计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法与流程

本发明涉及一种计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法。

背景技术：

电网负责西电东送事业的八交八直的交流输电线路由于其输电距离远，长度均在1000km以上，极容易受到台风影响，并且这些交流输电线路供电容量大，一旦发生故障将极大可能影响电网的稳定运行，对国民经济以及人民生活都将造成重大损失。因此通过评估交流输电线路在台风天气下的风险，便于实现实时的风险预警，提前做好防风措施，确保电网稳定安全运行，将台风造成的损失降至最低。

以往评估交流输电线路在台风天气下风险的方法，大多是利用气象局的台风的实况数据和预测数据来推算线路将承受的风速，并在地形环境的基础上进行模糊修正，算法复杂并且精度不高。另外以往的台风风险评估方法并未考虑到输电线路在台风影响下可靠度下降的情况，并且缺少对交流输电线路重要程度的考虑。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中存有的缺陷，本发明提供一种计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法，在输电线路的基础风险值基础上，考虑台风的累计影响和交流输电线路的重要程度等因素，从而得到更加贴近实际的风险评估结果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法，其包括以下步骤：

步骤1、获得输电线路A点的风速v以及A点的风向数据；

步骤2、计算输电线路A点的垂直风速：

v_p＝v·sinθ (1)

v_p为线路的垂直风速，v为线路A点的风速，θ为线路与风向之间的夹角；

步骤3、通过控制中心获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的雨量信息，考虑输电线路的树障和台风雨量对线路风偏闪络故障的综合影响，对线路的最大可承受风速进行修正：

v_d为线路的最大可承受风速，v_d’为修正后的线路的最大可承受风速；

a_t为树障影响系数，a_r为雨量系数，a_r值与降雨量关系如表1

表1雨量系数与降雨量关系对应表

步骤4、通过线路垂直风速与修正后线路的最大可承受风速比较，得到线路A点的基础风险值。以并以复合函数f(v_d’,v_p)表示线路A点的基础风险值R：

K₃的值为10；

步骤5、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，根据线路遭受台风十级影响的累积时间求出线路目前的不可靠度，用于对线路A点的基础风险值进行修正，获得修正后的线路风险值：

R’＝1-a_c×(1-R) (4)

其中R’为修正后的线路风险值，a_c为线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度；

步骤6、考虑交流输电线路的重要性以及负荷可转移性，得到线路A点的最终风险值：

其中α为线路的重要性因子，β为线路可转移负荷占比；

线路的重要性因子为：α＝P_LD/P_B (6)

线路可转移负荷占比为：β＝P_S/P_LD (7)

其中P_LD为线路正常运行时的传输负荷，P_S为该线路可转移到其他线路的部分负荷，P_B为基准传输负荷。

作为本发明的一种改进，所述步骤1包括以下步骤：

步骤11、判断A点是否设有微气象在线监测装置，如果有则执行步骤12，否则直接跳转到步骤15；

步骤12、通过气象台服务器获取台风的实时信息和预测数据，包括台风中心所处经纬度、台风中心风力、台风各级风圈半径、台风预测移动路径以及输电线路A点的风速v_f；

步骤13、通过控制中心获取输电线路A点杆塔上的微气象在线监测装置测量的台风风速v_a以及风向数据；

步骤14、根据从在线监测装置获取的某A点台风风速v_a和从气象台获取的A点风速v_f进行权重对比，确定A点的风速v：

若

则剔除A点测量风速，并直接跳到步骤15，其中K₁取值为30％；

若

则风速v＝v_a，其中K₂取值为20％；

若

则风速

c为同一地点所有在线监测装置的数量；

步骤15、若A点附近的区域有足够监测点，则采用线性拟合的方式来求线路A点的风速，否则直接执行步骤16；

步骤16、A点附近的区域没有足够监测点，则通过以下方式确定A点的风速v，具体如下：

步骤161、依次根据步骤12、13和14获得已知输电线路上一杆塔所处位置的风速为v₁，所处位置高度为h₁，距离台风中心d₁；而A点所处位置高度为h、与台风中心的距离为d；

