專利名稱：基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法
技術領域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)及其自動化技術領域，更準確地說本發(fā)明涉及一種輸電線路雷擊故障概率的評估方法。
背景技術：
中國經(jīng)濟發(fā)展以及能源分布的不均衡，中西部發(fā)出來的電力需要通過遠距離輸送才能到達電力需求比較多的東部沿海地區(qū)。電力輸送中送電距離的增加使得電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性受到了極大的挑戰(zhàn)。為了防御偶然的故障引起電力系統(tǒng)大停電事故，薛禹勝院士提出了時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，并研制出廣域監(jiān)視分析保護控制系統(tǒng)(WARMAP)。然而該系統(tǒng)針對的是一般性相繼故障，其故障集是固定不變的，不能夠隨著自然環(huán)境的變化動態(tài)識別可能發(fā)生故障的線路。雷電自然界頻繁發(fā)生的一種高強電磁脈沖現(xiàn)象，電網(wǎng)因其具有廣域分布的特征，幾何尺度達到數(shù)千米，非常容易受到雷電的沖擊，每年我國高壓輸電線路由于累計引起的跳閘次數(shù)占總跳閘次數(shù)的40%-70%，雷電已經(jīng)成為嚴重影響電網(wǎng)安全運行的重要因素。如果能夠根據(jù)雷電發(fā)生情況，動態(tài)自適應地評估雷電區(qū)域內(nèi)輸電線路的雷擊故障概率，與廣域測量分析保護控制系統(tǒng)相結(jié)合，提高電力系統(tǒng)的防御雷電自然災害的能力。因此，亟需提出根據(jù)雷電發(fā)生情況計算線路雷擊故障概率的評估方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進現(xiàn)有停電防御框架的不足，將現(xiàn)有防御框架的故障集由固定的風險設備集變?yōu)楦鶕?jù)外界環(huán)境變化在線生成動態(tài)預想風險設備集，從而實現(xiàn)系統(tǒng)雷電災害的風險預警，提高了電力系統(tǒng)防御雷電災害的能力。本發(fā)明基于雷電實測數(shù)據(jù)，識別每一時間步長內(nèi)落雷范圍，對多個時間步長內(nèi)落雷范圍內(nèi)的區(qū)域進行關聯(lián)，通過幾個時間步長的雷電信息外推預報下一個時間步長的雷電發(fā)生范圍，計算雷電發(fā)生范圍內(nèi)的輸電線路雷擊故障概率。這種方法可以克服過去對于雷電監(jiān)測手段的不足，僅僅使用已經(jīng)落雷的信息，來外推預報未來落雷的區(qū)域，是對雷電預報的一種全新的嘗試，結(jié)果表明具有很強的實用性。具體地說，本發(fā)明是采取以下的技術方案來實現(xiàn)的，包括下列步驟1)在控制中心按統(tǒng)一時標匯總指定時間范圍內(nèi)，所研究的地理范圍內(nèi)的雷電實測數(shù)據(jù)(含時刻、經(jīng)緯度)，將所研究的地理范圍格點(默認為邊長9km的方格)化，將其劃分為等面積的格點，格點大小可調(diào)。2)識別給定時間步長內(nèi)的落雷區(qū)域。對給定時段，分別設定距離閥值為1，2，...，5個格點邊長，將經(jīng)度差和緯度差都小于或等于閥值的格點歸到同一群。對第一時段，將閥值為1時所劃分的各群作為基本群，并用對應的基本圓覆蓋之。另外，默認閥值為3時的劃分結(jié)果為最終分區(qū)。為了用面積盡量小的連通域來描述單個最終分區(qū)，采用該分區(qū)內(nèi)部所含的基本圓與外切線所圍區(qū)域。對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區(qū)結(jié)果用基本圓與外切線所圍區(qū)域來表示，再將各閥值對應的預報結(jié)果與實際分區(qū)比較，選取預報結(jié)果最優(yōu)的那個來劃分雷電區(qū)。3)如果是第一個時間步長，預報結(jié)果即為識別結(jié)果。如果是第二個以上的時間步長，則將該時間步長的識別結(jié)果與上一個時間步長的識別結(jié)果進行關聯(lián)，找出兩個時間步長上各區(qū)域的關聯(lián)關系。4)對相關聯(lián)的區(qū)域外推預報下一個時間步長的預報區(qū)域以及預報的可信度，將所有的預報區(qū)域組成預報結(jié)果。