基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法
2023-10-27 20:10:27
專利名稱：基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法
技術領域：
本發明屬電力系統及其自動化技術領域，更準確地說本發明涉及一種輸電線路雷擊故障概率的評估方法。
背景技術：
中國經濟發展以及能源分布的不均衡，中西部發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。電力輸送中送電距離的增加使得電力系統的安全性和穩定性受到了極大的挑戰。為了防禦偶然的故障引起電力系統大停電事故，薛禹勝院士提出了時空協調的大停電防禦框架，並研製出廣域監視分析保護控制系統(WARMAP)。然而該系統針對的是一般性相繼故障，其故障集是固定不變的，不能夠隨著自然環境的變化動態識別可能發生故障的線路。雷電自然界頻繁發生的一種高強電磁脈衝現象，電網因其具有廣域分布的特徵，幾何尺度達到數千米，非常容易受到雷電的衝擊，每年我國高壓輸電線路由於累計引起的跳閘次數佔總跳閘次數的40%-70%，雷電已經成為嚴重影響電網安全運行的重要因素。如果能夠根據雷電發生情況，動態自適應地評估雷電區域內輸電線路的雷擊故障概率，與廣域測量分析保護控制系統相結合，提高電力系統的防禦雷電自然災害的能力。因此，亟需提出根據雷電發生情況計算線路雷擊故障概率的評估方法。
發明內容
本發明的目的是改進現有停電防禦框架的不足，將現有防禦框架的故障集由固定的風險設備集變為根據外界環境變化在線生成動態預想風險設備集，從而實現系統雷電災害的風險預警，提高了電力系統防禦雷電災害的能力。本發明基於雷電實測數據，識別每一時間步長內落雷範圍，對多個時間步長內落雷範圍內的區域進行關聯，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生範圍，計算雷電發生範圍內的輸電線路雷擊故障概率。這種方法可以克服過去對於雷電監測手段的不足，僅僅使用已經落雷的信息，來外推預報未來落雷的區域，是對雷電預報的一種全新的嘗試，結果表明具有很強的實用性。具體地說，本發明是採取以下的技術方案來實現的，包括下列步驟1)在控制中心按統一時標匯總指定時間範圍內，所研究的地理範圍內的雷電實測數據(含時刻、經緯度)，將所研究的地理範圍格點(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。2)識別給定時間步長內的落雷區域。對給定時段，分別設定距離閥值為1，2，...，5個格點邊長，將經度差和緯度差都小於或等於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，並用對應的基本圓覆蓋之。另外，默認閥值為3時的劃分結果為最終分區。為了用面積儘量小的連通域來描述單個最終分區，採用該分區內部所含的基本圓與外切線所圍區域。對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區結果用基本圓與外切線所圍區域來表示，再將各閥值對應的預報結果與實際分區比較，選取預報結果最優的那個來劃分雷電區。3)如果是第一個時間步長，預報結果即為識別結果。如果是第二個以上的時間步長，則將該時間步長的識別結果與上一個時間步長的識別結果進行關聯，找出兩個時間步長上各區域的關聯關係。4)對相關聯的區域外推預報下一個時間步長的預報區域以及預報的可信度，將所有的預報區域組成預報結果。5)計算需要監視的線路在雷電預報區域內的長度、雷電預報區域的大小，調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提供風險設備集。本發明的有益效果如下本發明通過已落雷的信息，識別雷電的發生範圍，根據多個時間步長的落雷趨勢外推預報後面時間步長的落雷範圍，計算在預報範圍內線路雷擊故障的概率，從而根據外部天氣情況的變化動態自適應地評估線路故障概率。本方法將現有防禦框架的故障集由固定的風險設備集變為根據外界環境變化在線生成動態預想風險設備集，從而實現系統雷電災害的風險預警，提高了電力系統防禦雷電災害的能力。由於本方法只需要根據落雷信息就能夠預報雷電發生範圍，信息採集方便，可靠性高，提高了電力系統防禦雷電災害的能力。
圖1為本發明方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖1，對本發明方法進行詳細描述。圖1中步驟1實現在控制中心按統一時標匯總指定時間範圍內，所研究的地理範圍內的雷電實測數據(含時刻、經緯度)，將所研究的地理範圍格點(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。圖1中步驟2實現識別雷電發生範圍。對給定時段，首先統計每個格點上的落雷數量，分別設定距離閥值為1，2，...，5個格點邊長，將經度差和緯度差都小於或等於閥值的格點歸到同一群，剔除落雷數量小於某一定值的群，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，並用對應的基本圓覆蓋之，另外，默認閥值為3時的劃分結果為最終分區。為了用面積儘量小的連通域來描述單個最終分區，採用該分區內部所含的基本圓與外切線所圍區域。識別完成後執行步驟4。對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區結果用基本圓與外切線所圍區域來表示，再將各閥值對應的預報結果與實際分區比較，選取預報結果最優的那個來劃分雷電區。識別完成後，執行步驟3。圖1中步驟3實現識別相鄰兩個時間步長識別結果中區域的關聯關係。從第二個時間步長開始，比較前後兩個時段識別結果中的區域，如果兩個區域有包含關係或者兩個
