一种基于CRITIC法的输电线路防雷措施优化选择方法与流程

一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法
技术领域
[0001]
本发明涉及输电线路防雷技术领域，尤其涉及一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法。


背景技术：

[0002]
雷击对输电线路的正常运行具有很大影响，雷击跳闸事故威胁到电网的安全稳定运行。每年雷电灾害给我国带来的损失非常巨大，其中直接经济损失达数十亿元。并且由于高速公路的建设，大跨越高杆塔的数据急剧增加，这些因素都使输电线路杆塔遭受雷击的概率大幅度增加。针对上述情况有采取有效的措施来提高线路的防雷性能显得很有必要。许多输电线路不可避免的要经过多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，为降低这些地区输电线路的雷击跳闸必须采取各种防雷措施来提高输电线路的耐雷水平。通常采取的可以提高输电线路防雷性能的有效措施有：降低杆塔接地电阻、加强绝缘水平、架设耦合地线、安装防绕击侧针、安装线路避雷器等。各种防雷措施的应用目的及实施后的效果各不相同，并且不同地区实施不同措施的费用、难度也不尽相同。
[0003]
但在实际工程中，很多地区仍然采用粗放式的防雷改造管理方式，不考虑输电线路和防雷措施的特点，无差异的选择单一防雷措施进行治理，使得治理效果不显著，改造过的杆塔需要进行二次改造，大大浪费了人力物力。防雷措施评估模型存在人的主观性影响太大、所考虑的影响因素不够全面等不足，不能客观地、可靠地评估防雷措施的应用效果。


技术实现要素：

[0004]
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法，在进行防雷改造前，对防雷措施进行综合评估，根据评估结果选择技术经济型较高的措施以提高防雷改造效果，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。
[0005]
一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法，包括以下步骤：
[0006]
s1、获取计算输电线路雷击跳闸率所需数据，基于所需数据计算输电线路各个杆塔的雷击跳闸率；
[0007]
s2、根据雷击跳闸率计算结果，对输电线路各个杆塔的雷击风险等级进行评估，结合输电线路历史跳闸信息，确定待防雷改造杆塔；
[0008]
s3、建立防雷措施优化选择综合分析模型，确定防雷措施评价指标，基于防雷措施评价指标对防雷措施进行评分；
[0009]
s4、将防雷措施评分设为决策矩阵，基于critic法确定各个防雷措施评价指标的权重；
[0010]
s5、对防雷措施评价指标进行赋权，对防雷措施进行综合评价，输出防雷措施优选结果。
[0011]
进一步的，所述计算输电线路雷击跳闸所需数据包括杆塔数据、输电线路导线数据和地线数据，
[0012]
所述杆塔数据包括输电线路杆塔号、杆塔型号、杆塔经纬度、杆塔呼高、档距、地形、接地电阻、地闪密度及输电线路中各杆塔的结构图；
[0013]
所述输电线路导线数据包括输电线路的导线型号、导线半径、导线直流电阻、导线分裂数及导线间距；
[0014]
所述地线数据包括地线型号、地线半径、地线直流电阻、绝缘子串型号、长度、干弧距离的数据。
[0015]
进一步的，所述基于所需数据计算输电线路各个杆塔的雷击跳闸率具体包括；
[0016]
s11、根据杆塔结构图获取输电线路各个杆塔的根开，根据杆塔的经纬度确定杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度以及杆塔的土壤电阻率，通过杆塔之间的档距计算杆塔的导线弧垂以及地线弧垂；
[0017]
s12、在仿真建模软件中建立输电线路杆塔雷击跳闸率模型、雷电流模型、输电线路模型、杆塔模型、接地电阻模型和绝缘子闪络模型；
[0018]
s13、将所需数据输入仿真建模软件计算获得每基杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率。
[0019]
进一步的，所述步骤s2具体包括：
[0020]
s21、基于地区雷暴日确定不同地区雷击跳闸率的控制指标；