步骤162、将v₁和h₁代入公式(12)中计算出与台风中心的距离d₁且离地10m高处的理论风速v₁’；

其中v’为与台风中心的距离d且离地10m位置高处的理论风速，h₀＝10m，n为地表摩擦系数，取值范围为0.1～0.4；

步骤163、将d、d₁和v₁’代入到公式(13)中，得到与台风中心的距离为d且离地面10m高处的理论风速v’，

其中v_z为台风中心处风速；

步骤164、最后v’和h代入到公式(12)即可得到A点的风速v。

作为本发明的一种改进，所述步骤15包括以下步骤：

步骤151、依次根据步骤12、13和14得出A点附近区域的监测点风速v_i，结合台风中心经纬度和输电线路杆塔地理位置信息求出监测点到台风中心距离d_i，并将(d_i,v_i)绘制于二维坐标系xy上；(i＝1,2,3,…,n)

步骤152、并利用公式(14)得出该区域监测点风速y与监测点到台风中心距离x的出线性回归方程(15)

y＝bx+a (15)

步骤153、然后将A点到到台风中心的距离x代入式(15)求出y，y值就是A点风速大小。

进一步地，所述步骤3中的a_t具体确定方式如下，采用分段函数表示为：

d为树障的净空距离，d₁为该等级输电线路的最小放电距离，d₂为不会发生树障与可能发生树障的临界点，k为树障的风险趋势指数，根据多年运行经验，推荐取值1.2。

进一步地，所述步骤5中线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度a_c确定方式如下：

t为该段线路自上次检修后至今所遭受台风十级风圈影响的累积时间,单位小时，μ(t)是线路遭受台风后线路故障率，用线性分段函数表示：

根据多年运行经验，K₄、K₅、K₆以及K₇值分别为0.002、0.01、0.02、-0.09，t₁为5。

进一步地，所述步骤6中基准传输负荷P_B的值为2500MW。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过杆塔上安装的微气象监测装置以及气象台获取更为精确及丰富的数据，求出预测风速，得出线路的基础风险值，并在此基础上，考虑台风的累计影响和交流线路重要程度，得到更加贴近实际的风险评估结果，为电网人员合理安排工作提供一种可行判据。

附图说明

图1为本发明计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法的流程图；

图2为确定输电线路A点风速v的流程图；

图3为采用线性拟合的方式来求输电线路A点风速的流程图；

图4为输电线路基础风险值与线路垂直风速的函数模型图；

图5为根据输电线路所处地形对测量区域进行划分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示，一种计及线路状态的交流输电线路台风风险的评估方法，其包括以下步骤：

步骤1、获得输电线路A点的风速v以及A点的风向数据。

请参考图2，步骤1具体包括以下步骤：

步骤11、判断A点是否设有微气象在线监测装置，如果有则执行步骤12，否则直接跳转到步骤15；

步骤12、通过气象台服务器获取台风的实时信息和预测数据，包括台风中心所处经纬度、台风中心风力、台风各级风圈半径、台风预测移动路径以及输电线路A点的风速v_f；

步骤13、通过控制中心获取输电线路A点杆塔上的微气象在线监测装置测量的台风风速v_a以及风向数据；

步骤14、根据从在线监测装置获取的A点台风风速v_a和从气象台获取的A点风速v_f进行权重对比，确定A点的风速v：

若

则剔除A点测量风速，并直接跳到步骤15，其中K₁取值为30％；

若

则风速v＝v_a，其中K₂取值为20％；

若

则风速

c为同一地点所有在线监测装置的数量；在本实施例中，以2km范围内作为同一地点；

步骤15、若A点附近的区域有足够监测点，则采用线性拟合的方式来求线路A点的风速，否则直接执行步骤16；

步骤16、A点附近的区域没有足够监测点，则通过以下方式确定A点的风速v，具体如下：

步骤161、依次根据步骤12、13和14获得已知输电线路上一杆塔所处位置的风速为v₁，所处位置高度为h₁，距离台风中心d₁；而A点所处位置高度为h、与台风中心的距离为d；

