一种基于聚类分析的输电线路山火风险区域划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输配电技术领域，尤其与一种基于聚类分析的输电线路山火风险区 域划分方法有关。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济持续增长，输电线路的大量建设使得电力走廊的紧张形势日益严 峻，许多输电线路的走廊不可避免地建设在山火高发区。近年来，输电线路山火频发，给我 国电力系统带来严重威胁。根据电网公司的统计数据显示，山火导致输电线路跳闸的形势 越来越严峻。然而，我国地域辽阔，地形复杂，植被资源分布各不相同，各地民风民俗亦不尽 相同。同时，山火分布受当地经济水平和人口密度的影响，以上因素导致了山火的分布在各 个区域的差异很大。然而，目前有基于电气距离的电网分区和基于社团发现的电网分区方 法。基于社团发现的电网分区方法利用潮流和阻抗参数作为变的权重建立复杂网络模型， 得到了电网的分区结果。专利公开号为CN104614783A公开了一种对电力系统输电杆塔周 边环境的气象风险确定方法，该方法包括以下步骤：
[0003] (1)以电力系统输电线路中的待评估杆塔为中心，按照设定区域半径进行0~4级 不同环境气象风险评估区域的划分，得到五个等级的区域，即第4级区域、第3级区域、第2 级区域、第1级区域和第〇级区域；
[0004] (2)从气象系统或电力系统内部的雷电定位系统监测记录中，分别获取在当前时 刻以前1小时内，待评估杆塔在第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内发生 的对地闪络雷击的雷电流幅值，分别将该雷电流幅值与待评估杆塔的直击耐雷水平Ilmax 进行比较，将超过待评估杆塔直击耐雷水平Ilmax的记为发生一次有效雷击，比较后得到 四个等级区域中发生有效雷击的次数，并分别记为KLR4, KLR3, KLR2和KLRl ;
[0005] 根据四个等级区域中发生有效雷击的次数，得到当前时刻杆塔的雷暴风险KL的 评估方程如下：
[0006] KL = 2X (KLR4+KLR3/4+KLR2/9+KLR1/16)
[0007] (3)从气象系统中，分别获取当前时刻下台风或风暴在待评估杆塔的第4级区域、 第3级区域、第2级区域和第1级区域中的最大风速，将该最大风速与待评估杆塔导线发生 最大允许风偏相对应的风速Vwmax进行比较，区域内的最大风速大于待评估杆塔导线发生 最大允许风偏对应的风速Vwmax，则认为该区域存在台风或风暴风险，并将该区域的台风或 风暴风险KWR4、KWR3、KWR2或KWRl记为1，若该最大风速小于或等于待评估杆塔导线发生最 大允许风偏对应的风速Vwmax，则认为待评估杆塔导线不存在台风或风暴风险，并将相应的 第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的台风或风暴风险KWR4、KWR3、KWR2 或KWRl记为0 ;
[0008] 根据四个等级区域中台风或风暴风险的比较结果，得到当前待评估杆塔的台风风 险KW的评估方程如下：
[0009] Kff = KffRl+KWR2+KWR3+KffR4
[0010] (4)从气象系统中，分别获取当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第 2级区域和第1级区域内的山火监控情况，根据发生山火情况，分别对待评估杆塔的的四个 区域内的山火灾害风险进行判断，若在区域内存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾 害风险KFR4、KFR3、KFR2或KFRl记为1，若在区域内不存在发生山火的情况，则将该区域的 山火灾害风险KFR4、KFR3、KFR2或KFRl记为0 ;
[0011] 根据上述山火灾害风险判断结果，得到当前评估杆塔的山火灾害风险KF的评估 方程如下：
[0013] (5)从气象系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级 区域和第1级区域内的降水监测数据，将各级区域内的最大降水量依据气象部门通用标准 进行分级，根据分级结果，分别对待评估杆塔的的四个区域内发生暴雨风险进行判断，若区 域内发生特大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险KRR1、KRR2、KRR3或KRR4记为4， 若区域内发生大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险KRR1、KRR2、KRR3或KRR4记为 3 ;若区域发生暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险KRR1、KRR2、KRR3或KRR4记为2 ; 若区域内发生大雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险KRR1、KRR2、KRR3或KRR4记为1 ; 若区域内发生中雨或中雨以下降水情况，则将该区域的发生暴雨风险KRR1、KRR2、KRR3或 KRR4记为0 ;
[0014] 根据上述发生暴雨风险的判断结果，得到当前评估杆塔的暴雨风险KR评估方程 如下：
[0015] KR = (KRRl+KRR2+KRR3+KRR4)/4