區域間的距離小於；x25個格點長度(t為計算步長，單位為分鐘)，則將兩個區域識別為60
關聯區域。區域之間的關聯有以下幾種情況前一個時間步長的一個區域i與後一個時間步長的一個區域j對應；前一個時間步長的一個區域i在後一個時間步長中沒有區域對應；後一個時間步長中的一個區域j沒有前一個時間步長中的區域對應；前一個時間步長的多個區域i2，. . .，，in與後一個時間步長的一個區域j對應；前一個時間步長的一個區域i對應後一個時間步長的幾個區域j」 J2, jn。對步驟3中不同情況調用步驟4中不同的外推預報算法。圖1中步驟4實現外推預報相關聯區域的預報區域、預報區域的可信度，預報落雷數量。前一個時間步長的一個區域i和後一個時間步長的區域j相關聯，採用霍爾特雙參數線性指數平滑法計算區域i和j重心的移動趨勢，採用該移動趨勢計算出預報區域的中心點位置，預報區域形狀和區域j的形狀相同。對前一個時間步長的區域i在後一個時間步長中沒有區域對應的情況，將區域i加入緩衝區，如果3個時間步長內區域i出現關聯區域，將其從緩衝區內提取出來和對應的區域外推預報，否則在3個時間步長後自動從緩衝區中刪除。對前一個時間步長中的沒有區域和後一個時間步長中的區域j相關聯的情況，從緩衝區中查找是否有區域j的關聯區域，如果沒有，新的預報區域即為區域j，如果有，用查詢到的區域與區域j用霍爾特雙參數線性指數平滑法外推預報新的預報區域。對前一個時間步長的多個區域in與後一個時間步長的區域j對應的情況，預報出兩種趨勢的預報結果一、合併趨勢將前一個時間步長多個區域合併成一個區域i與區域j用霍爾特雙參數線性指數平滑法外推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為51% ；二、分裂趨勢如果區域j是由多個圓及其外切線表示，則在子區域中搜索和區域I1, i2, · · .，，in對應的J1, J2, ... , jn，如果區域j是由一個圓表示的，將區域j拆分成和區域i2,...,, in對應的丄，J2,..., jn，對相應的區域用霍爾特雙參數線性指數平滑法推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為49%。對前一個時間步長的區域i對應後一個時間步長的幾個區域丄，J2, . . .，jn的情況，預報出兩種趨勢的預報結果一、分裂趨勢如果區域i是由多個圓及其外切線表示，則在子區域中搜索和區域丄，j2，...，jn對應的i2,...,, in，如果區域i是由一個圓表示的，將區域i拆分成和區域丄，J2, ... , jn對應的i2,...,, in，對相應的用霍爾特雙參數線性指數平滑法分別外推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為51% ；二、合併趨勢將區域j」 J2,...，jn合併成區域j與上一時間的區域i用霍爾特雙參數線性指數平滑法外推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為49%。將所有的預報區域組成預報結
: O圖1中步驟5實現計算在預報區域內的雷擊故障概率。計算所需監視的輸電線路在預報範圍內的長度、預報範圍的面積，將輸電線路在雷區內長度、雷電發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.基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵包括下列步驟1)在控制中心按統一時標匯總指定時間範圍內，所研究的地理範圍內的雷電實測數據(含時刻、經緯度)，將所研究的地理範圍格點(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；2)統計一個時間步長內每個格點上的落雷信息，將存在落雷且間隔小於區域識別閥值的格點組成一個區域，剔除落雷數量小於2個的區域；將識別出來的單個區域用圓或者圓加外切線的形式描述，所識別的若干區域就組成該時間步長內的識別結果；3)如果是第一個時間步長，預報結果即為識別結果；如果是第二個以上的時間步長，則將該時間步長的識別結果與上一個時間步長的識別結果進行關聯，找出兩個時間步長上各區域的關聯關係；4)對前一個時間步長中的一個區域與後一個時間步長中一個區域相關聯的情況，調用一一對應算法預報下一個時間步長的預報區域；5)對前一個時間步長中的一個區域和後一個時間步長中的幾個區域相關聯的情況，調用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區域以及預報的可信度；6)對前一個時間步長的多個區域與後一個時間步長的一個區域相關聯的情況，調用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區域以及預報的可信度；7)對前一個時間步長中的區域在後一個時間步長中沒有關聯區域的情況，調用區域消失算法處理消失的區域；8)對後一個時間步長中的區域在前一個時間步長中沒有關聯區域的情況，調用區域新出現算法預報下一個時間步長的預報區域；9)計算需要監視的線路在雷電預報區域內的長度、雷電預報區域的大小，調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提供風險設備集，為在線生成雷電相關的預想故障集並進行安全穩定評估提供數據基礎。
2.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，識別出落雷區域，用圓或圓及其外切線擬合識別結果中的落雷區域；對給定時段，分別設定距離閥值為1，2，. . .，5個格點邊長，將經度差和緯度差都小於或等於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，並用對應的基本圓覆蓋之；另外，默認閥值為3時的劃分結果為最終分區；為了用面積儘量小的連通域來描述單個最終分區，採用該分區內部所含的基本圓與外切線所圍區域；對其它時段，分別將閥值2，3，4，5個格點的分區結果用基本圓與外切線所圍區域來表示，再將各閥值對應的預報結果與實際分區比較，選取預報結果最優的那個來劃分雷電區。
