CN107169645A - 一种计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法，属于电力***自动化技术领域。本发明首先计算出评估的目标电网所在地区的地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量、当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量；然后，根据地理网格降雨信息、杆塔及气象站经纬度信息计算出输电杆塔的预测及历史降雨量信息，再根据杆塔塔基的地形地貌参数、结合杆塔降雨量信息计算出输电杆塔的综合有效降雨量，进而得到杆塔的故障概率，最终采用相对独立事件算法得到考虑暴雨灾害影响的输电线路故障概率。本发明能够在保证杆塔降雨量信息计算准确性和精度的前提下大大提高计算效率。
Description
技术领域
本发明属于电力***自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法。
背景技术
暴雨是中国常见的气象灾害之一，大范围长时间的强降雨会直接导致洪涝灾害。持续强降雨或有前期降雨累积作用的短历时暴雨，雨水累积、渗流会导致斜坡岩土体重度增加、岩土软化、滑带岩土强度降低等，进而引发山体滑坡和泥石流等严重的衍生灾害。
伴随着近年来经济的快速增长而引发的对用电量的高度需求，电力工业快速发展，逐步形成西电东送、南电互济的交直流混联输电网主网架。由于发电端和受电端的距离较远、配电网用户分散，架空输电线路经常需要翻山越岭，途径各种复杂地理环境。在恶劣的暴雨天气情况下，地处山坡、山峰、峡谷、河谷、盆地、喇叭口等易受灾地区的杆塔，会受到较大影响，进而影响输电线路以及电网的安全稳定运行。因此有必要针对输电线路的实际情况进行暴雨灾害风险评估，对灾害概率较大的杆塔及线路给出灾害预警。
目前，国内在暴雨灾害对输电线路的影响研究方向主要集中为基于大数据筛选分析的离线模型研究。比较有代表性的有专利申请“评估暴雨引发输电线路故障概率的方法”(201310380170.2)、专利申请“一种面向风险评估的输变电设备故障概率模型的建模方法”(201510908694.3)、专利申请“一种输电线路杆塔基础边坡暴雨灾害风险评估方法”(201210301265.6)。
专利申请“评估暴雨引发输电线路故障概率的方法”(201310380170.2)提出根据实测降雨数据进行线性外推得到预报未来时段的降雨范围和降雨强度，并根据线路走廊地理特征和周边环境特征将线路分段后，再根据输电杆塔故障概率计算模型计算输电杆塔故障概率，最后得到线路的故障概率。
专利申请“一种面向风险评估的输变电设备故障概率模型的建模方法”(201510908694.3)提出基于输变电设备实时状态监测、微气象及自然灾害预报信息,针对不同设备个体分析其全寿命周期信息和非周期随机信息，利用大数据筛选分析方法,将各项风险因素整合为几项风险指标作为基于比例风险模型的输变电设备故障概率模型的输入,进而量化各风险因素对故障趋势的影响。
专利申请“一种输电线路杆塔基础边坡暴雨灾害风险评估方法”(201210301265.6)提出根据大量灾害统计及人工降雨边坡侵蚀试验统计得出控制输电线路杆塔基础边坡暴雨危险性致灾因子；对致灾因子、边坡稳定性进行量化、归一化处理后采用改进层次分析计算程序求得各致灾因子对暴雨致灾影响的权重向量，建立输电线路杆塔基础边坡暴雨滑坡危险性评估的数学模型，实现对指定输电线路杆塔基础边坡暴雨风险评估。
但是，上述已有的技术成果，没有综合考虑气象站历史降雨量信息及气象预报信息对未来降雨趋势及杆塔的影响，同时需要庞大的基础数据库、大量的计算参数维护、复杂的模型原理来进行故障概率计算，难以实现暴雨灾害对输电线路故障概率的在线快速安全评估。
发明内容
本发明目的是：针对现有技术的不足，提出一种计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法。该方法旨在根据气象站历史降雨量信息及气象预报信息，计算出电网所在地区的地理网格的降雨量信息，克服了仅参考气象站历史降雨量数据时不能真实反映未来降雨趋势、以及气象站布点较少时不能获取足够的气象测点信息的缺陷；根据地理网格降雨信息、杆塔及气象站经纬度信息计算出输电杆塔的降雨量信息，解决按照有效距离内点到点搜索杆塔对应最近气象站信息的方式效率低下的问题；通过优先级选取输电杆塔塔基地段的地形地貌参数，实现了重点杆塔、重点区域参数重点维护的目的，在保证参数精度的前提下解决了杆塔参数数据维护工作量大的问题。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
1)按以下步骤计算出电网所在地区的地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量及当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，所述地理网格是指根据电网所在地区的最大最小经纬度划分成的地理网格集合，所述一定历史时间段是指在综合考虑地形地质气象环境等多重影响下降雨量经过蒸发和流失后还能剩余一定比例的降雨量渗透入岩土或累积在地表上并最终可能导致滑坡、山洪、泥石流发生的有效历史时间段：