5)計算需要監(jiān)視的線路在雷電預報區(qū)域內(nèi)的長度、雷電預報區(qū)域的大小，調(diào)用雷擊故障概率公式計算雷擊故障概率。6)按線路故障概率的大小，對所有線路進行排序。篩選出線路故障概率比較大的線路，為廣域測量分析保護控制系統(tǒng)提供風險設備集。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明通過已落雷的信息，識別雷電的發(fā)生范圍，根據(jù)多個時間步長的落雷趨勢外推預報后面時間步長的落雷范圍，計算在預報范圍內(nèi)線路雷擊故障的概率，從而根據(jù)外部天氣情況的變化動態(tài)自適應地評估線路故障概率。本方法將現(xiàn)有防御框架的故障集由固定的風險設備集變?yōu)楦鶕?jù)外界環(huán)境變化在線生成動態(tài)預想風險設備集，從而實現(xiàn)系統(tǒng)雷電災害的風險預警，提高了電力系統(tǒng)防御雷電災害的能力。由于本方法只需要根據(jù)落雷信息就能夠預報雷電發(fā)生范圍，信息采集方便，可靠性高，提高了電力系統(tǒng)防御雷電災害的能力。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明方法進行詳細描述。圖1中步驟1實現(xiàn)在控制中心按統(tǒng)一時標匯總指定時間范圍內(nèi)，所研究的地理范圍內(nèi)的雷電實測數(shù)據(jù)(含時刻、經(jīng)緯度)，將所研究的地理范圍格點(默認為邊長9km的方格)化，將其劃分為等面積的格點，格點大小可調(diào)。圖1中步驟2實現(xiàn)識別雷電發(fā)生范圍。對給定時段，首先統(tǒng)計每個格點上的落雷數(shù)量，分別設定距離閥值為1，2，...，5個格點邊長，將經(jīng)度差和緯度差都小于或等于閥值的格點歸到同一群，剔除落雷數(shù)量小于某一定值的群，將每個群用圓表示。對第一時段，將閥值為1時所劃分的各群作為基本群，并用對應的基本圓覆蓋之，另外，默認閥值為3時的劃分結(jié)果為最終分區(qū)。為了用面積盡量小的連通域來描述單個最終分區(qū)，采用該分區(qū)內(nèi)部所含的基本圓與外切線所圍區(qū)域。識別完成后執(zhí)行步驟4。對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區(qū)結(jié)果用基本圓與外切線所圍區(qū)域來表示，再將各閥值對應的預報結(jié)果與實際分區(qū)比較，選取預報結(jié)果最優(yōu)的那個來劃分雷電區(qū)。識別完成后，執(zhí)行步驟3。圖1中步驟3實現(xiàn)識別相鄰兩個時間步長識別結(jié)果中區(qū)域的關聯(lián)關系。從第二個時間步長開始，比較前后兩個時段識別結(jié)果中的區(qū)域，如果兩個區(qū)域有包含關系或者兩個
區(qū)域間的距離小于；x25個格點長度(t為計算步長，單位為分鐘)，則將兩個區(qū)域識別為60
關聯(lián)區(qū)域。區(qū)域之間的關聯(lián)有以下幾種情況前一個時間步長的一個區(qū)域i與后一個時間步長的一個區(qū)域j對應；前一個時間步長的一個區(qū)域i在后一個時間步長中沒有區(qū)域?qū)缓笠粋€時間步長中的一個區(qū)域j沒有前一個時間步長中的區(qū)域?qū)?；前一個時間步長的多個區(qū)域i2，. . .，，in與后一個時間步長的一個區(qū)域j對應；前一個時間步長的一個區(qū)域i對應后一個時間步長的幾個區(qū)域j” J2, jn。對步驟3中不同情況調(diào)用步驟4中不同的外推預報算法。圖1中步驟4實現(xiàn)外推預報相關聯(lián)區(qū)域的預報區(qū)域、預報區(qū)域的可信度，預報落雷數(shù)量。前一個時間步長的一個區(qū)域i和后一個時間步長的區(qū)域j相關聯(lián)，采用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法計算區(qū)域i和j重心的移動趨勢，采用該移動趨勢計算出預報區(qū)域的中心點位置，預報區(qū)域形狀和區(qū)域j的形狀相同。對前一個時間步長的區(qū)域i在后一個時間步長中沒有區(qū)域?qū)那闆r，將區(qū)域i加入緩沖區(qū)，如果3個時間步長內(nèi)區(qū)域i出現(xiàn)關聯(lián)區(qū)域，將其從緩沖區(qū)內(nèi)提取出來和對應的區(qū)域外推預報，否則在3個時間步長后自動從緩沖區(qū)中刪除。