3.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，確定相鄰時間步長識別區域的關聯關係；從第二個時間步長開始，比較前後兩個時段識別結果中的區域，如果兩個區域有包含關係或者兩個區域間的距離小於；1/60x25個格點長度α為計算步長，單位為分鐘)，則將兩個區域為關聯區域；區域之間的關聯有以下幾種情況前一個時間步長的一個區域i與後一個時間步長的一個區域j對應；前一個時間步長的一個區域i在後一個時間步長中沒有區域對應；後一個時間步長中的一個區域j沒有前一個時間步長中的區域對應；前一個時間步長的多個區域i2,...,,、與後一個時間步長的一個區域j對應；前一個時間步長的一個區域i對應後一個時間步長的幾個區域丄，J2，· ，Jno
4.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，對前一個時間步長中的一個區域與後一個時間步長中一個區域相關聯的情況，調用一一對應算法預報下一個時間步長的預報區域；前一個時間步長的一個區域i和後一個時間步長的區域j相關聯，採用霍爾特雙參數線性指數平滑法計算區域i和j重心的移動趨勢，採用該移動趨勢計算出預報區域的中心點位置，預報區域形狀和區域j的形狀相同。
5.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，對前一個時間步長的一個區域和後一個時間步長的幾個區域相關聯的情況，調用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區域以及預報的可信度；前一個時間步長的一個區域i和後一個時間步長的幾個區域j2，...，麼相關聯，同時給出兩種趨勢的預報結果將區域i分解成和區域j2，. . .，jn相對應的區域，用相應的區域外推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為51% ；將區域J2, jn合併成和區域i相對應的區域，用相應的區域外推預報新的預報區域，預報區域的可信度置為49 %。
6.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，對前一個時間步長的多個區域與後一個時間步長的一個區域相關聯的情況，調用分裂處理算法預報下一個時間步長的預報區域以及預報的可信度；前一個時間步長的多個區域I1, i2，...，，in與後一個時間步長的一個區域j相關聯，同時給出兩種趨勢的預報結果將區域i2,...,, in合併成和區域j相對應的區域，用相應的區域外推預報新的預報區域，預報區域的可信度置為51% ；將區域j分解成和區域i2,...,,、相對應的區域，用相應的區域外推預報新的預報區域，將預報區域的可信度置為49%。
7.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，對前一個時間步長中的區域在後一個時間步長中沒有關聯區域的情況，調用區域消失算法處理消失的區域；將消失的區域i加入暫存區，3個時間步長內，如果沒有區域和區域i關聯，則將區域i從暫存區中刪除，如果有，則用區域i和相關聯的區域外推預報新的預報區域。
8.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，對後一個時間步長中的區域在前一個時間步長中沒有關聯區域的情況，調用區域新出現算法預報下一個時間步長的預報區域；對前一個時間步長中的沒有區域和後一個時間步長中的區域j相關聯的情況，從緩衝區中查找是否有區域j的關聯區域，如果沒有，新的預報區域即為區域j，如果有，用查詢到的區域與區域j用外推預報新的預報區域。
9.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，利用預報範圍內的區域及其可信度、落雷密度計算輸電線路雷擊故障概率；計算所需監視的輸電線路在預報範圍內的長度、預報範圍的面積，將輸電線路在雷區內長度、雷電發生面積、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.根據權利要求1所述的基於雷電實測數據的輸電線路故障概率評估方法，其特徵在於，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於某個值的線路，將這些線路信息輸入廣域測量分析保護控制系統的風險設備集中。
全文摘要
基於雷電實測數據的輸電線路雷擊故障概率評估方法，屬於電力系統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生時間、發生位置和強度等雷電實測數據，識別一段時間內雷電發生範圍，預報下一個時間步長內雷電發生區域及其可信度。(2)按照處於雷電預報區域內的線路長度，預報的雷電發生範圍的面積和落雷密度等實時參數的雷擊故障概率公式計算每條線路的雷擊故障概率。本方法能夠根據外部天氣情況的變化動態自適應地評估線路故障概率，從而實現系統雷電災害的風險預警，與廣域測量分析保護控制系統相結合，提高電力系統防禦雷電災害的能力。
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 優先權日2011年12月31日
發明者萬芳茹, 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, 國網電力科學研究院, 江西省電力公司