1-1)根据地理网格的经纬度范围，计算地理网格与气象站预报范围的重叠面积占地理网格面积的百分比是否大于预先设定的门槛值，确定地理网格是否在气象站的预报范围内；
所述气象站预报范围，包括直接预报范围和间接预报范围，气象站的直接预报范围是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为半径所在的圆形区域；气象站的间接预报范围，是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为内环、气象站最大容许测站间距为外环的环形区域；其中，kl取不大于1的正数；
所述气象站最大容许测站间距为可保证所观测的气象要素在电网所在地区的插值都具有足够的精度且具有代表性的气象站分布距离；
1-2)若地理网格处于气象站的预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
确定主要影响气象站：如果地理网格处于一个或多个气象站的直接和间接预报范围内，则主要影响气象站为直接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；如果地理网格处于一个或多个气象站的间接预报范围内，则主要影响气象站为间接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；
通过公式(1)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，单位为mm：
其中，t0为当前时刻，Tc为一定历史时间段，单位为h，r(t)为主要影响气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h；
通过公式(2)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm：
其中，Δt为当前时刻t0至未来评估时刻的时间长度，单位为h，rpre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h，k1为气象站实测值的权重系数，k2为气象预报值的权重系数，其中k1+k2＝1；
若地理网格不处于气象站的预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
通过公式(3)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量单位为mm；
Rpast＝r′preTc (3)
其中，r′pre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻之前一定历史时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；
通过公式(4)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm；
Rpre＝rpreΔt (4)
2)对比输电杆塔的经纬度与各个气象站的经纬度，如果有输电杆塔的经纬度与某个气象站的经纬度相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取该气象站的预测降雨量及历史累积降雨量，气象站的预测降雨量及历史累积降雨量的具体计算方法如公式(1)、(2)，其中公式(1)中的r(t)取气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h，公式(2)中rpre取气象站所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；
如果输电杆塔的经纬度与所有气象站的经纬度均不相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取步骤1)中计算出的输电杆塔所属地理网格的预测降雨量及历史累积降雨量；
3)确定输电杆塔塔基地段的地形地貌参数，再结合步骤2)中得到的输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量，计算得到输电杆塔的综合有效降雨量；最后结合输电杆塔故障概率计算模型，计算得到输电杆塔因暴雨致灾的故障概率；
所述输电杆塔的综合有效降雨量R＝Rz+Rs，其中，Rz为前期有效降雨量，可根据公式(5)计算；Rs为修正短历时雨强，根据公式(6)计算：
Rz＝kp*Rpast (5)
Rs＝kcor*Rpre (6)
其中kp为历史降雨量综合衰减系数，kcor为预测降雨量修正系数，根据输电杆塔塔基地段的地形地貌参数取不同的kp和kcor；
4)根据步骤3)中得到的输电杆塔故障概率，采用相对独立事件算法，计算得到暴雨灾害情况下各条输电线路的故障概率，结束本方法。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中的输电杆塔塔基地段的地形地貌参数根据优先级选取，优先级别排序如下：输电杆塔的地形地貌参数>输电杆塔所属的地理网格地形地貌参数>电网所在地区的典型地形地貌参数。
