本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种断线倒塔概率模型的计算方法及装置。
背景技术：
大风灾害是危及电网尤其是架空输电线路安全运行的突出问题之一。风灾除了容易导致风偏闪络故障外，还容易引发断线倒塔这类恶性事故。考虑到大风灾害造成的断线倒塔事故对电网造成的严重影响，国内外广大学者对此开展了相应的研究，有利用指数函数拟合电力断线倒塔故障率与最大应力的关系来预测台风及暴雨的时空演变趋势，有考虑在极端风暴灾害下输电线路杆塔可能发生的极端事件，分析了输电线路单基杆塔各构件的风荷载水平，建立了杆塔可靠性概率模型。
但本申请发明人发现，现有的电力断线倒塔故障率模型通常假定风向水平于导线或者杆塔，即只单独考虑了风速的影响，未将风速风向相关性对输电线路及铁塔的影响考虑进去，得到的评估结果与实际风险评估明显具有较大的差异性。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明提供了一种断线倒塔概率模型的计算方法及装置，能够同时考虑风向和风速因素对断线倒塔的影响，得到的全方向的线路断线倒塔故障概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明第一方面公开了一种断线倒塔概率模型的计算方法，包括：
从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速；
从预存的多种分布概率模型中确定与所述历史风速相匹配的分布概率模型；
以所述分布概率模型为依据，分别计算所述多个风向上对应的所述分布概率模型的模型参数，得到所述多个风向上对应的多个风速分布概率模型；
以预设的风荷载模型为依据，计算所述断线倒塔事故发生的临界风速；
以所述临界风速、所述多个风速分布概率模型为依据，建立所述断线倒塔概率模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述数据库还存储有所述待测点的原始风速，其中，所述获取待测点的历史风速包括：
获取所述待测点的所述原始风速，并对所述原始风速进行高度修正和插值处理，得到所述待测点的历史风速。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述历史风速和所述原始风速皆包括多个风向上和多个高度上的风速。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述预存的多种分布概率模型至少包括gev分布概率模型和gpd分布概率模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述预设的风荷载模型为预设的输电线风荷载模型或者预设的铁塔风荷载模型。
本发明第二方面公开一种断线倒塔概率模型的计算装置，获取模块，用于从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速，并从预存的多种分布概率模型中确定与所述历史风速相匹配的分布概率模型；
参数计算模块，用于以所述分布概率模型为依据，分别计算所述多个风向上对应的所述分布概率模型的模型参数，得到所述多个风向上对应的多个风速分布概率模型；
临界计算模块，用于以预设的风荷载模型为依据，计算所述断线倒塔事故发生的临界风速；
模型计算模块，用于以所述临界风速、所述多个风速分布概率模型为依据，建立所述断线倒塔概率模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述预存的多种分布概率模型至少包括gev分布概率模型和gpd分布概率模型。
作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述预设的风荷载模型为预设的输电线风荷载模型或者预设的铁塔风荷载模型。
本发明第三方面公开一种电力设备断线倒塔事故概率的计算方法，包括：
获取待测点的位置信息，以及从气象局的预报数据库中获取所述待测点的预报风速；
以所述预报风速、所述位置信息和第一方面公开的所述断线倒塔概率模型为依据，计算所述待测点的断线倒塔事故概率。
作为一种可选的实施方式，在本发明第三方面中，在所述从气象局的预报数据库中获取所述待测点的预报风速之前，所述方法还包括：
从气象局的预报数据库中获取所述待测点的风速预报正确次数和风速预报总次数，计算所述风速预报正确次数与所述风速预报总次数的比值，作为预报概率；
所述以所述预报风速、所述位置信息和第一方面公开的所述断线倒塔概率模型为依据，计算所述待测点的断线倒塔事故概率，包括：
以所述预报风速、所述位置信息、所述预报概率和第一方面公开的所述断线倒塔概率模型为依据，计算所述待测点的断线倒塔事故概率。
根据本发明提供的断线倒塔概率模型的计算方法及装置，先从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速；以及从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率模型；再以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型；然后以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速；最后以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型，能够同时考虑风向和风速因素对断线倒塔的影响，得到的全方向的线路断线倒塔故障概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1是本发明实施例一提供的一种断线倒塔概率模型的计算方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种断线倒塔概率模型的计算方法的流程示意图；
图3是本发明实施例三提供的一种断线倒塔概率模型的计算装置的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的极值风速分布模型的拟合参数表；
图5是本发明实施例二提供的极值风速分布模型与实测值的分布曲线对比图；
图6是本发明实施例二提供的各风向内条件风速分布概率模型的参数估计表；
图7是本发明实施例二提供的历史风速的风向频度分布图；
