bo,et al.Thermal Sensor Configuration Method for Dynamic Rating of Overhead Distribution Lines Based on Gappy Principal Component Analysis-Genetic Algorithm[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):187-197.
张轶,袁嘉伟,汤波等.基于GPCA-GA的架空配电线路动态增容热传感器配置方法[J].电力系统自动化,2025,49(6):187-197. DOI： 10.7500/AEPS20231127004.

ZHANG Yi,YUAN Jiawei,TANG Bo,et al.Thermal Sensor Configuration Method for Dynamic Rating of Overhead Distribution Lines Based on Gappy Principal Component Analysis-Genetic Algorithm[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):187-197. DOI： 10.7500/AEPS20231127004.

摘要

架空配电线路动态增容技术能在保证安全的前提下提高线路输电能力，是应对短时高峰电力传输经济高效的方法。导体温度是架空线路动态增容的核心指标之一，通常需要在线路上安装大量热传感器进行采集，但投资巨大且难以实施。文中提出一种基于缺失数据主成分分析（GPCA）-遗传算法（GA）的架空配电线路动态热感知优化方法，在架空配电线路上合理选择热传感器点位，精准计算线路全域温度分布，减少热传感器安装数量和投资。首先，建立考虑架空配电线路绝缘介质的载流量计算模型与GPCA组合重构模型，精准重构全域线路热特性；其次，采用GPCA-GA确定最佳传感器数量和布置点位，提高配电线路热重构精度；最后，以某地10 kV架空配电线路为例验证所提方法的有效性。

Abstract

The dynamic rating technology for overhead distribution lines can enhance the transmission capacity of the lines on the premise of ensuring safety

and is an economically efficient method to handle short-term peak power transmission. The conductor temperature is one of the core indicators for dynamic rating of overhead lines. Generally

a large number of thermal sensors need to be installed on the lines for collection

but the investment is substantial and difficult to implement. In this paper

an optimization method for dynamic thermal sensing of overhead distribution lines based on the gappy principal component analysis (GPCA)-genetic algorithm (GA) is proposed. It selects the rational positions for thermal sensors on overhead distribution lines

precisely calculates the temperature distribution across the entire line

and reduces the number and investment of thermal sensor installations. Firstly

a current-carrying capacity calculation model considering the insulation medium of overhead distribution lines and a combined reconstruction model of GPCA are established to precisely reconstruct the thermal characteristics of the entire line. Secondly

GPCA-GA is employed to determine the optimal number of sensors and deployment positions

improving the thermal reconstruction accuracy of the distribution lines. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified by taking 10 kV overhead distribution lines in a certain area as a case.

关键词

Keywords

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辛保安，单葆国，李琼慧，等． “双碳”目标下“能源三要素”再思考［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3117 - 3126 ．

XIN Baoan ， SHAN Baoguo ， LI Qionghui ， et al . Rethinking of the “three elements of energy” toward carbon peak and carbon neutrality ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3117 - 3126 ．

王博，杨德友，蔡国伟 . 高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3006 .

WANG Bo ， YANG Deyou ， CAI Guowei . Review of research on power system inertia related issues in the context of high penetration of renewable power generation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3006 .

王成山，王瑞，于浩，等 . 配电网形态演变下的协调规划问题与挑战［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2385 - 2395 .

WANG Chengshan ， WANG Rui ， YU Hao ， et al . Challenges on coordinated planning of smart distribution networks driven by source-network-load evolution ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2385 - 2395 .

郝文斌，孟志高，张勇，等 . 新型电力系统下多分布式电源接入配电网承载力评估方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 14 ）： 23 - 33 .

HAO Wenbin ， MENG Zhigao ， ZHANG Yong ， et al . Carrying capacity evaluation of multiple distributed power supply access to the distribution network with the background of a new power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 14 ）： 23 - 33 .

侯宇，王伟，韦徵，等 . 输电线路动态增容技术研究及应用［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 189 - 198 .

HOU Yu ， WANG Wei ， WEI Zheng ， et al . Research and application of dynamic rating technology of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 189 - 198 .

冯斌，胡轶婕，黄刚，等 . 基于深度强化学习的新型电力系统调度优化方法综述［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 187 - 199 .

FENG Bin ， HU Yijie ， HUANG Gang ， et al . Review on optimization methods for new power system dispatch based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 187 - 199 .

吴珊，边晓燕，张菁娴，等 . 面向新型电力系统灵活性提升的国内外辅助服务市场研究综述［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 6 ）： 1662 - 1677 .

WU Shan ， BIAN Xiaoyan ， ZHANG Jingxian ， et al . A review of domestic and foreign ancillary services market for improving flexibility of new power system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 6 ）： 1662 - 1677 .

王建学，李清涛，王秀丽，等 . 大规模新能源并网系统电源规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3114 - 3123 .

WANG Jianxue ， LI Qingtao ， WANG Xiuli ， et al . A generation expansion planning method for power systems with large-scale new energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3114 - 3123 .

徐伟，鲍颜红，周海锋，等 . 基于阻塞分析的输电线路动态增容［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 6 ）： 15 - 22 .

XU Wei ， BAO Yanhong ， ZHOU Haifeng ， et al . Transmission line dynamic capacity-increase based on congestion analysis ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 6 ）： 15 - 22 .