本发明的有益效果如下：本发明提出根据气象站历史降雨量信息及气象预报信息，计算出电网所在地区的地理网格的降雨量信息，克服了仅参考气象站历史降雨量数据时不能真实反映未来降雨趋势、以及气象站布点较少时不能获取足够的气象测点信息的缺陷。本发明对比输电杆塔的经纬度与各个气象站的经纬度得到输电杆塔的降雨量信息，在保证杆塔降雨量信息计算准确性和精度的前提下大大提高计算效率。本发明根据输电杆塔、输电杆塔所属的地理网格、电网所在地区的典型地形地貌参数优先级选取输电杆塔塔基地段的地形地貌参数，实现重点杆塔、重点区域参数重点维护的目的，在保证参数精度的前提下解决了杆塔参数数据维护工作量大的问题。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2为本发明方法中网格及杆塔降雨量计算示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例，其实施步骤如图1所示。
详见图1，图1中步骤1描述的是计算出电网所在地区的地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量、当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量。所述地理网格是指根据电网所在地区的最大最小经纬度划分成的地理网格集合，所述一定历史时间段是指在综合考虑地形地质气象环境等多重影响下降雨量经过蒸发和流失后还能剩余一定比例的降雨量渗透入岩土或累积在地表上并最终可能导致滑坡、山洪、泥石流发生的有效历史时间段。
步骤1)的具体过程为：首先，根据地理网格的经纬度范围，计算地理网格与气象站预报范围的重叠面积占地理网格面积的百分比是否大于预先设定的门槛值，确定地理网格是否在气象站的预报范围内；
所述气象站预报范围，包括直接预报范围和间接预报范围，气象站的直接预报范围是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为半径所在的圆形区域；气象站的间接预报范围，是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为内环、气象站最大容许测站间距为外环的环形区域；其中，kl取不大于1的正数，可以取kl＝0.5；
所述气象站最大容许测站间距为可保证所观测的气象要素在电网所在地区的插值都具有足够的精度且具有代表性的气象站分布距离；
若地理网格处于气象站的预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
确定主要影响气象站：如果地理网格处于一个或多个气象站的直接和间接预报范围内，则主要影响气象站为直接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；如果地理网格处于一个或多个气象站的间接预报范围内，则主要影响气象站为间接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；
通过公式(1)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，单位为mm：
其中t0为当前时刻，Tc为一定历史时间段，单位为h，r(t)为主要影响气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h；
通过公式(2)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm：
其中，Δt为当前时刻t0至未来评估时刻的时间长度，单位为h，rpre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h，k1为气象站实测值的权重系数，k2为气象预报值的权重系数，其中k1+k2＝1，可以取k1＝k2＝0.5；
以图2为例，这里取地理网格与气象站预报范围的重叠面积大于或等于地理网格面积的50％时，地理网格处于气象站的直接预报范围。
地理网格x1y4在气象站D的直接预报范围内，且周围无其他影响气象站，其主要影响气象站为气象站D；地理网格x2y4、x2y3均在气象站D的间接预报范围内，其主要影响气象站均为气象站D；地理网格x2y3处于气象站B、C的间接预报范围内，需比较B、C气象站的当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，取其中较大者为主要影响气象站；地理网格x4y2处于气象站A、B的间接预报范围内，需比较A、B气象站的当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，取其中较大者为主要影响气象站；地理网格x5y2处于气象站A的间接预报范围内，其主要影响气象站均为气象站A；
若地理网格不处于气象站预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
通过公式(3)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量单位为mm；
Rpast＝r′preTc (3)