對前一個時間步長中的沒有區(qū)域和后一個時間步長中的區(qū)域j相關聯(lián)的情況，從緩沖區(qū)中查找是否有區(qū)域j的關聯(lián)區(qū)域，如果沒有，新的預報區(qū)域即為區(qū)域j，如果有，用查詢到的區(qū)域與區(qū)域j用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法外推預報新的預報區(qū)域。對前一個時間步長的多個區(qū)域in與后一個時間步長的區(qū)域j對應的情況，預報出兩種趨勢的預報結(jié)果一、合并趨勢將前一個時間步長多個區(qū)域合并成一個區(qū)域i與區(qū)域j用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法外推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為51% ；二、分裂趨勢如果區(qū)域j是由多個圓及其外切線表示，則在子區(qū)域中搜索和區(qū)域I1, i2, · · .，，in對應的J1, J2, ... , jn，如果區(qū)域j是由一個圓表示的，將區(qū)域j拆分成和區(qū)域i2,...,, in對應的丄，J2,..., jn，對相應的區(qū)域用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為49%。對前一個時間步長的區(qū)域i對應后一個時間步長的幾個區(qū)域丄，J2, . . .，jn的情況，預報出兩種趨勢的預報結(jié)果一、分裂趨勢如果區(qū)域i是由多個圓及其外切線表示，則在子區(qū)域中搜索和區(qū)域丄，j2，...，jn對應的i2,...,, in，如果區(qū)域i是由一個圓表示的，將區(qū)域i拆分成和區(qū)域丄，J2, ... , jn對應的i2,...,, in，對相應的用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法分別外推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為51% ；二、合并趨勢將區(qū)域j” J2,...，jn合并成區(qū)域j與上一時間的區(qū)域i用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法外推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為49%。將所有的預報區(qū)域組成預報結(jié)
: O圖1中步驟5實現(xiàn)計算在預報區(qū)域內(nèi)的雷擊故障概率。計算所需監(jiān)視的輸電線路在預報范圍內(nèi)的長度、預報范圍的面積，將輸電線路在雷區(qū)內(nèi)長度、雷電發(fā)生面積以及預報可信度代入輸電線路雷擊故障概率公式中計算，得到輸電線路雷擊故障概率。線路雷擊故障概率公式為
權利要求
1.基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征包括下列步驟1)在控制中心按統(tǒng)一時標匯總指定時間范圍內(nèi)，所研究的地理范圍內(nèi)的雷電實測數(shù)據(jù)(含時刻、經(jīng)緯度)，將所研究的地理范圍格點(默認為邊長9km的方格)化，將其劃分為等面積的格點，格點大小可調(diào)；2)統(tǒng)計一個時間步長內(nèi)每個格點上的落雷信息，將存在落雷且間隔小于區(qū)域識別閥值的格點組成一個區(qū)域，剔除落雷數(shù)量小于2個的區(qū)域；將識別出來的單個區(qū)域用圓或者圓加外切線的形式描述，所識別的若干區(qū)域就組成該時間步長內(nèi)的識別結(jié)果；3)如果是第一個時間步長，預報結(jié)果即為識別結(jié)果；如果是第二個以上的時間步長，則將該時間步長的識別結(jié)果與上一個時間步長的識別結(jié)果進行關聯(lián)，找出兩個時間步長上各區(qū)域的關聯(lián)關系；4)對前一個時間步長中的一個區(qū)域與后一個時間步長中一個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用一一對應算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域；5)對前一個時間步長中的一個區(qū)域和后一個時間步長中的幾個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域以及預報的可信度；6)對前一個時間步長的多個區(