本发明涉及一种配电网10千伏杆塔故障概率曲线拟合方法。
背景技术：
台风是一种可以给电网造成巨大结构性破坏的自然灾害。受强台风影响，美国墨西哥湾地区电网、东部地区电网及我国东南沿海地区电网是全世界最容易遭受台风侵袭破坏的电网。对于强台风环境下的某个地区电网，台风的极高风速与大范围降雨可轻易导致电网中的电气设备元件永久失效。对台风而言，台风风眼是台风风力最强的区域，台风风速在风眼边缘达到最大值，因此台风风眼的结构破坏力最强，对电网危害也最为明显。在电网众多元件设备中，配电线路与配电杆塔是最易被台风破坏的电气元件。从我国东南沿海电网历史台风灾损统计结果来看，绝大多数的配电线路倒塔均发生在风眼区域内。在强台风环境下，配电线路杆塔的故障概率将会随着所承受的风速值增加而显著增大，因此需要建立适用于强台风环境下的配电网10千伏杆塔故障概率曲线。
有关强台风环境下配电线路故障概率函数拟合的问题，求取方法一般有以下两种：
(1)采用历史故障率统计值。传统的方法一般是用历史长期故障率统计的平均值去替代配电线路的故障率。
(2)通过建立优化模型求解非线性方程得到。故障概率曲线最佳拟合问题本质而言是一个求最优解的问题。
以上两类方法在强台风环境下配电网10千伏杆塔故障率函数求取中存在以下缺点：
(1)对采用历史故障率统计值而言，配电线路杆塔的历史故障率统计值是线路故障率统计的平均值，无法反映出配电线路短期故障率受强台风天气的影响。虽然强台风发生概率低并且持续的时间不长，但在这种极端天气下配电网10千伏杆塔的故障概率较一般情况来说高出了许多。
(2)对通过建立优化模型求解非线性方程的方法而言，虽然通过建立优化模型求解非线性方程的方法能求解出故障概率曲线，但由于故障概率曲线最佳拟合问题这本质上是一个求取最优k值的问题，采用非线性方程组会大大加大运算量和难度。
考虑到配电网10千伏杆塔故障概率曲线优化模型中只含有一个待求变量k，为有效建立适用于强台风环境下的配电线路故障概率曲线，借助历史台风真实的灾损数据及气象部门提供数据对台风的近地面风场：尤其是风速最大、对电网元件最具破坏力的风眼半径进行计算求解。而如何有效求解待求变量k值以获得适用于强台风环境下的配电网10千伏杆塔故障概率曲线，为现有技术难点。
技术实现要素：
基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种配电网10千伏杆塔故障概率曲线拟合方法，该方法可根据历史典型台风灾损数据，能快速有效简单地拟合出适用于强台风环境下的10kv配电线路杆塔故障概率曲线。本发明应用于强台风环境下配电网中配电线路与配电杆塔的安全风险评估。
本发明的目的是这样实现的：一种配电网10千伏杆塔故障概率曲线拟合方法，包括以下步骤：
步骤一：
杆塔故障率公式：
以及杆塔故障概率公式：
其中，vmin为杆塔设计风速，vex为杆塔的极限风速，vex＝2vmin，k为杆塔故障概率曲线关键待辨识变量，对k值可能区间[x,y]进行m等分，x取值0.05，y取值0.25，m取为100；
步骤二：根据单个杆塔故障率公式和故障概率公式，根据式(1)与式(2)绘制不同k值所对应的风速—故障概率曲线，即v-ps曲线；
步骤三：某真实台风经过待研究配电网所在区域，则其不同风速所对应的风圈随台风中心前行会在受灾地区扫出一个特定的受灾带，对于风速vi所对应受灾区域带，该受灾区域带内倒断杆概率表述为：
式中：
步骤四：定义单个杆塔发生故障概率拟合指标为：
式中：
本发明的有益效果如下：
(1)本发明有效提高了10千伏杆塔倒断杆故障概率曲线的准确性；
(2)所辨识的倒断杆故障概率曲线，可有效评估强台风环境下配电网灾损，为配电网运行抢修人员提供充分的线路预警信息，提前做好线路一旦发生断线后配电网发生不同危险运行工况的准备，减少社会与经济损失；
(3)倒断杆故障概率曲线的最优k值计算简洁方便，方法可有效拓展至其它电压等级线路的倒断杆故障概率曲线绘制过程中。
附图说明
图1为本发明的控制流程图；