其中，r′pre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻之前一定历史时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；
通过公式(4)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm；
Rpre＝rpreΔt (4)
以图2为例，其中地理网格x1y1、x1y2、x3y5、x4y5、x5y5、x6y5、x6y3、x6y4不处于气象站预报范围内，需根据公式(3)公式(4)求取历史及实测降雨量；
图1步骤2)描述的是根据输电杆塔的经纬度、气象站的经纬度，以及步骤1)中得到的输电杆塔所属地理网格的预测降雨量及历史累积降雨量，确定输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量。其具体过程如下：
对比输电杆塔的经纬度与各个气象站的经纬度，如果有输电杆塔的经纬度与某个气象站的经纬度相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取该气象站的预测降雨量及历史累积降雨量，气象站的预测降雨量及历史累积降雨量的具体计算方法如公式(1)、(2)，其中公式(1)中的r(t)取气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h，公式(2)中rpre取气象站所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；如果输电杆塔的经纬度与所有气象站的经纬度均不相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取步骤1)中计算出的输电杆塔所属地理网格的预测降雨量及历史累积降雨量；
以图2为例，杆塔T1经纬度与气象站D的经纬度相同，其降雨量信息(预测降雨量及历史累积降雨量)取气象站D的降雨信息；杆塔T2～T6不存在与之经纬度相同的气象站，其降雨信息均取其所属地理网格的降雨量信息，其中杆塔T2的所属地理网格为x2y4，杆塔T3的所属地理网格为x2y3，杆塔T4的所属地理网格为x3y3，杆塔T5的所属地理网格为x4y2，杆塔T6的所属地理网格为x5y2。
图1步骤3)描述的是确定输电杆塔塔基地段的地形地貌参数，再结合步骤2)中得到的输电杆塔的预测及历史降雨量信息，计算得到输电杆塔的综合有效降雨量；最后结合输电杆塔故障概率计算模型，计算得到输电杆塔因暴雨致灾的故障概率；
这里的输电杆塔故障概率计算模型可取现有技术中的各种输电杆塔故障概率计算模型，如专利申请“评估暴雨引发输电线路故障概率的方法”(201310380170.2)中采用的输电杆塔故障概率计算模型等。
所述输电杆塔塔基地段的地形地貌参数可根据优先级选取，优先级别排序如下：输电杆塔的地形地貌参数>输电杆塔所属的地理网格地形地貌参数>电网所在地区的典型地形地貌参数；
以图2为例，地理网格x1y3、x2y3、x1y4、x2y4为泥石流、滑坡重灾区，其中杆塔T1处于灾区核心地段，重点维护了杆塔T1、地理网格x1y3、x2y3、x1y4、x2y4的地形地貌参数，以及电网所在的区域n的典型地形地貌参数；则杆塔T1取输电杆塔的地形地貌参数，T2取地理网格x2y4的地形地貌参数，T3取地理网格x2y3的地形地貌参数，T4～T6取区域n的典型地形地貌参数。
所述输电杆塔的综合有效降雨量R＝Rz+Rs，其中，Rz为前期有效降雨量，可根据公式(5)计算；Rs为修正短历时雨强，可根据公式(6)计算：
Rz＝kp*Rpast (5)
Rs＝kcor*Rpre (6)
其中kp为历史降雨量综合衰减系数，kcor为预测降雨量修正系数，根据输电杆塔塔基地段的地形地貌参数取不同的值；
图1步骤4)描述的是根据步骤3)中得到的输电杆塔故障概率，采用相对独立事件算法，计算得到暴雨灾害情况下各条输电线路的故障概率。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (2)
1.一种计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)按以下步骤计算出电网所在地区的地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量及当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，所述地理网格是指根据电网所在地区的最大最小经纬度划分成的地理网格集合，所述一定历史时间段是指在综合考虑地形地质气象环境等多重影响下降雨量经过蒸发和流失后还能剩余一定比例的降雨量渗透入岩土或累积在地表上并最终可能导致滑坡、山洪、泥石流发生的有效历史时间段：
1-1)根据地理网格的经纬度范围，计算地理网格与气象站预报范围的重叠面积占地理网格面积的百分比是否大于预先设定的门槛值，确定地理网格是否在气象站的预报范围内；
所述气象站预报范围，包括直接预报范围和间接预报范围，气象站的直接预报范围是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为半径所在的圆形区域；气象站的间接预报范围，是指以气象站的经纬度为中心，气象站最大容许测站间距乘以系数kl为内环、气象站最大容许测站间距为外环的环形区域；其中，kl取不大于1的正数；