步骤162、将v₁和h₁代入公式(12)中计算出与台风中心的距离d₁且离地10m高处的理论风速v₁’；

其中v’为与台风中心的距离d且离地10m位置高处的理论风速，h₀＝10m，n为地表摩擦系数，取值范围为0.1～0.4；

步骤163、将d、d₁和v₁’代入到公式(13)中，得到与台风中心的距离为d且离地面10m高处的理论风速v’，

其中v_z为台风中心处风速；

步骤164、最后v’和h代入到公式(12)即可得到A点的风速v。

请参考图3，在本实施中，步骤15，采用线性拟合的方式来求线路A点的风速具体包括以下步骤：

步骤151、依次根据步骤12、13和14得出A点附近区域的监测点风速v_i，结合台风中心经纬度和输电线路杆塔地理位置信息求出监测点到台风中心距离d_i，并将(d_i,v_i)绘制于二维坐标系xy上；(i＝1,2,3,…,n)

步骤152、并利用公式(14)得出该区域监测点风速y与监测点到台风中心距离x的出线性回归方程(15)

y＝bx+a (15)

步骤153、然后将A点到到台风中心的距离x代入式(15)求出y，y值就是A点风速大小。

步骤2、计算输电线路A点的垂直风速：

v_p＝v·sinθ (1)

v_p为线路的垂直风速，v为线路A点的风速，θ为线路与风向之间的夹角。

步骤3、通过控制中心获取输电线路杆塔上的微气象在线监测装置测量的雨量信息，考虑输电线路的树障和台风雨量对线路风偏闪络故障的综合影响，对线路的最大可承受风速进行修正：

v_d为线路的最大可承受风速，v_d’为修正后的线路的最大可承受风速；

a_t为树障影响系数，a_r为雨量系数，a_r值与降雨量关系如表1

表1雨量系数与降雨量关系对应表

在本实施例中，步骤3中的a_t具体确定方式如下，采用分段函数表示为：

d为树障的净空距离，d₁为该等级输电线路的最小放电距离，d₂为不会发生树障与可能发生树障的临界点，k为树障的风险趋势指数，根据多年运行经验，推荐取值1.2。

步骤4、通过线路垂直风速与修正后线路的最大可承受风速比较，得到线路A点的基础风险值。以并以复合函数f(v_d’,v_p)表示线路A点的基础风险值R：

K₃的值为10。

请参考图4，图4为公式(3)的函数图，当时，线路基础风险值很接近于0并且增加缓慢；当线路基础风险值开始迅速增加；当时，线路基础风险值趋近于1。

步骤5、考虑线路上一次检修后遭受台风的影响累积，根据线路遭受台风十级影响的累积时间求出线路目前的不可靠度，用于对线路A点的基础风险值进行修正，获得修正后的线路风险值：

R’＝1-a_c×(1-R) (4)

其中R’为修正后的线路风险值，a_c为线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度；

在本实施例中，步骤5中线路遭受台风十级风圈影响累积的不可靠度a_c确定方式如下：

t为该段线路自上次检修后至今所遭受台风十级风圈影响的累积时间,单位小时，μ(t)是线路遭受台风后线路故障率，用线性分段函数表示：

根据多年运行经验，K₄、K₅、K₆、K₇推荐取值分别为0.002、0.01、0.02、-0.09，t₁推荐取值为5。

步骤6、考虑交流输电线路的重要性以及负荷可转移性，得到线路A点的最终风险值：

其中α为线路的重要性因子，β为线路可转移负荷占比；

线路的重要性因子为：α＝P_LD/P_B (6)

线路可转移负荷占比为：β＝P_S/P_LD (7)

其中P_LD为线路正常运行时的传输负荷，P_S为该线路可转移到其他线路的部分负荷，P_B为基准传输负荷。α以线路正常运行时的传输负荷大小来决定，为了使风险值保持在0到1之间，基准传输负荷取一较大基准值：P_B＝2500MW。

综合上述步骤：线路在A点所在区域的风险值为：

在应用对整条输电线路进行风险评估时，需要对输电线进行区域划分，并对监测点进行选取。请参考图5，在对交流输电线路经过的地区进行区域划分时，按不同地形进行划分，分为平原、丘陵、盆地、山地，再根据风吹来的方向山地又分为迎风坡和背风坡。参考图5，最后在迎风坡的山地区域选取点1、点2和点3，在背风坡的山地区域选取点4，在平原区域选取点5、点6和点7。

最后根据输电线路各个点的计算值，取输电线路所经过区域中的最大风险值作为整条线路的风险值。也即是

RL为整条输电线路的风险值，为输电线路在不同区域内的线路的最终风险值。(i＝1,2,3,…,n)

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。