电网防山火装备风险优化布控方法及系统与流程

本发明涉及电气工程技术领域，具体而言，涉及一种电网防山火装备风险优化布控方法及系统。

背景技术：

近年来，山火灾害频发，特高压重要跨区联络线路多次出现山火跳闸事故，2013年特高压长南线因山火跳闸停电长达2.5天，对电网造成巨大冲击。同时，由于山火受人类生产生活影响大，容易在春节，清明，秋收等节气集中爆发，极易发生多条特高压及重要跨区线路同时跳闸停运，极易造成大面积停电。山火已成为当前影响大电网安全运行的重大隐患。亟需开展山火灾害下电网安全风险评估，为高效应对电网山火灾害提供决策指导。

专利cn104778555b提出一种基于集对分析理论的输电线路山火灾害风险评估方法，该方法采用集对分析理论建立了山火灾害等级与山火火点数量、告警距离之间的对应关系，并据此分析山火灾害的风险等级，并未量化分析山火灾害的风险大小；专利cn104915775a提出了一种输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法，该方法仅用山火跳闸的概率与跳闸导致的负荷损失量的乘积来量化山火灾害的风险大小，并未分析山火跳闸对电网安全稳定的影响；专利cn104732103a和专利cn104715346a提出了一种面向输电线路的山火临近风险评估方法与系统，该方法根据山火与线路的告警距离、植被、风速等要素计算山火临近风险指数，并根据山火临近风险指数的大小发布相应级别的告警信息，该方法仅分析了山火对于输电线路的风险指数，并未分析山火灾害对于电网安全稳定的风险程度。

电网的安全稳定是电网调度运行中首要保障条件，现有的专利仅分析了山火对于单条输电线路的风险大小，均未分析山火对电网安全稳定的风险，无法指导电网调度运行部门开展科学的电网山火灾害优化处置。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电网防山火装备风险优化布控方法及系统，该方法是基于山火密度预测的电网安全风险概率分析方法，根据山火灾害对输电线路的跳闸概率，可定量分析山火灾害下电网的安全稳定程度，并据此制定最优的灭火装备提前布防方法，有效缩短灭火救援距离，大幅提升山火救援成功率。

本发明提供了一种电网防山火装备风险优化布控方法，该方法包括：

步骤1，获取各输电线路山火密度预测结果；

步骤2，根据山火密度预测结果，反演计算输电线路2.5km范围内的山火密度值，得到输电线路山火密度，计算的公式为：

f＝[f1，f2,…,fn]

式中，n为发生山火告警的输电线路数量，fi为第i条输电线路山火密度反演数值；

步骤3，根据输电线路山火跳闸概率模型，计算山火引发的输电线路山火跳闸概率，计算公式为：

p＝[p1(u),p2(u),…,pn(u)]

式中，n为发生山火告警的输电线路数量，pi(u)为第i个山火引发的输电线路跳闸概率；

步骤4，根据电网安全稳定仿真模型，计算各告警输电线路单独发生跳闸事故条件下电网的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子，电网安全稳定仿真模型为：

式中，δsi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的潮流越限因子，si为第i条输电线路发生跳闸事故前的线路潮流，s'i为第i条输电线路发生跳闸事故后的线路潮流，为第i条输电线路的潮流最大限值；δui为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的电压稳定因子，ui为第i条输电线路发生跳闸前的电压指标，u'i为第i条输电线路发生跳闸后的电压指标；为第i条输电线路的电压限值；δδi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的功角稳定因子，max(δδi)为第i条输电线路发生跳闸事故前后系统最大功角差变化量，α为指标线路集合，β为指标节点集合；

步骤5，根据步骤4中计算得到的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子，计算各输电线路单独发生跳闸时的电网稳定因子，计算公式为：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，w1为电网潮流越限因子权重系数，w2为电网电压稳定因子权重系数，w3为电网功角稳定因子权重系数；

步骤6，根据步骤5中计算的各输电线路的电网稳定因子，计算各输电线路的电网安全风险因子，

计算公式为：

di＝ei*pi(u)