图8是本发明实施例二提供的输电线路和杆塔的临界风速分布图；
图9是本发明实施例二提供的待测点预设时间点各风向的断线概率图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种断线倒塔概率模型的计算方法及装置；该技术可以先从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速；以及从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率模型；再以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型；然后以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速；最后以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。并且，该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
实施例1
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种断线倒塔概率模型的计算方法的流程示意图。其中，如图1所示，该断线倒塔概率模型的计算方法可以包括以下步骤：
s101、从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速。
s102、从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率模型。
本实施例中，数据库中的多种分布概率模型均为采用联合分布概率模型法建立的风速风向联合分布概率模型。其中，风速风向联合分布概率模型的极值分布函数是由风向频度函数和各风向风速分布函数组成的，其分布概率模型的概率密度函数为：
其中，u，σ，ξ均为概率密度函数的变量，分别采用gev分布概率模型和gpd分布概率模型对历史风速的所有方向的极值风速样本进行u，σ，ξ参数估计。其中，采用极大似然法确定gev分布概率模型的u，σ，ξ参数的估计值；采用均值超额函数法确定gpd分布概率模型的超阈值ur，再根据极大似然函数法确定gpd分布概率模型的u，σ，ξ参数的估计值。最后，采用概率曲线相关系数法作为评估模型与历史风速匹配性的依据，确定与历史风速相匹配的分布概率模型。
在确定出与历史风速相匹配的分布概率模型之后，进而可以再确定预设数量(如16个等)的方向上对应的分布概率模型的模型参数。
s103、以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型。
s104、以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速。
本实施例中，强风对架空线路造成的水平风荷载超过其相应的荷载以及塔及其连接导线的垂直风荷载超过杆塔最大承受能力时是电力断线倒塔的主要原因。其中，预存的输电线和铁塔的风荷载模型为：
在该式中，α为风压不均匀系数；μz为风压高度系数；βc为风荷载调整系数；s为导线的体型系数；d为电力线直径；l为电力线长度；δ为风向与输电线走向间的夹角；ρ为空气密度；cd(α)为风荷载对铁塔构件的拖动系数；af为铁塔承受风压的有效面积。
在风荷载模型计算过程中，规定风向角(风吹来的方向)为θ、线路走向角即从杆塔标识小号侧往杆塔标识大号侧方向与正北方向的夹角为β，按顺时针方向，则对于输电线路，风向与线路走向之间的夹角δ为：δ＝θ-β
假设输电线路所能承受的极限风荷载为tlmax，可计算出线路所能承受的最大风速即电力断线的临界风速为：
同理，假设铁塔所能承受的极限风荷载为ttmax，可计算出电力倒塔的临界风速为：
在计算出电力断线的临界风速以及电力倒塔的临界风速之后，进而可以再确定预设数量(如16个等)的方向上的断线倒塔事故发生的临界风速。
s105、以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型。
本实施例中，在建立断线倒塔概率模型之后，可以通过该断线倒塔概率模型预测断线倒塔事故发生的概率。先确定待测点的预报风速以及该待测点的位置信息(如经纬度、海拔高度等)，然后再采用插值映射和高度修正对该预报风速进行处理，得到将修正后的预报风速，然后将该修正后的预报风速与分别该待测点的临界风速vlmax和vtmax进行比较，确定未来某一时刻下对应待测点的断线倒塔事故发生的概率。
具体地，本实施例中，对输电线路，可认为预报风速v小于线路临界风速vlmax时，电力断线概率为0；预报风速v大于vlmax时，可以通过基于风速风向联合分布的概率密度函数来表示输电线路的断线倒塔概率模型。
同理，对于杆塔的断线倒塔概率模型为：
其中，f(θi)为θi方向的风向频度；fθi(u)为θi方向的风速概率密度函数。
在图1所描述的断线倒塔概率模型的计算方法中，可以从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速；以及从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率模型；再以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型；然后以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速；最后以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型，能够同时考虑风向和风速因素对断线倒塔的影响，得到的全方向的线路断线倒塔故障概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。
实施例2
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种断线倒塔概率模型的计算方法的流程示意图。其中，如图2所示，该断线倒塔概率模型的计算方法可以包括以下步骤：
s201、获取待测点的原始风速，并对原始风速进行高度修正和插值处理，得到待测点的历史风速。
s202、在包括多种分布概率模型的数据库中获取与历史风速相匹配的分布概率模型。
s203、从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率模型。
