一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法技术

本发明专利技术公开一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，它包括步骤1通过年雷暴特征参数建立年雷暴特征参数随机概率分布模型；步骤2建立雷暴天气下架空配电线路可靠性参数模型；步骤3以绝缘子类型和避雷器安装间隔作为决策变量建立雷暴灾害的配电网规划模型；步骤4通过遗传算法求解步骤1-步骤3的模型，得到架空配电线路绝缘子配置和避雷器安装间隔数据；解决了电力系统规划中现有技术对配电线路抗雷击的规划存在的空配电线路在设计上存在“先天不足”的耐雷水平，绝缘水平低下，难以承受直击雷和感应雷的作用，线路规划设计标准偏低可能造成灾害性天气下重要负荷的用电需求不能得到满足；线路设计标准偏高引起资源浪费等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法
本专利技术属于电力系统规划
，尤其涉及一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法。
技术介绍
量大面广的属性决定了暴露于自然环境中的架空配电线路十分脆弱，一旦遭遇到恶劣天气侵袭，配电网往往会受到破坏。计及恶劣天气影响的电力系统规划方案并未在传统的配网规划设计方案中涉及，配电网建设中一般按照同一地区同一设计标准进行设计，这样的设计方案存在两种弊端：①线路规划设计标准偏低，可能造成灾害性天气下重要负荷的用电需求不能得到满足；②线路设计标准偏高，引起资源浪费。因此，为了兼顾经济性合理进行配电网抗雷击灾害规划，必须要遵循最小的投资以实现灾害天气下最少的停电损失。国务院批发的文件《关于加强电力系统抗灾能力建设的若干意见》强调了计及恶劣天气影响的设计标准的重要性。目前关于线路抗灾设计方面的研究还较为少见，大部分仅针对抗灾型电力系统框架结构进行了研究。期刊《现代电力》2014年第31卷第3期一文中通过分析雷电强度、环境因素和配电网状态的特点，提出了配电网遭受雷击故障的差异化规划方法。期刊《电网技术》2009年第33卷第20期一文中指出计及灾害性天气的规划方案中，必须对可靠性指标进行量化，把因恶劣天气引起的故障损失作为目标函数之一。通过将差异化的决策变量引入到多目标电网规划模型中，建立了计及冰灾影响的电力系统规划模型。上述研究成果主要集中于风灾和冰灾，针对架空配电线路抗雷击规划方法研究较少。然而，架空配电线路在设计上存在“先天不足”的耐雷水平，绝缘水平低下，难以承受直击雷和感应雷的作用，因此，迫切需要对架空配电线路抗雷灾规划进行研究。其次，现有的文献研究主要集中于电力系统抗灾型框架结构的研究，未涉及架空配电线路元件的选取，难以将配电网规划方法运用到工程实际中。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题：提供一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，以解决在电力系统规划中现有技术对配电线路抗雷击的规划存在的空配电线路在设计上存在“先天不足”的耐雷水平，绝缘水平低下，难以承受直击雷和感应雷的作用，而且存在线路规划设计标准偏低，可能造成灾害性天气下重要负荷的用电需求不能得到满足；线路设计标准偏高，引起资源浪费等技术问题。本专利技术技术方案：一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，它包括步骤1、通过年雷暴特征参数建立年雷暴特征参数随机概率分布模型；步骤2、建立雷暴天气下架空配电线路可靠性参数模型；步骤3、以绝缘子类型和避雷器安装间隔作为决策变量建立雷暴灾害的配电网规划模型；步骤4、通过遗传算法求解步骤1-步骤3的模型，得到架空配电线路绝缘子配置和避雷器安装间隔数据。步骤1所述年雷暴特征参数随机概率分布模型包括雷暴日概率模型和雷电流幅值概率模型；所述雷暴日概率模型表达式为：Ng＝0.023×Td1.3式中：Tdi表示雷暴日天数样本；S(Tdi≤td)表示指示函数，Ng表示地闪密度，单位为次/km2.年，td表示雷暴日数；所述雷电流幅值概率模型表达式为：式中：I为雷电流幅值，单位为kA；P为幅值超过I的雷电流出现的概率。步骤2所述雷暴天气下架空配电线路可靠性参数模型包括架空配电线路雷击跳闸模型和受雷暴影响的架空配电线路平均故障率模型；所述配电线路雷击跳闸模型的表达式包括配电线路直击雷跳闸率表达式、感应雷跳闸率表达式和雷电流幅值概率密度函数组成；配电线路直击雷跳闸率表达式为：感应雷跳闸率表达式为：雷电流幅值概率密度函数表达式为：配电线路雷击跳闸模型的表达式为：TRl＝TRd+TRi；式中：Ng为地闪密度，η为建弧率，Ie为耐雷水平；S0为感应过电压等于U50％放电电压时的临界闪络距离，p(I)为雷电流幅值概率密度函数，Dc1为第一暴露距离，Dc2为第二暴露距离，I为雷电流；受雷暴影响的架空配电线路平均故障率模型包括不同雷暴日和不同雷电流强度下架空配电线路平均故障率表达式λyl(xi,Ij)＝α×TRl(xi,Ij)雷击故障和线路综合平均故障率表达式：和雷暴天气下架空配电线路平均修复时间表达式式中：xi为年雷暴日，Ij为最大雷电流幅值，α为强迫停运系数，Tlightning、Tnormal、Tyear分别表示架空线路处于雷暴天气的时间、正常天气时间和配电系统的总时间；λl+n、λlightning、λnormal分别表示架空线路综合平均故障率、雷击故障率和正常天气下的故障率，rl+n、rlightning、rnormal分别表示架空线路平均修复时间、雷暴天气下的修复时间和正常天气下的故障的修复时间。