式中，di为第i条输电线路的电网安全风险因子，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，pi(u)为第i个山火引发的输电线路跳闸概率；

步骤7，在每个100km*100km区域范围内，根据该范围内各输电线路的电网风险因子和山火密度预测结果，对电网山火灾害进行优化，确定该区域的山火装备布防数量，计算公式为：

式中，w0为基准山火电网风险，q0为基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量。

作为本发明进一步的改进，步骤3中，各输电线路采用的山火跳闸概率模型为：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，pg(u)为某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率，pp(u)为某一电压等级下发生相间击穿导致输电线路跳闸的概率。

作为本发明优选的，a取值为0.98，b取值为0.02。

作为本发明优选的，步骤5中，w1取值为0.8，w2取值为1.5，w3取值为2.7。

作为本发明进一步的改进，计算基准山火电网风险的条件为：

100km*100km区域范围内有4条输电线路受山火灾害威胁；

山火密度为10；

输电线路的电网风险因子均为0.5；

基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量为4。

本发明还提供了一种电网防山火装备风险优化布控系统，包括：

输入系统，用于根据输电线路山火密度预测模型，获取各输电线路山火密度预测结果；

输电线路山火密度反演计算系统，用于根据山火密度预测结果，通过反演计算得到输电线路山火密度，采用的计算公式为：

f＝[f1,f2,…,fn]

式中，n为发生山火告警的输电线路数量，fi为第i条输电线路山火密度反演数值；

输电线路山火跳闸概率计算系统，用于根据输电线路山火跳闸概率模型，计算山火引发的输电线路山火跳闸概率，采用的计算公式为：

p＝[p1(u),p2(u),…,pn(u)]

式中，n为发生山火告警的输电线路数量，pi(u)为第i个山火引发的输电线路跳闸概率；

电网安全稳定仿真计算系统，用于根据电网安全稳定仿真模型，计算各告警输电线路单独发生跳闸事故条件下电网的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子，采用的计算公式为：

式中，δsi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的潮流越限因子，si为第i条输电线路发生跳闸事故前的线路潮流，s'i为第i条输电线路发生跳闸事故后的线路潮流，为第i条输电线路的潮流最大限值；δui为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的电压稳定因子，ui为第i条输电线路发生跳闸前的电压指标，u'i为第i条输电线路发生跳闸后的电压指标；为第i条输电线路的电压限值；δδi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的功角稳定因子，max(δδi)为第i条输电线路发生跳闸事故前后系统最大功角差变化量，α为指标线路集合，β为指标节点集合；

电网稳定因子计算系统，用于根据潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子，计算各输电线路单独发生跳闸时的电网稳定因子，采用的计算公式为：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，w1为电网潮流越限因子权重系数，w2为电网电压稳定因子权重系数，w3为电网功角稳定因子权重系数；

电网安全风险因子计算系统，用于根据各输电线路的电网稳定因子，计算各输电线路的电网安全风险因子，采用的计算公式为：

di＝ei*pi(u)

式中，di为第i条输电线路的电网安全风险因子，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，pi(u)为第i个山火引发的输电线路跳闸概率；

优化系统，用于在每个100km*100km区域范围内，根据该范围内各输电线路的电网风险因子和山火密度预测结果，对电网山火灾害进行优化，确定该区域的山火装备布防数量，采用的计算公式为：

式中，w0为基准山火电网风险，q0为基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量。

作为本发明进一步的改进，输电线路山火跳闸概率计算方法采用的山火跳闸概率模型为：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，pg(u)为某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率，pp(u)为某一电压等级下发生相间击穿导致输电线路跳闸的概率。

作为本发明优选的，a取值为0.98，b取值为0.02。

作为本发明优选的，电网稳定因子计算方法中，w1取值为0.8，w2取值为1.5，w3取值为2.7。

作为本发明进一步的改进，优化方法计算基准山火电网风险的条件为：

100km*100km区域范围内有4条输电线路受山火灾害威胁；山火密度为10；输电线路的电网风险因子均为0.5；基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量为4。