[0021]
s22、将输电线路闪络风险等级根据线路跳闸率与控制指标之间的关系分为多个等级；
[0022]
s23、输出跳闸率大于或等于控制指标的任意一个等级或多个等级的杆塔为待防雷改造杆塔。
[0023]
进一步的，所述防雷措施评价指标包括跳闸率降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度和运行寿命。
[0024]
进一步的，所述将防雷措施评分设为决策矩阵具体包括：
[0025]
s41、将防雷措施建立成为因素论域u＝{u1,u2,
…
,u
n
}；
[0026]
s42、将评价指标建立成为评语论域v＝{v1,v2,
…
,v
m
}；
[0027]
s43、在因素论域u与评语论域v之间进行单因素评价，建立指标水平矩阵x
ij
，x
ij
表达式为：
[0028][0029]
其中，i∈[1,m],j∈[1,n]；
[0030]
s44、对指标水平矩阵中的特征值进行归一化处理，获得归一化的决策矩阵r
ij
，r
ij
表达式为：
[0031][0032]
其中，对于越大越优型的评价指标，r
ij
＝x
ij
/maxx
ij
；对于越小越优型的评价指标，r
ij
＝minx
ij
/x
ij
。
[0033]
进一步的，所述基于critic法确定各个防雷措施评价指标的权重，具体包括：
[0034]
s45、基于归一化的决策矩阵，求取各个评价指标间的相关系数p
ij
，p
ij
通过下式计算：
[0035][0036]
其中，p
ij
表示第i个评价指标和第j个评价指标的相关关系,i,j∈[1,n]，x
k
和y
k
分别表示第i和第j个评价指标的第k个防雷措施的特征值的大小，k∈[1,m]；
[0037]
s46、基于评价指标相关系数矩阵，计算评价指标的变异性ci和冲突性ct，ci和ct的计算式如下：
[0038][0039]
其中，σ
j
表征第j个评价指标的均方差。
[0040]
s47、基于评价指标的变异性和冲突性，计算评价指标所包含信息量c
j
，c
j
的计算式如下：
[0041][0042]
s48、计算第j个评价指标的权重值w
j
，w
j
的计算式如下：
[0043][0044]
进一步的，所述步骤s5具体包括：
[0045]
s51、基于各个评价指标的权重值和决策矩阵计算各个防雷措施的综合评价值；
[0046]
s52、输出综合评价值最大的一个或多个防雷措施作为优选结果。
[0047]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0048]
本发明所提供的一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法，能够基于输电线路每基杆塔的具体情况，采用critic法对输电线路杆塔进行防雷措施优化选择，从而可靠地得出最优化的输电线路防雷措施，有助于提高防雷改造效果，保障电网平稳安全运行。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1是本发明实施例提供的基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法整体流程示意图。
具体实施方式
[0051]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0052]
参照图1，本发明提供一种基于critic法的输电线路防雷措施优化选择方法，所述方法包括以下步骤：
[0053]
s1、获取计算输电线路雷击跳闸率所需数据，基于所需数据计算输电线路各个杆塔的雷击跳闸率。
[0054]
s2、根据雷击跳闸率计算结果，对输电线路各个杆塔的雷击风险等级进行评估，结合输电线路历史跳闸信息，确定待防雷改造杆塔。
[0055]
s3、建立防雷措施优化选择综合分析模型，确定防雷措施评价指标，基于防雷措施评价指标对防雷措施进行评分。
[0056]
s4、将防雷措施评分设为决策矩阵，基于critic法确定各个防雷措施评价指标的权重。
[0057]
s5、对防雷措施评价指标进行赋权，对防雷措施进行综合评价，输出防雷措施优选结果。
[0058]
其中，所述计算输电线路雷击跳闸所需数据包括杆塔数据、输电线路导线数据和地线数据。
[0059]