所述气象站最大容许测站间距为可保证所观测的气象要素在电网所在地区的插值都具有足够的精度且具有代表性的气象站分布距离；
1-2)若地理网格处于气象站的预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
确定主要影响气象站：如果地理网格处于一个或多个气象站的直接和间接预报范围内，则主要影响气象站为直接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；如果地理网格处于一个或多个气象站的间接预报范围内，则主要影响气象站为间接预报气象站中当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量最大者；
通过公式(1)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量，单位为mm：
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<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，t0为当前时刻，Tc为一定历史时间段，单位为h，r(t)为主要影响气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h；
通过公式(2)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm：
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
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</mrow>
</msub>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>t</mi>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Δt为当前时刻t0至未来评估时刻的时间长度，单位为h，rpre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h，k1为气象站实测值的权重系数，k2为气象预报值的权重系数，其中k1+k2＝1；
若地理网格不处于气象站的预报范围内，则按照以下方法计算地理网格的降雨量信息：
通过公式(3)计算地理网格当前时刻之前一定历史时间段内的历史累积降雨量单位为mm；
Rpast＝r'preTc (3)
其中，r'pre为地理网格所在地区气象预报在当前时刻之前一定历史时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；
通过公式(4)计算地理网格在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的预测降雨量，单位为mm；
Rpre＝rpreΔt (4)
2)对比输电杆塔的经纬度与各个气象站的经纬度，如果有输电杆塔的经纬度与某个气象站的经纬度相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取该气象站的预测降雨量及历史累积降雨量，气象站的预测降雨量及历史累积降雨量的具体计算方法如公式(1)、(2)，其中公式(1)中的r(t)取气象站在时刻t测得的降雨强度，单位为mm/h，公式(2)中rpre取气象站所在地区气象预报在当前时刻至未来评估时刻这一时间段内的平均降雨量强度，单位为mm/h；
如果输电杆塔的经纬度与所有气象站的经纬度均不相同，则输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量取步骤1)中计算出的输电杆塔所属地理网格的预测降雨量及历史累积降雨量；
3)确定输电杆塔塔基地段的地形地貌参数，再结合步骤2)中得到的输电杆塔的预测降雨量及历史累积降雨量，计算得到输电杆塔的综合有效降雨量；最后结合输电杆塔故障概率计算模型，计算得到输电杆塔因暴雨致灾的故障概率；
所述输电杆塔的综合有效降雨量R＝Rz+Rs，其中，Rz为前期有效降雨量，可根据公式(5)计算；Rs为修正短历时雨强，根据公式(6)计算：
Rz＝kp*Rpast (5)
Rs＝kcor*Rpre (6)
其中kp为历史降雨量综合衰减系数，kcor为预测降雨量修正系数，根据输电杆塔塔基地段的地形地貌参数取不同的kp和kcor；
4)根据步骤3)中得到的输电杆塔故障概率，采用相对独立事件算法，计算得到暴雨灾害情况下各条输电线路的故障概率，结束本方法。
2.根据权利要求1所述的计及暴雨灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法，其特征在于，所述步骤3)中的输电杆塔塔基地段的地形地貌参数根据优先级选取，优先级别排序如下：输电杆塔的地形地貌参数>输电杆塔所属的地理网格地形地貌参数>电网所在地区的典型地形地貌参数。
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