本发明的有益效果为：

1、本发明的电网风险分析是基于输电线路山火跳闸概率的概率性分析方法；

2、本发明可定量分析山火灾害下电网安全风险大小，并据此制定最优的防山火装备布防方案，当山火发生时，显著缩短灭火救援距离，大幅提升山火救援成功率；

3、本发明的方法流程简单，操作方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种电网防山火装备风险优化布控方法的流程示意图；

图2为本发明实施例山火密度预测结果示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种电网防山火装备风险优化布控方法，该方法包括：

步骤1，获取各输电线路山火密度预测结果，如图2所示，网格a和网格b中的椭圆形为山火密度预测模型计算得到的山火发生的范围，椭圆形颜色的深浅表示山火发生的多少，颜色越深表示山火发生的越多，颜色越浅表示山火发生的越少，图2中落于椭圆范围的线路共有5条，表示共有5条输电线路受山火灾害威胁。

步骤2，根据山火密度预测结果，反演计算输电线路2.5km范围内的山火密度值：

其中，

第1条输电线路所处区域的山火密度预测值为0.88，则该线路山火密度反演数值

第2条输电线路所处区域的山火密度预测值为0.58，则该线路的山火密度反演数值

第3条输电线路所处区域的山火密度预测值为1.15，则该线路的山火密度反演数值

第4条输电线路所处区域的山火密度预测值为4.05，则该线路山火密度反演数值

第5条输电线路所处区域的山火密度预测值为3.0，则该线路的山火密度反演数值

计算得到输电线路山火密度为：

f＝[f1,f2,f3,f4,f5]＝[5.5×10^-4,3.6×10^-4,7.2×10^-4,25.3×10^-4,18.7×10^-4]。

步骤3，各输电线路采用的山火跳闸概率模型为：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，pg(u)为某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率，pp(u)为某一电压等级下发生相间击穿导致输电线路跳闸的概率。该山火跳闸概率模型在发明专利cn104915775a中已公开。

根据现场线路实际运行情况统计分析，约98％的山火跳闸均为相对地击穿，2％的山火跳闸为相间击穿，因此，a取值为0.98，b取值为0.02。pg(u)根据线路距地距离及线路运行电压计算得到，pp(u)根据线路相间距离及线路运行电压计算得到。

计算得到山火引发的输电线路山火跳闸概率为：

p1(u)＝0.98×0.56+0.02×0.06＝0.55

p2(u)＝0.98×0.84+0.02×0.34＝0.83

p3(u)＝0.98×0.22+0.02×0.72＝0.23

p4(u)＝0.98×0.93+0.02×0.43＝0.92

p5(u)＝0.98×0.86+0.02×0.36＝0.85

p＝[p1(u),p2(u),p3(u),p4(u),p5(u)]＝[0.55,0.83,0.23,0.92,0.85]。

步骤4，根据电网安全稳定仿真模型：

式中，δsi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的潮流越限因子，si为第i条输电线路发生跳闸事故前的线路潮流，s'i为第i条输电线路发生跳闸事故后的线路潮流，为第i条输电线路的潮流最大限值；δui为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的电压稳定因子，ui为第i条输电线路发生跳闸前的电压指标，u'i为第i条输电线路发生跳闸后的电压指标；为第i条输电线路的电压限值；δδi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的功角稳定因子，max(δδi)为第i条输电线路发生跳闸事故前后系统最大功角差变化量，α为指标线路集合，β为指标节点集合；

计算得到各告警输电线路单独发生跳闸事故条件下电网的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子为：

步骤5，根据步骤4中计算得到的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，w1＝0.8为电网潮流越限因子权重系数，w2＝1.5为电网电压稳定因子权重系数，w3＝2.7为电网功角稳定因子权重系数；

计算得到各输电线路单独发生跳闸时的电网稳定因子为：

e1＝(0.8·0.6+1.5·0.16)·2.7·0.4＝0.78

e2＝(0.8·0.3+1.5·0.12)·2.7·0.3＝0.34

e3＝(0.8·0.4+1.5·0.15)·2.7·0.4＝0.59

e4＝(0.8·0.5+1.5·0.13)·2.7·0.5＝0.80

e5＝(0.8·0.5+1.5·0.15)·2.7·0.56＝0.95

e＝[0.78,0.34,0.59,0.80,0.95]。

步骤6，根据步骤5中计算的各输电线路的电网稳定因子：

di＝ei*pi(u)