具体的，所述杆塔数据包括输电线路杆塔号、杆塔型号、杆塔经纬度、杆塔呼高、档距、地形、接地电阻、地闪密度及输电线路中各杆塔的结构图。
[0060]
所述输电线路导线数据包括输电线路的导线型号、导线半径、导线直流电阻、导线分裂数及导线间距。
[0061]
所述地线数据包括地线型号、地线半径、地线直流电阻、绝缘子串型号、长度、干弧距离的数据。
[0062]
步骤s1中，基于所需数据计算输电线路各个杆塔的雷击跳闸率具体为：
[0063]
s11、根据杆塔结构图获取输电线路各个杆塔的根开，根据杆塔的经纬度确定杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度以及杆塔的土壤电阻率，通过杆塔之间的档距计算杆塔的导线
弧垂以及地线弧垂。
[0064]
其中，杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度可以通过地图软件确定。
[0065]
s12、在仿真建模软件中建立输电线路杆塔雷击跳闸率模型、雷电流模型、输电线路模型、杆塔模型、接地电阻模型和绝缘子闪络模型。
[0066]
一些实施方式中，所述输电线路杆塔雷击跳闸率模型包括绕击跳闸率计算模型和反击跳闸率计算模型，所述绕击跳闸率计算模型可以采用电气几何模型，所述反击跳闸率计算模型可以采用电磁暂态分析模型。所述雷电流模型可以采用双指数波拟合模型；输电线路模型可以采用jmartin线路模型；杆塔模型可以采用多波阻抗模型；接地电阻模型可以采用冲击接地电阻模型；绝缘子闪络模型可以采用先导法模型。
[0067]
s13、将所需数据输入仿真建模软件计算获得每基杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率。
[0068]
作为一个示例，所述步骤s2具体包括：
[0069]
s21、基于地区雷暴日确定不同地区雷击跳闸率的控制指标。
[0070]
s22、将输电线路闪络风险等级根据线路跳闸率与控制指标之间的关系分为多个等级。
[0071]
s23、输出跳闸率大于或等于控制指标的任意一个等级或多个等级的杆塔为待防雷改造杆塔。
[0072]
一些实施方式中，输电线路闪络风险等级可以分为a、b、c、d四个等级。
[0073]
作为一个示例，步骤s3中，所述防雷措施评价指标包括跳闸率降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度和运行寿命，将可以采用的防雷措施分别对应所述五个评价指标，并对防雷措施的五个评价指标进行评分，将所述评分设为critic法的决策矩阵。
[0074]
所述将防雷措施评分设为决策矩阵具体包括以下步骤：
[0075]
s41、将防雷措施建立成为因素论域u＝{u1,u2,
…
,u
n
}；
[0076]
s42、将评价指标建立成为评语论域v＝{v1,v2,
…
,v
m
}；
[0077]
s43、在因素论域u与评语论域v之间进行单因素评价，建立指标水平矩阵x
ij
，x
ij
表达式为：
[0078][0079]
其中，i∈[1,m],j∈[1,n]；
[0080]
s44、对指标水平矩阵中的特征值进行归一化处理，获得归一化的决策矩阵r
ij
，r
ij
表达式为：
[0081][0082]
其中，由于评价指标有越大越优型和越小越优型，需要对指标水平矩阵中的特征值进行归一化处理，对于越大越优型的评价指标，r
ij
＝x
ij
/maxx
ij
；对于越小越优型的评价指标，r
ij
＝minx
ij
/x
ij
。
[0083]
所述基于critic法确定各个防雷措施评价指标的权重，具体包括：
[0084]
s45、基于归一化的决策矩阵，求取各个评价指标间的相关系数p
ij
，p
ij
通过下式计算：
[0085][0086]
其中，i,j∈[1,n]，x
k
和y
k
分别表示第i和第j个评价指标的第k个防雷措施的特征值的大小，k∈[1,m]，p
ij
表示第i个评价指标和第j个评价指标的相关关系，当p
ij
大于0时，表示两个变量呈正相关；当p
ij
小于0时，表示两个变量呈负相关；|p
ij
|越接近于1，两个变量的相关性越强，|p
ij
|越接近于0，两个变量的相关性越弱。
[0087]
s46、基于评价指标相关系数矩阵，计算评价指标的变异性ci和冲突性ct，ci和ct的计算式如下：
[0088][0089]
