基于雷电实测数据的输电线路故障概率评估方法技术

基于雷电实测数据的输电线路雷击故障概率评估方法，属于电力系统及其自动化技术领域，包括两个步骤：（1）通过实际测得的雷电发生时间、发生位置和强度等雷电实测数据，识别一段时间内雷电发生范围，预报下一个时间步长内雷电发生区域及其可信度。（2）按照处于雷电预报区域内的线路长度，预报的雷电发生范围的面积和落雷密度等实时参数的雷击故障概率公式计算每条线路的雷击故障概率。本方法能够根据外部天气情况的变化动态自适应地评估线路故障概率，从而实现系统雷电灾害的风险预警，与广域测量分析保护控制系统相结合，提高电力系统防御雷电灾害的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属电力系统及其自动化
，更准确地说本专利技术涉及一种输电线路雷击故障概率的评估方法。
技术介绍
中国经济发展以及能源分布的不均衡，中西部发出来的电力需要通过远距离输送才能到达电力需求比较多的东部沿海地区。电力输送中送电距离的增加使得电力系统的安全性和稳定性受到了极大的挑战。为了防御偶然的故障引起电力系统大停电事故，薛禹胜院士提出了时空协调的大停电防御框架，并研制出广域监视分析保护控制系统(WARMAP)。然而该系统针对的是一般性相继故障，其故障集是固定不变的，不能够随着自然环境的变化动态识别可能发生故障的线路。雷电自然界频繁发生的一种高强电磁脉冲现象，电网因其具有广域分布的特征，几何尺度达到数千米，非常容易受到雷电的冲击，每年我国高压输电线路由于累计引起的跳闸次数占总跳闸次数的40%-70%，雷电已经成为严重影响电网安全运行的重要因素。如果能够根据雷电发生情况，动态自适应地评估雷电区域内输电线路的雷击故障概率，与广域测量分析保护控制系统相结合，提高电力系统的防御雷电自然灾害的能力。因此，亟需提出根据雷电发生情况计算线路雷击故障概率的评估方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有停电防御框架的不足，将现有防御框架的故障集由固定的风险设备集变为根据外界环境变化在线生成动态预想风险设备集，从而实现系统雷电灾害的风险预警，提高了电力系统防御雷电灾害的能力。本专利技术基于雷电实测数据，识别每一时间步长内落雷范围，对多个时间步长内落雷范围内的区域进行关联，通过几个时间步长的雷电信息外推预报下一个时间步长的雷电发生范围，计算雷电发生范围内的输电线路雷击故障概率。这种方法可以克服过去对于雷电监测手段的不足，仅仅使用已经落雷的信息，来外推预报未来落雷的区域，是对雷电预报的一种全新的尝试，结果表明具有很强的实用性。具体地说，本专利技术是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤1)在控制中心按统一时标汇总指定时间范围内，所研究的地理范围内的雷电实测数据(含时刻、经纬度)，将所研究的地理范围格点(默认为边长9km的方格)化，将其划分为等面积的格点，格点大小可调。2)识别给定时间步长内的落雷区域。对给定时段，分别设定距离阀值为1，2，...，5个格点边长，将经度差和纬度差都小于或等于阀值的格点归到同一群。对第一时段，将阀值为1时所划分的各群作为基本群，并用对应的基本圆覆盖之。另外，默认阀值为3时的划分结果为最终分区。为了用面积尽量小的连通域来描述单个最终分区，采用该分区内部所含的基本圆与外切线所围区域。对其它时段，分别将阀值2，3，4，5个格点的分区结果用基本圆与外切线所围区域来表示，再将各阀值对应的预报结果与实际分区比较，选取预报结果最优的那个来划分雷电区。3)如果是第一个时间步长，预报结果即为识别结果。如果是第二个以上的时间步长，则将该时间步长的识别结果与上一个时间步长的识别结果进行关联，找出两个时间步长上各区域的关联关系。4)对相关联的区域外推预报下一个时间步长的预报区域以及预报的可信度，将所有的预报区域组成预报结果。5)计算需要监视的线路在雷电预报区域内的长度、雷电预报区域的大小，调用雷击故障概率公式计算雷击故障概率。6)按线路故障概率的大小，对所有线路进行排序。筛选出线路故障概率比较大的线路，为广域测量分析保护控制系统提供风险设备集。