式中，di为第i条输电线路的电网安全风险因子。

根据前面计算得到的各条输电线路的电网稳定因子和山火跳闸概率，计算得到：

第1条输电线路的电网安全风险因子d1＝e1*p1(u)＝0.78*0.55＝0.43；

第2条输电线路的电网安全风险因子d2＝e2*p2(u)＝0.34*0.83＝0.28；

第3条输电线路的电网安全风险因子d3＝e3*p3(u)＝0.59*0.23＝0.14；

第4条输电线路的电网安全风险因子d4＝e4*p4(u)＝0.80*0.92＝0.74；

第4条输电线路的电网安全风险因子d5＝e5*p5(u)＝0.95*0.85＝0.81；

最终得到各输电线路的电网安全风险因子为：

d＝[0.43,0.28,0.14,0.74,0.81]。

步骤7，在每个100km*100km区域范围内，根据该范围内各输电线路的电网风险因子和山火密度预测结果，对电网山火灾害进行优化，确定该区域的山火装备布防数量：

式中，w0为基准山火电网风险，q0为基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量。

其中，计算基准山火电网风险的条件为：

100km*100km区域范围内有4条输电线路受山火灾害威胁；

山火密度为10；

输电线路的电网风险因子均为0.5；

基准山火电网风险因子条件下灭火装备布防数量为4。

即w0为当100km*100km区域范围内有4条输电线路受山火灾害威胁，山火密度预测值为10，且输电线路的电网风险因子均为0.5时的基准折算系数。

对于本实施例，针对网格a，共有3条线路受山火威胁，计算得到灭火装备布防数量为4台，具体如下：

针对网格b，共有2条线路受山火威胁，计算得到灭火装备布防数量为2台，具体如下：

其中，灭火装备布防数量q均向上取整数。

实施例2，本发明还提供了一种电网防山火装备风险优化布控系统，包括输入系统、输电线路山火密度反演计算系统、输电线路山火跳闸概率计算系统、电网安全稳定仿真计算系统、电网稳定因子计算系统、电网安全风险因子计算系统和优化系统。

其中，

输入系统用于根据输电线路山火密度预测模型，获取各输电线路山火密度预测结果。如图2所示，网格a和网格b中的椭圆形为山火密度预测模型计算得到的山火发生的范围，椭圆形颜色的深浅表示山火发生的多少，颜色越深表示山火发生的越多，颜色越浅表示山火发生的越少，图2中落于椭圆范围的线路共有5条，表示共有5条输电线路受山火灾害威胁。

输电线路山火密度反演计算系统用于根据山火密度预测结果，通过反演计算得到输电线路山火密度。

首先，根据山火密度预测结果，反演计算输电线路2.5km范围内的山火密度值：

第1条输电线路所处区域的山火密度预测值为0.88，则该线路山火密度反演数值

第2条输电线路所处区域的山火密度预测值为0.58，则该线路的山火密度反演数值

第3条输电线路所处区域的山火密度预测值为1.15，则该线路的山火密度反演数值

第4条输电线路所处区域的山火密度预测值为4.05，则该线路山火密度反演数值

第5条输电线路所处区域的山火密度预测值为3.0，则该线路的山火密度反演数值

其次，计算得到输电线路山火密度为：

f＝[f1,f2,f3,f4,f5]＝[5.5×10^-4,3.6×10^-4,7.2×10^-4,25.3×10^-4,18.7×10^-4]。

输电线路山火跳闸概率计算系统用于根据输电线路山火跳闸概率模型，计算山火引发的输电线路山火跳闸概率。采用的计算公式为：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，n为发生山火告警的输电线路数量，pi为第i个山火引发的输电线路跳闸概率。

根据现场线路实际运行情况统计分析，约98％的山火跳闸均为相对地击穿，2％的山火跳闸为相间击穿，因此，a取值为0.98，b取值为0.02。pg(u)根据线路距地距离及线路运行电压计算得到，pp(u)根据线路相间距离及线路运行电压计算得到。