qū)域與后一個時間步長的一個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域以及預報的可信度；7)對前一個時間步長中的區(qū)域在后一個時間步長中沒有關聯(lián)區(qū)域的情況，調(diào)用區(qū)域消失算法處理消失的區(qū)域；8)對后一個時間步長中的區(qū)域在前一個時間步長中沒有關聯(lián)區(qū)域的情況，調(diào)用區(qū)域新出現(xiàn)算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域；9)計算需要監(jiān)視的線路在雷電預報區(qū)域內(nèi)的長度、雷電預報區(qū)域的大小，調(diào)用雷擊故障概率公式計算雷擊故障概率；10)按線路故障概率的大小，對所有線路進行排序；篩選出雷擊故障概率比較大的線路，為廣域測量分析保護控制系統(tǒng)提供風險設備集，為在線生成雷電相關的預想故障集并進行安全穩(wěn)定評估提供數(shù)據(jù)基礎。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，識別出落雷區(qū)域，用圓或圓及其外切線擬合識別結(jié)果中的落雷區(qū)域；對給定時段，分別設定距離閥值為1，2，. . .，5個格點邊長，將經(jīng)度差和緯度差都小于或等于閥值的格點歸到同一群；對第一時段，將閥值為1時所劃分的各群作為基本群，并用對應的基本圓覆蓋之；另外，默認閥值為3時的劃分結(jié)果為最終分區(qū)；為了用面積盡量小的連通域來描述單個最終分區(qū)，采用該分區(qū)內(nèi)部所含的基本圓與外切線所圍區(qū)域；對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區(qū)結(jié)果用基本圓與外切線所圍區(qū)域來表示，再將各閥值對應的預報結(jié)果與實際分區(qū)比較，選取預報結(jié)果最優(yōu)的那個來劃分雷電區(qū)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，確定相鄰時間步長識別區(qū)域的關聯(lián)關系；從第二個時間步長開始，比較前后兩個時段識別結(jié)果中的區(qū)域，如果兩個區(qū)域有包含關系或者兩個區(qū)域間的距離小于；1/60x25個格點長度α為計算步長，單位為分鐘)，則將兩個區(qū)域為關聯(lián)區(qū)域；區(qū)域之間的關聯(lián)有以下幾種情況前一個時間步長的一個區(qū)域i與后一個時間步長的一個區(qū)域j對應；前一個時間步長的一個區(qū)域i在后一個時間步長中沒有區(qū)域?qū)缓笠粋€時間步長中的一個區(qū)域j沒有前一個時間步長中的區(qū)域?qū)?；前一個時間步長的多個區(qū)域i2,...,,、與后一個時間步長的一個區(qū)域j對應；前一個時間步長的一個區(qū)域i對應后一個時間步長的幾個區(qū)域丄，J2，· ，Jno
4.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，對前一個時間步長中的一個區(qū)域與后一個時間步長中一個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用一一對應算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域；前一個時間步長的一個區(qū)域i和后一個時間步長的區(qū)域j相關聯(lián)，采用霍爾特雙參數(shù)線性指數(shù)平滑法計算區(qū)域i和j重心的移動趨勢，采用該移動趨勢計算出預報區(qū)域的中心點位置，預報區(qū)域形狀和區(qū)域j的形狀相同。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，對前一個時間步長的一個區(qū)域和后一個時間步長的幾個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域以及預報的可信度；前一個時間步長的一個區(qū)域i和后一個時間步長的幾個區(qū)域j2，...，么相關聯(lián)，同時給出兩種趨勢的預報結(jié)果將區(qū)域i分解成和區(qū)域j2，. . .，jn相對應的區(qū)域，用相應的區(qū)域外推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為51% ；將區(qū)域J2, jn合并成和區(qū)域i相對應的區(qū)域，用相應的區(qū)域外推預報新的預報區(qū)域，預報區(qū)域的可信度置為49 %。