s204、以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型。
s205、以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速。
s206、以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型。
本实施例中，历史风速以及原始风速皆包括多个风向上和多个高度上的风速。
本实施例中，数据库中包括的多种分布概率模型至少包括gev分布概率模型和gpd分布概率模型。
本实施例中，预设的风荷载模型为预设的输电线风荷载模型或者预设的铁塔风荷载模型。
本实施例中，由于预报风速由气象站提供，必须考虑气象预报的预测准确率p(w)。数值天气预报是气象站以气象观测资料为初值条件，通过巨型计算机进行数值计算，再用流体力学和热力学的方程组进行求解，进而预测未来一定时段的大气运动状态。我国的短期气象预报的准确度已达到较高水平，气象预报的准确度与预报时间长短是呈负相关的。气象预报准确率由气象局根据历史气象预报数据得到，即气象预报正确的次数与预报总次数的百分比，通常24h内预报风速的预测准确率可取0.9，72h内预报风速的预测准确率可取0.8，则以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，得到的断线倒塔概率模型为：
pl'＝p(w)pl
pt'＝p(w)pt
其中，pt为杆塔的断线倒塔概率模型，pl为输电线路的断线倒塔概率模型。
在实际应用中，设预测风向为16个风向。先获取待测点的历史风速，即获取待测点所在地区内气象站预设时间段内的日最大风速值(10min平均时距)和相应风向记录(共16个方位)为获取到的历史风速，同时将历史风速换算到待测点的高度处，并计算极值风向的分布频度。分别采用gev和gpd这两种风速分布模型，采用极大似然法拟合各风向区间内风速概率分布参数，对所有16个风向的极值风速样本进行参数估计并计算各风向区间内风速概率分布的相关系数r，其结果见图4，分布曲线如图5。
请参阅图4和图5，在gev和gpd条件风速分布概型当中，与历史风速相匹配的分布概率模型为gev分布，因此，对16个方向的历史风速分别进行gev分布概型的参数估计，参数估计结果见图6所示，其历史风速的风向频度分布图如图7所示。
再根据图2以及实施例提供的输电线和铁塔的风荷载模型可确定待测点各风向(16个风向上)相匹配的分布概率模型。
上述16个风向分别取风向角为0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°、180°、202.5°、225°、247.5°、270°、292.5°、315°、337.5°，以预设的风荷载模型(即输电线的风荷载模型和铁塔的风荷载模型)为依据，计算16个风向上的断线倒塔事故发生的临界风速，请参阅图8，当待测点位于s-n走向时，其走向角为0°。
由图8可看出，位于s-n走向的待测点的各风向出现的临界风速并不一样，当风向与线路走向垂直时，临界风速最小，这是因为风荷载在不同方向对线路产生的作用效果不同，当风向与线路走向垂直时，大风对线路造成的风荷载也最大；对于铁塔来说，各方向的临界风速基本无变化，这是因为风荷载在不同方向对它产生的效果相差不多。
在对待测点进行断线倒塔事故概率预测的时候，结合上述断线倒塔概率模型，计算待测点各风向的线路断线倒塔故障概率。图9为待测点预设时间点各风向的断线概率图。从图7可看出不同风向的线路及杆塔故障率随风向变化有所区别，该算例结果表明采用未来24h的气象预报数据对当天的断线倒塔概率进行预测，预测结果与实际的故障情况相吻合，预测计算结果较好。
实施如图2所描述的断线倒塔概率模型的计算方法，能够同时考虑风向和风速因素对断线倒塔的影响，得到的全方向的线路断线倒塔故障概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。
实施例3
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种断线倒塔概率模型的计算装置的结构示意图。其中，如图3所示，该断线倒塔概率模型的计算装置300包括：
获取模块301，用于从数据库中获取待测点多个风向上的历史风速，并从预存的多种分布概率模型中确定与历史风速相匹配的分布概率。
参数计算模块302，用于以分布概率模型为依据，分别计算多个风向上对应的分布概率模型的模型参数，得到多个风向上对应的多个风速分布概率模型。
临界计算模块303，还用于以预设的风荷载模型为依据，计算断线倒塔事故发生的临界风速。
模型计算模块304，还用于以临界风速、多个风速分布概率模型为依据，建立断线倒塔概率模型。
本实施例中，预存的多种分布概率模型至少包括gev分布概率模型和gpd分布概率模型。
本实施例中，预设的风荷载模型为预设的输电线风荷载模型或者预设的铁塔风荷载模型。
实施如图3所描述的断线倒塔概率模型的计算装置300，能够同时考虑风向和风速因素对断线倒塔的影响，得到的全方向的线路断线倒塔故障概率模型，进而为快速启动断线倒塔事故的预防措施提供重要的理论依据。
此外，本发明还提供一种电力设备断线倒塔事故概率的计算方法，包括：
获取待测点的位置信息，以及从气象局的预报数据库中获取待测点的预报风速；
以预报风速、位置信息和上述断线倒塔概率模型为依据，计算得到待测点的断线倒塔事故概率。
作为一种可选的实施方式，在从气象局的预报数据库中获取待测点的预报风速之前，还包括：
从气象局的预报数据库中获取待测点的风速预报正确次数和风速预报总次数，计算风速预报正确次数与风速预报总次数的比值，作为预报概率；
其中，以预报风速、位置信息和上述断线倒塔概率模型为依据，计算得到待测点的断线倒塔事故概率，包括：
以预报风速、位置信息、预报概率和上述断线倒塔概率模型为依据，计算得到待测点的断线倒塔事故概率。
在实际运用中，先获取待测点的位置，即待测点的经纬度坐标，从气象部门获取待测点的经纬度坐标处的预报风速，并且采用插值方法计算待测点的预报风速分布。
随后，再结合上述断线倒塔概率模型，计算待测点各风向的线路断线倒塔故障概率，最后得到基于风速风向联合分布的电力断线倒塔概率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。