其中，σ
j
表征第j个评价指标的均方差。
[0090]
s47、基于评价指标的变异性和冲突性，计算评价指标所包含信息量c
j
，c
j
的计算式如下：
[0091][0092]
s48、计算第j个评价指标的权重值w
j
，w
j
的计算式如下：
[0093][0094]
在前述实施例的基础上，所述步骤s5具体包括：
[0095]
s51、基于各个评价指标的权重值和决策矩阵计算各个防雷措施的综合评价值。设防雷措施的综合评价值为e，则e＝r*w。
[0096]
s52、输出综合评价值最大的一个或多个防雷措施作为优选结果。评价值越高，代表该防雷措施的优先级越高。
[0097]
以海南省儋州市110kv鹅八一线为例说明本发明。
[0098]
首先获取计算海南省儋州市110kv鹅八一线雷击跳闸率所需数据，建立雷击输电线路计算数据库，将所获取数据代入建立的输电线路雷击跳闸率计算模型得到110kv鹅八一线各杆塔的绕击和反击跳闸率。
[0099]
根据得到的杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率，并根据《110(66)kv～500kv架空输电线路管理规范》第八十九条中规定：归算到40个雷暴日，110kv输电线路雷击跳闸率应不超过0.525次/百公里
·
年，220kv输电线路雷击跳闸率应不超过0.315次/百公里
·
年。参考上述标准，各地区均按照本地区的雷暴日确定出各地区雷击跳闸率的控制指标p，将输电线路闪络风险等级根据线路跳闸率与控制指标之间的关系分为a、b、c、d四级，a级为线路杆塔跳闸率达控制指标的0.5倍以下，b级为线路跳闸率达控制指标的0.5-1倍，c级为线路跳闸率达控制指标的1-1.5倍；d级为线路跳闸率达控制指标的1.5倍以上。将各杆塔进行输电线路闪络风险等级的划分，确定出输电线路闪络风险等级为c和d的杆塔确定为需要进行防雷改造的杆塔。跳闸率与风险等级的关系如表1所示
[0100]
表1
[0101]
跳闸率xx＜0.5p0.5p≤x＜pp≤x＜1.5px≥1.5p风险等级abcd
[0102]
根据《110(66)kv～500kv架空输电线路管理规范》得到儋州地区雷击跳闸率指标值为1.588次/百公里
·
年从而选出需要改造的杆塔如表2所示，表2中总计算跳闸率为绕击跳闸率与反击跳闸率之和。
[0103]
表2 110kv鹅八一线需要改造杆塔的雷击跳闸率
[0104]
[0105][0106]
收集110kv鹅八一线往年的遭受雷击的数据得到：2010.5.10，#54杆雷击；#158杆引流线对横担放电；2010.7.8，p119杆ab相陶瓷绝缘子被击穿；2012.7.25，#2转角杆b相引流烧断。所以所需改造的杆塔除了表2中所示的以外，还有#2、#119、#158号杆塔。
[0107]
具体的，将需要进行防雷改造的杆塔的评价指标确定为跳闸率的降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度以及运行寿命，并将可以采用的防雷措施分别一一对应所述五个评价指标，所述评价指标为区间型指标。然后划分防雷措施对应评价指标的评价等级，评价等级分为5个级别,分别对应5个标准值，即低、较低、中等、较高、高。如下表3所示。
[0108]
表3
[0109][0110]
对#54号杆塔而言，各防雷措施相对于五个评价指标的评分结果如表4所示。
[0111]
表4
[0112][0113]
将表4中评分设为critic法的决策矩阵。采用前述实施例所述方法确定各个评价指标的权重，经计算可得：
[0114]
w＝[0.2304 0.1871 0.1811 0.1551 0.2462]
t
[0115]
最后计算出各防雷措施的综合评价值：
[0116]
e＝r
·
w＝[0.4728 0.2932 0.4505 0.5641 0.3686 0.2464]
t
[0117]
由计算结果可知，110kv鹅八一线#54杆塔的防雷措施优选顺序为：1.加强绝缘水平；2.安装避雷器；3架设耦合地线；4.加装保护间隙；5.降低杆塔接地电阻；6.安装防雷侧针。对本线路其他需要改造的杆塔按照此步骤进行分析计算，即可得到整条线路的防雷改造措施。
[0118]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。