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，對前一個時間步長的多個區(qū)域與后一個時間步長的一個區(qū)域相關聯(lián)的情況，調(diào)用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域以及預報的可信度；前一個時間步長的多個區(qū)域I1, i2，...，，in與后一個時間步長的一個區(qū)域j相關聯(lián)，同時給出兩種趨勢的預報結(jié)果將區(qū)域i2,...,, in合并成和區(qū)域j相對應的區(qū)域，用相應的區(qū)域外推預報新的預報區(qū)域，預報區(qū)域的可信度置為51% ；將區(qū)域j分解成和區(qū)域i2,...,,、相對應的區(qū)域，用相應的區(qū)域外推預報新的預報區(qū)域，將預報區(qū)域的可信度置為49%。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，對前一個時間步長中的區(qū)域在后一個時間步長中沒有關聯(lián)區(qū)域的情況，調(diào)用區(qū)域消失算法處理消失的區(qū)域；將消失的區(qū)域i加入暫存區(qū)，3個時間步長內(nèi)，如果沒有區(qū)域和區(qū)域i關聯(lián)，則將區(qū)域i從暫存區(qū)中刪除，如果有，則用區(qū)域i和相關聯(lián)的區(qū)域外推預報新的預報區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，對后一個時間步長中的區(qū)域在前一個時間步長中沒有關聯(lián)區(qū)域的情況，調(diào)用區(qū)域新出現(xiàn)算法預報下一個時間步長的預報區(qū)域；對前一個時間步長中的沒有區(qū)域和后一個時間步長中的區(qū)域j相關聯(lián)的情況，從緩沖區(qū)中查找是否有區(qū)域j的關聯(lián)區(qū)域，如果沒有，新的預報區(qū)域即為區(qū)域j，如果有，用查詢到的區(qū)域與區(qū)域j用外推預報新的預報區(qū)域。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，利用預報范圍內(nèi)的區(qū)域及其可信度、落雷密度計算輸電線路雷擊故障概率；計算所需監(jiān)視的輸電線路在預報范圍內(nèi)的長度、預報范圍的面積，將輸電線路在雷區(qū)內(nèi)長度、雷電發(fā)生面積、落雷密度以及預報可信度代入輸電線路雷擊故障概率公式中計算，得到輸電線路雷擊故障概率。
10.根據(jù)權利要求1所述的基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路故障概率評估方法，其特征在于，按線路故障概率的大小，對所有線路進行排序篩選出雷擊故障概率大于某個值的線路，將這些線路信息輸入廣域測量分析保護控制系統(tǒng)的風險設備集中。
全文摘要
基于雷電實測數(shù)據(jù)的輸電線路雷擊故障概率評估方法，屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術領域，包括兩個步驟(1)通過實際測得的雷電發(fā)生時間、發(fā)生位置和強度等雷電實測數(shù)據(jù)，識別一段時間內(nèi)雷電發(fā)生范圍，預報下一個時間步長內(nèi)雷電發(fā)生區(qū)域及其可信度。(2)按照處于雷電預報區(qū)域內(nèi)的線路長度，預報的雷電發(fā)生范圍的面積和落雷密度等實時參數(shù)的雷擊故障概率公式計算每條線路的雷擊故障概率。本方法能夠根據(jù)外部天氣情況的變化動態(tài)自適應地評估線路故障概率，從而實現(xiàn)系統(tǒng)雷電災害的風險預警，與廣域測量分析保護控制系統(tǒng)相結(jié)合，提高電力系統(tǒng)防御雷電災害的能力。
文檔編號G01R31/08GK102590651SQ201110457698
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者萬芳茹, 劉鐳, 姚諸香, 張勁中, 徐泰山, 李碧君, 汪馬翔, 王昊昊, 王海濤, 薛峰, 薛禹勝, 謝云云, 鄒根華, 郭玉金, 金學成, 陳家宏 申請人:南京南瑞集團公司, 國網(wǎng)電力科學研究院, 江西省電力公司