侯宇，王伟，韦徵，等 . 基于模型校核的输电线路载流量限额动态评估［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 159 - 166 ．

HOU Yu ， WANG Wei ， WEI Zheng ， et al . Dynamic evaluation of transmission line capacity limit based on model verification ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 159 - 166 ．

孙中玉，徐丙垠，王玮，等 . 低压配电网剩余电流分析等值电路与计算方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 10 ）： 98 - 106 ．

SUN Zhongyu ， XU Bingyin ， WANG Wei ， et al . Equivalent circuit and calculation method for residual current analysis in low voltage distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 10 ）： 98 - 106 ．

MUÑOZ F ， TORRES F ， MARTÍNEZ S ， et al . Case study of the increase in capacity of transmission lines in the Chilean system through probabilistic calculation model based on dynamic thermal rating ［J］. Electric Power Systems Research ， 2019 ， 170 ： 35 - 47 .

COLETTA G ， LASO A ， JONSDOTTIR G M ， et al . On-line control of DERs to enhance the dynamic thermal rating of transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2836 - 2844 .

ZHAN J P ， LIU W J ， CHUNG C Y . Stochastic transmission expansion planning considering uncertain dynamic thermal rating of overhead lines ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 432 - 443 .

DAVISON P J ， LYONS P F ， TAYLOR P C . Temperature sensitive load modelling for dynamic thermal ratings in distribution network overhead lines ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 112 ： 1 - 11 .

TEH J ， COTTON I . Critical span identification model for dynamic thermal rating system placement ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2015 ， 9 （ 16 ）： 2644 - 2652 .

RASHKOVSKA A ， JANCIC M ， DEPOLLI M ， et al . Uncertainty assessment of dynamic thermal line rating for operational use at transmission system operators ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4642 - 4650 .

JIANG J A ， WAN J J ， ZHENG X Y ， et al . A novel weather information-based optimization algorithm for thermal sensor placement in smart grid ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 2 ）： 911 - 922 .

SAFARI N ， MAZHARI S M ， CHUNG C Y ， et al . Secure probabilistic prediction of dynamic thermal line rating ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2022 ， 10 （ 2 ）： 378 - 387 .

YANG X ， VENTURI D ， CHEN C S ， et al . EOF-based constrained sensor placement and field reconstruction from noisy ocean measurements： application to Nantucket Sound ［J］. Journal of Geophysical Research： Oceans ， 2010 ， 115 ： C12 .

王艳玲，梁立凯，韩学山，等 . 计及动态热定值的配电网可靠性分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1410 - 1416 .

WANG Yanling ， LIANG Likai ， HAN Xueshan ， et al . Distribution network reliability analysis considering dynamic thermal rating ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1410 - 1416 .

应展烽，徐捷，张旭东，等 . 基于脉动参数热路模型的架空线路动态增容风险评估［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 23 ）： 89 - 95 .

YING Zhanfeng ， XU Jie ， ZHANG Xudong ， et al . Risk assessment of dynamic overhead lines rating based on thermal circuit model considering pulsating characteristic of parameters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 23 ）： 89 - 95 .

楼贤嗣，王橹裕，郭创新，等 . 考虑输电线路动态增容的增强型安全约束最优潮流［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 18 ）： 26 - 34 .

LOU Xiansi ， WANG Luyu ， GUO Chuangxin ， et al . Enhanced security-constrained optimal power flow considering dynamic thermal rating of transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 18 ）： 26 - 34 .

JIANG J A ， WANG J C ， WU H S ， et al . A novel sensor placement strategy for an IoT-based power grid monitoring system ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2020 ， 7 （ 8 ）： 7773 - 7782 .

BELLIL W ， BRAHIM H ， BEN AMAR C . Gappy wavelet neural network for 3D occluded faces： detection and recognition ［J］. Multimedia Tools and Applications ， 2016 ， 75 （ 1 ）： 365 - 380 .

NEYESTANAKI M K ， RANJBAR A M . An adaptive PMU-based wide area backup protection scheme for power transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 3 ）： 1550 - 1559 .

TEH J ， LAI C M . Risk-based management of transmission lines enhanced with the dynamic thermal rating system ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 76562 - 76572 .

ZHAO Y ， CHEN J S ， GOLDSMITH A ， et al . Identification of outages in power systems with uncertain states and optimal sensor locations ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing ， 2014 ， 8 （ 6 ）： 1140 - 1153 .

闫玲玲，刘中印，艾永乐，等 . 基于0-1整数规划算法的PMU量测点优化配置新方法［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 12 ）： 101 - 106 .

YAN Lingling ， LIU Zhongyin ， AI Yongle ， et al . A new method of the optimal placement PMU based on 0-1 integer program ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 12 ）： 101 - 106 .

MADADI S ， MOHAMMADI I B ， TOHIDI S ． Dynamic line rating forecasting based on integrated factorized Ornstein-Uhlenbeck processes ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 851 - 860 ．

架空配电线路及设备运行规程：SD 292—1988 ［S］. 1988 .

Operating regulations for overhead distribution lines and equipment： SD 292—1988 ［S］. 1988 .

架空绝缘配电线路设计技术规程： DL/T 601—1996 ［S］. 北京：中国电力出版社， 1996 .

Design technique regulations for overhead distribution lines with insulated conductors ： DL/T 601—1996 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 1996 .

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