[0016] (6)从输电线路杆塔覆冰在线监测系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的覆冰平 均厚度的监测结果，根据杆塔覆冰标准等级，对监测结果进行判断，若杆塔覆冰平均厚度达 到覆冰标准等级中的极度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险KI记为4 ;若杆塔覆冰平 均厚度达到覆冰标准等级中的严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险KI记为3 ;若杆 塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的较严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险KI 记为2 ;若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的中等程度覆冰情况，则将待评估杆塔 的覆冰风险KI记为1 ;若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的轻度覆冰情况，则将待 评估杆塔的覆冰风险KI记为0 ;
[0017] (7)根据上述步骤⑵一步骤（6)的风险评估方程，得到当前时刻待评估杆塔的环 境气象综合风险方程如下：KEW= (KL+KW+KF+KR+KI)从而得到当前待评估杆塔的环境气象 综合风险结果。然而上述分区结果不能指导防山火工作，且尚未有以山火为风险因子的输 电线路风险区域划分的研究。因此，在目前尚未成熟准确地输电线路山火预报模型的现实 条件下，十分有必要研究输电线路山火风险分布的区域划分方法。基于聚类分析的输电线 路山火风险区域划分可实现"区别对待，有的放矢"的策略，为输电线路山火防治措施提供 技术基础，为输电线路防山火装备的配置与防山火预案的制定提供指导，达到有效管控山 火风险和保障大电网安全稳定运行的目的。
【发明内容】
[0018] 针对目前尚未有输电线路山火风险分布区域划分研究的现状，本发明的目的旨在 提供一种可以找出研究区域内不同地域输电线路山火的关联关系，并对输电线路山火风险 区域进行划分且思路新颖、操作简单、实用性强的基于聚类分析的输电线路山火风险区域 划分方法。
[0019] 为此，本发明采用以下技术方案：一种基于聚类分析的输电线路山火风险区域划 分方法，包括以下步骤：
[0020] 1. 1、区域划分：以行政区域为单位作为初始划分区域；
[0021] 1. 2、按照步骤I. 1划分的区域统计每个初始划分区域的日火点次数；
[0022] 1. 3、按照步骤I. 1划分的区域统计每个初始划分区域的日降水量；
[0023] 1. 4、建立表征输电线路山火风险分布区域划分指标体系，指标体系数量为η个；
[0024] 1. 5、按照步骤1. 4建立的指标体系数据组织成m个变量，得到mXn矩阵M1
，其中η表示为步骤1. 4中的指标体系数量；
[0026] 1. 6、将M1的111个变量采用如下公式进行标准化处理，使每个变量平均值为0,均方 差为1，得到消除量纲和数量级影响的标准化处理后的数据矩阵M2,
[0028] 其中，指标Xj的均值
标准差，
J = I52,.,.,η ; 1.7、采用欧氏距离作为相似度指标，按照上述公式计算不同原始分类中样本聚类距离，得 到反应各个分类之间输电线路山火风险分布强度差异的mXm阶对称矩阵D1;
[0030] 其中，Cllij表示变量和变量71= (yi，y2，…，yk)之间的距离，k为表征输电线路山 火风险分布区域的指标数，反映两个地区之间输电线路山火风险分布强度的差异；
[0031] X1= (X ^ X2，…，xk) 1. 8、在步骤1. 7得到的对称矩阵中D1取出最小值Cliw取其中 相似的第P和q类，将相似分类合并成新类Z，即分类z = {zp，zq};
[0032] I. 9、按照如下公式得到新类z与其余类之间的距离；对于包含不止一个变量的 类，得到反映原分类与新类之间输电线路山火风险分布强度差异的（m-1) X (m-Ι)阶对称 矩阵，
[0033] dz，.j = η?η{(1ρ，." dj，其中，j = 1，2,…，n，j 乒 p，q ;
[0034] I. 10、在（m-ι)阶对称矩阵中查找出最小值dp，v，取其中相似的第p和q类，将相 似分类合并成新类z ;
[0035] 1. 11、重复上述步骤的1.7和1.8,直至全部初始分类归并为一类并记录聚类过 程，并根据聚类结果图，按需选择分类数；
[0036] 1. 12、按照所选择的分类数划分输电线路山火风险分布区域。
[0037] 作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
[0038] 所述的η个指标体系的指数包括历史日降水量、历史日火点数、春节火点占全年 火点数比例、清明节火点占全年火点数比例、植被类型、历史山火跳闸次数。
[0039] 使用本发明可以达到以下有益效果：本发明基于卫星火点监测数据根据所提出的 聚类距离指标，移动样本序列至另一个聚类，经过多次计算聚类距离指标并移动得到聚类 结果，从而得到研究区域的输电线路山火风险分布区域划分，用以输电线路山火精细化预 报和输电线路山火防治提供依据。本发明可用本方法指导输电线路山火高发地区部署灭火 队伍和灭火物资工作，增强电网山火处置能力。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的划分流程示意图。
[0041] 图2为全国范围区域划分聚类结果图。
[0042] 图3为全国输电线路山火风险区域划分结果图。
[0043] 图4为湖南省输电线路山火风险区域划分结果图。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0045] 如图1所示，本发明一种基于聚类分析的输电线路山火风险区域划分方法，包括 以下步骤：
[0046] 1. 1、区域划分：以行政区域为单位作为初始划分区域；
[0047] 1. 2、按照步骤I. 1划分的区域统计每个初始划分区域的日火点次数；
[0048] 1. 3、按照步骤I. 1划分的区域统计每个初始划分区域的日降水量；
[0049] 1. 4、建立表征输电线路山火风险分布区域划分指标体系，指标体系数量为η个；