本专利技术的有益效果如下本专利技术通过已落雷的信息，识别雷电的发生范围，根据多个时间步长的落雷趋势外推预报后面时间步长的落雷范围，计算在预报范围内线路雷击故障的概率，从而根据外部天气情况的变化动态自适应地评估线路故障概率。本方法将现有防御框架的故障集由固定的风险设备集变为根据外界环境变化在线生成动态预想风险设备集，从而实现系统雷电灾害的风险预警，提高了电力系统防御雷电灾害的能力。由于本方法只需要根据落雷信息就能够预报雷电发生范围，信息采集方便，可靠性高，提高了电力系统防御雷电灾害的能力。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。具体实施例方式下面结合附图1，对本专利技术方法进行详细描述。图1中步骤1实现在控制中心按统一时标汇总指定时间范围内，所研究的地理范围内的雷电实测数据(含时刻、经纬度)，将所研究的地理范围格点(默认为边长9km的方格)化，将其划分为等面积的格点，格点大小可调。图1中步骤2实现识别雷电发生范围。对给定时段，首先统计每个格点上的落雷数量，分别设定距离阀值为1，2，...，5个格点边长，将经度差和纬度差都小于或等于阀值的格点归到同一群，剔除落雷数量小于某一定值的群，将每个群用圆表示。对第一时段，将阀值为1时所划分的各群作为基本群，并用对应的基本圆覆盖之，另外，默认阀值为3时的划分结果为最终分区。为了用面积尽量小的连通域来描述单个最终分区，采用该分区内部所含的基本圆与外切线所围区域。识别完成后执行步骤4。对其它时段，分别将阀值2，3，4，5个格点的分区结果用基本圆与外切线所围区域来表示，再将各阀值对应的预报结果与实际分区比较，选取预报结果最优的那个来划分雷电区。识别完成后，执行步骤3。图1中步骤3实现识别相邻两个时间步长识别结果中区域的关联关系。从第二个时间步长开始，比较前后两个时段识别结果中的区域，如果两个区域有包含关系或者两个区域间的距离小于；x25个格点长度(t为计算步长，单位为分钟)，则将两个区域识别为60关联区域。区域之间的关联有以下几种情况前一个时间步长的一个区域i与后一个时间步长的一个区域j对应；前一个时间步长的一个区域i在后一个时间步长中没有区域对应；后一个时间步长中的一个区域j没有前一个时间步长中的区域对应；前一个时间步长的多个区域i2，. . .，，in与后一个时间步长的一个区域j对应；前一个时间步长的一个区域i对应后一个时间步长的几个区域j” J2, jn。对步骤3中不同情况调用步骤4中不同的外推预报算法。图1中步骤4实现外推预报相关联区域的预报区域、预报区域的可信度，预报落雷数量。前一个时间步长的一个区域i和后一个时间步长的区域j相关联，采用霍尔特双参数线性指数平滑法计算区域i和j重心的移动趋势，采用该移动趋势计算出预报区域的中心点位置，预报区域形状和区域j的形状相同。对前一个时间步长的区域i在后一个时间步长中没有区域对应的情况，将区域i加入缓冲区，如果3个时间步长内区域i出现关联区域，将其从缓冲区内提取出来和对应的区域外推预报，否则在3个时间步长后自动从缓冲区中删除。对前一个时间步长中的没有区域和后一个时间步长中的区域j相关联的情况，从缓冲区中查找是否有区域j的关联区域，如果没有，新的预报区域即为区域j，如果有，用查询到的区域与区域j用霍尔特双参数线性指数平滑法外推预报新的预报区域。对前一个时间步长的多个区域in与后一个时间步长的区域j对应的情况，预报出两种趋势的预报结果一、合并趋势将前一个时间步长多个区域合并成一个区域i与区域j用霍尔特双参数线性指数平滑法外推预报新的预报区域，将预报区域的可信度置为51% ；二、分裂趋势如果区域j是由多个圆及其外切线表示，则在子区域中搜索和区域I1, i2, · · .，，in对应的J1, J2, ... , jn，如果区域j是由一个圆表示的，将区域j拆分成和区域i2,...,, in对应的丄，J2,..., jn，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛禹胜，谢云云，王昊昊，薛峰，李碧君，徐泰山，万芳茹，汪马翔，张劲中，陈家宏，王海涛，金学成，刘镭，郭玉金，姚诸香，邹根华，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院，南京南瑞集团公司，江西省电力公司，
类型：发明
国别省市：