图2为单个杆塔故障率与所受风速值的近似关系图；
图3为威马逊对h省wc市配电网影响区域示意图；
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种配电网10千伏杆塔故障概率曲线拟合方法，包括以下步骤：
步骤一：
杆塔故障率公式：
以及杆塔故障概率公式：
其中，vmin为杆塔设计风速，vex为杆塔的极限风速，vex＝2vmin，k为杆塔故障概率曲线关键待辨识变量，对k值可能区间[x,y]进行m等分，x取值0.05，y取值0.25，m取为100；
步骤二：根据单个杆塔故障率公式和故障概率公式，根据式(1)与式(2)绘制不同k值所对应的风速—故障概率曲线，即v-ps曲线；
步骤三：某真实台风经过待研究配电网所在区域，则其不同风速所对应的风圈随台风中心前行会在受灾地区扫出一个特定的受灾带，对于风速vi所对应受灾区域带，该受灾区域带内倒断杆概率表述为：
式中：
步骤四：定义单个杆塔发生故障概率拟合指标为：
式中：
实施例2
采用真实的台风对电网配电线路杆塔造成破坏的例子以验证本方法的有效性。2014年超强台风威马逊(编号1409)对我国沿海h省电网造成了极为严重的破坏。选取台风威马逊作为典型灾损场景计算配电网杆塔故障概率曲线参数。
建立单个杆塔故障率与所承受风速值的关系，如图2所示。设图2中vmin为32m/s，vex为64m/s。参数k对倒断杆概率计算具有决定性作用，k值可根据历史真实台风灾害评估。
当台风威马逊经过h省wc市配电网所在区域，则其不同风速所对应的风圈随台风中心前行会在某地区扫出一个特定的受灾带。这样一来，即可根据气象台所提供的台风数据及经典rankie模型，推算不同风速所对应的风圈，并结合地理gis系统确定受灾带，图3为威马逊对h省wc市配电网影响区域示意图。图3中同时标注了风眼半径和半径50km台风区域。
2014年台风威马逊对h省wc市电网的破坏是研究配电网倒断杆的良好场景。此次台风中h省220以上输电网没有发生倒塔，但台风所过的wc市配电网却发生了大范围倒断杆。台风过境期间气象部门所提供的台风信息见表1。
表1气象部门提供的台风信息
由图3和表1可见，此次事件中台风风眼半径为20km，设其在wc市境内扫过区域为区域a，该区域内线路承受风速为60m/s。50km半径所扫过区域为区域b，通过计算得到该区域内线路承受平均风速为42m/s。在某特定区域内，由于台风对该区域所有杆塔的风荷载作用较为相近，该区域内的倒断杆概率可近似认为一致。
采用本专利所提方法：
1)对k值可能区间[0.05,0.2]进行100等分；
2)根据单个杆塔故障率公式和故障概率公式，绘制不同k值所对应的风速—故障概率曲线，即v-ps曲线：
3)当台风威马逊经过h省wc市配电网所在区域，则其不同风速所对应的风圈随台风中心前行会在受灾地区扫出一个特定的受灾带。对于风速vi所对应受灾区域带，该受灾区域带内倒断杆概率：60m/s所对应的区域a内某杆的倒断杆概率为0.75，42m/s所对应的区域b内某杆的倒断杆概率为0.3。
4)根据步骤三得到的不同风速对应的受灾区域带内倒断杆概率及由步骤二得到的不同k值所对应的ps值，计算各k值所对应的拟合指标fappro：
表2本专利所提方法计算出的各k值所对应的拟合指标
根据表2得到的不同k值对应的fappro，取fappro最小值所对应的k作为最优k值，则最优k值为0.08。
由上述步骤分析可见，本专利根据历史台风灾损数据快速简单有效地拟合出了强台风环境下的10kv配电线路杆塔故障概率曲线。
本方法得到的强台风环境下的10kv配电线路杆塔故障概率曲线与台风威马逊期间h省wc市的实际灾损紧密联系，弥补了配电线路杆塔的历史故障率统计值无法反映出配电线路短期故障率受强台风天气的影响的缺陷。同时，与通过非线性方程组拟合故障概率函数的方法进行比较，本方法通过计算不同k值所对应的拟合指标fappro，进而得到最优k值，可有效减少计算量及计算强度。进一步体现出本专利所提方法的有效性。