计算得到山火引发的输电线路山火跳闸概率为：

p1(u)＝0.98×0.56+0.02×0.06＝0.55

p2(u)＝0.98×0.84+0.02×0.34＝0.83

p3(u)＝0.98×0.22+0.02×0.72＝0.23

p4(u)＝0.98×0.93+0.02×0.43＝0.92

p5(u)＝0.98×0.86+0.02×0.36＝0.85

p＝[p1(u),p2(u),p3(u),p4(u),p5(u)]＝[0.55,0.83,0.23,0.92,0.85]。

电网安全稳定仿真计算系统用于根据电网安全稳定仿真模型，计算各告警输电线路单独发生跳闸事故条件下电网的潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子。采用的计算公式为：

式中，δsi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的潮流越限因子，si为第i条输电线路发生跳闸事故前的线路潮流，s'i为第i条输电线路发生跳闸事故后的线路潮流，为第i条输电线路的潮流最大限值；δui为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的电压稳定因子，ui为第i条输电线路发生跳闸前的电压指标，u'i为第i条输电线路发生跳闸后的电压指标；为第i条输电线路的电压限值；δδi为第i条输电线路发生跳闸事故时电网的功角稳定因子，max(δδi)为第i条输电线路发生跳闸事故前后系统最大功角差变化量，α为指标线路集合，β为指标节点集合。

电网稳定因子计算系统用于根据潮流越限因子、电压稳定因子以及功角稳定因子，计算各输电线路单独发生跳闸时的电网稳定因子。采用的计算公式为：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei为第i条输电线路发生跳闸事故时的电网稳定因子，w1＝0.8为电网潮流越限因子权重系数，w2＝1.5为电网电压稳定因子权重系数，w3＝2.7为电网功角稳定因子权重系数；

计算得到各输电线路单独发生跳闸时的电网稳定因子为：

e1＝(0.8·0.6+1.5·0.16)·2.7·0.4＝0.78

e2＝(0.8·0.3+1.5·0.12)·2.7·0.3＝0.34

e3＝(0.8·0.4+1.5·0.15)·2.7·0.4＝0.59

e4＝(0.8·0.5+1.5·0.13)·2.7·0.5＝0.80

e5＝(0.8·0.5+1.5·0.15)·2.7·0.56＝0.95

e＝[0.78,0.34,0.59,0.80,0.95]。

电网安全风险因子计算系统用于根据各输电线路的电网稳定因子，计算各输电线路的电网安全风险因子。采用的计算公式为：

di＝ei*pi

式中，di为第i条输电线路的电网安全风险因子。

根据前面计算得到的各条输电线路的电网稳定因子和山火跳闸概率，计算得到：

第1条输电线路的电网安全风险因子d1＝e1*p1(u)＝0.78*0.55＝0.43；

第2条输电线路的电网安全风险因子d2＝e2*p2(u)＝0.34*0.83＝0.28；

第3条输电线路的电网安全风险因子d3＝e3*p3(u)＝0.59*0.23＝0.14；

第4条输电线路的电网安全风险因子d4＝e4*p4(u)＝0.80*0.92＝0.74；

第4条输电线路的电网安全风险因子d5＝e5*p5(u)＝0.95*0.85＝0.81；

最终得到各输电线路的电网安全风险因子为：

d＝[0.43,0.28,0.14,0.74,0.81]。

优化系统用于在每个100km*100km区域范围内，根据该范围内各输电线路的电网风险因子和山火密度预测结果，对电网山火灾害进行优化，确定该区域的山火装备布防数量。采用的计算公式为：

式中，w0为当100km*100km区域范围内有4条输电线路受山火灾害威胁，山火密度预测值为10，且输电线路的电网风险因子均为0.5时的基准折算系数。

针对网格a，共有3条线路受山火威胁，计算得到灭火装备布防数量为4台，具体如下：

针对网格b，共有2条线路受山火威胁，计算得到灭火装备布防数量为2台，具体如下：

其中，灭火装备布防数量q均向上取整数。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。