雷暴灾害的配电网规划模型表达式包括目标函数表达式和约束条件表达式，所述目标函数表达式为：minf＝f1+f2+f3，约束条件表达式为：0≤np≤6，式中：f1为投资成本、f2为运行维护成本、f3为停电损失费、f为配电网全寿命周期成本、np为绝缘子安装间隔。投资成本f1包括建设费用、配电线路绝缘子和避雷器的安装费用和设备的维护费用，表达式为：f1＝Ap(r0,n)((6njmij+nbmb)+Snr)，式中：Ap(r0,n)为资金收回系数，r0为资金贴现率，S为配电线路长度，l为线路档距，nj为绝缘子安装个数；mij为第i种绝缘子的单位价格；nb为避雷器组的安装数目；mb为避雷器的单位价格；nr为单位长度线路的价格。运行维护成本f2包括设备的运行费和设备故障检修费，其表达式为：f2＝Smc1+6njmc2+nbmc3，式中：mc1为每年配电线路单位长度的维护费用；mc2为每个绝缘子每年的维护费用；mc3为每组避雷器每年的维护费用。停电损失费f3表达式为：式中:U(l+n)i为综合考虑雷暴天气和正常天气下配电网元件故障负荷点i的年平均停运时间，pi为负荷点i所带负荷；mi为负荷点每kWh停电损失费用。本专利技术的有益效果：本专利技术以雷暴天气下的架空配电线路停运模型为基础，将配电线路绝缘子配置和避雷器安装间隔纳入线路故障率模型中，计算考虑雷暴天气影响的投资费用、运行维护费用、停电损失费用的配电网全寿命周期成本(LifeCycleCost，LCC)。将绝缘子类型和避雷器安装间隔作为决策变量，将其决定的不同地形条件下的配电馈线灾害风险纳入缺电成本，建立计及抗雷击灾害的配电线路规划模型，采用遗传算法求解兼顾可靠性与经济性的架空配电线路最优绝缘子配置和最佳避雷器安装间隔，提高配电网的规划效率，和抗雷击能力，解决了电力系统规划中现有技术对配电线路抗雷击的规划存在的空配电线路在设计上存在“先天不足”的耐雷水平，绝缘水平低下，难以承受直击雷和感应雷的作用，而且存在线路规划设计标准偏低，可能造成灾害性天气下重要负荷的用电需求不能得到满足；线路设计标准偏高，引起资源浪费等技术问题。附图说明：图1为本专利技术雷击跳闸几何模型示意图。具体实施方式：一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，它包括步骤1、通过年雷暴特征参数建立年雷暴特征参数随机概率分布模型；年雷暴特征参数主要包括雷暴日和雷电流幅值，架空配电线路使用周期长达数十年，在使用期限内要保证其能抵御不同雷暴强度。雷暴特征参数在不同年份都有不同的值和规律，具有随机特性。因此，在配电线路规划设计中，必须对多年的历史雷暴参数进行概率建模。雷暴日概率模型雷暴日是指某地区一年中有雷电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，它包括步骤1、通过年雷暴特征参数建立年雷暴特征参数随机概率分布模型；步骤2、建立雷暴天气下架空配电线路可靠性参数模型；步骤3、以绝缘子类型和避雷器安装间隔作为决策变量建立雷暴灾害的配电网规划模型；步骤4、通过遗传算法求解步骤1‑步骤3的模型，得到架空配电线路绝缘子配置和避雷器安装间隔数据。

【技术特征摘要】
1.一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，它包括步骤1、通过年雷暴特征参数建立年雷暴特征参数随机概率分布模型；步骤2、建立雷暴天气下架空配电线路可靠性参数模型；步骤3、以绝缘子类型和避雷器安装间隔作为决策变量建立雷暴灾害的配电网规划模型，雷暴灾害的配电网规划模型表达式包括目标函数表达式和约束条件表达式，所述目标函数表达式为：minf＝f1+f2+f3，约束条件表达式为：0≤np≤6，式中：f1为投资成本、f2为运行维护成本、f3为停电损失费、f为配电网全寿命周期成本、np为避雷器安装间隔；步骤4、通过遗传算法求解步骤1-步骤3的模型，得到架空配电线路绝缘子配置和避雷器安装间隔数据。2.根据权利要求1所述的一种雷暴天气下架空配电线路抗雷击规划方法，其特征在于：步骤1所述年雷暴特征参数随机概率分布模型包括雷暴日概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋泽甫，钟以林，皮显松，谢开贵，胡博，马冲，李雪凌，李炎林，何向刚，刘文霞，王力立，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电网规划研究中心，重庆大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52