基于变分同化的架空输电线路风险评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于变分同化的架空输电线路风险评估方法及装置，包括：获取输电线路中杆塔与导线的监测数据；分别将杆塔的监测数据与导线的监测数据代入代价函数中，得到变分同化模型；基于SPSA算法对变分同化模型进行求解，分别得到杆塔和导线风险概率；基于预设权重对杆塔和导线的风险概率进行加权求和，得到架空输电线路的综合风险评估结果。本发明专利技术可以实现输电线路沿线上所有监测数据的全景监测和融合，并结合了SPSA算法求解出架空输电线路的风险概率，克服了传统算法在架空输电线路的求解应用上的技术限制，从而给复杂多变的架空输电线路监测设备数据在后端服务器平台变分同化提供可能。分同化提供可能。分同化提供可能。

【技术实现步骤摘要】
基于变分同化的架空输电线路风险评估方法及装置


[0001]本专利技术属于电力风险评估领域，尤其涉及一种基于变分同化的架空输电线路风险评估方法及装置。

技术介绍

[0002]目前国内一些电网公司基本已经实施了分体式的线路安全监测系统，对架空输电线路涉及到的各类安全隐患分别安装监测设备，每个监测设备针对自身采集到的监测数据独立的建立代价函数，并通过对代价函数进行求解达到风险分析的目的。这种分体式的监测方法大多需要分步、分批安装，而且都是独自运行的，每个系统都需要单独监管，不仅增加了系统的管理维护成本，而且无法进行数据联动，极大程度上限制了电力监测领域多终端数据联合预警能力。
[0003]因此，若能将各个监测设备采集的监测数据汇集后统一进行求解分析，即可大大减低分体式的管理维护成本。但是目前国内外求解代价函数最优解一般采用LM迭代法或准牛顿迭代法。这两种方法都是以代价函数可求二阶导数为前提条件的，必须先求解代价函数一阶导数和二阶导数，对矩阵方程进行迭代，直至找到最优解或达到停止条件。而架空输电线路监测系统作为梯度信息缺失、系统存在较大噪声、高纬度的优化问题，观测算子十分复杂，代价函数几乎无法求导，因此目前的求解算法难以适应架空输电线路这一应用场景。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术提出了一种基于变分同化的架空输电线路风险评估方法，包括：
[0005]获取输电线路中杆塔与导线的监测数据；
[0006]分别将杆塔的监测数据与导线的监测数据代入代价函数中，得到变分同化模型；
[0007]基于SPSA算法对变分同化模型进行求解，分别得到杆塔和导线风险概率；
[0008]基于预设权重对杆塔和导线的风险概率进行加权求和，得到架空输电线路的综合风险评估结果。
[0009]可选的，所述代价函数的建立过程包括：
[0010]基于公式一建立风险概率x的代价函数J(x)；
[0011][0012]其中，x＝(x1,x2,
…
,x
N
)
T
，x1、x2、
…
、x
N
依次表示第1种至第N种监测数据的风险概率；率；依次表示第1个至第N个监测设备的初始值；y＝(y1,y2,
…
,y
N
)
T
，y1、y2、
…
、y
N
依次表示第1个至第N个监测设备测得的监测数据；B
‑1表示初始值的协方差误差矩阵的逆矩阵，R
‑1表示监测数据的协方差误差矩阵的逆矩阵，H(x)表示风险概率x的测量算子。
[0013]可选的，所述杆塔的监测数据包括杆塔倾斜度、杆塔沉降量以及杆塔振动幅度中的至少之一，所述导线的监测数据包括导线风偏量、导线振动幅度、导线舞动幅度以及气象监测数据中的至少之一。
[0014]可选的，所述基于SPSA算法对变分同化模型进行求解，分别得到杆塔和导线风险概率，包括：
[0015]步骤一：对SPSA算法中的参数进行初始化，所述参数包括风险概率、迭代次数k、代价函数的阈值为J
min
以及损失函数L，其中k的初始值为1；
[0016]步骤二：基于公式二计算第k次迭代的步长a
k
，基于公式三计算第k次迭代的摄动点步长c
k
；
[0017][0018][0019]其中，a为预设初始步长，A为预设步长调节参数，α为预设步长增益系数，c为预设初始扰动因子，γ为预设扰动系数；
[0020]步骤三：通过蒙特卡洛法则生成同步摄动向量Δ
k
，得到第k次迭代的正摄动点(x
k
+c
k
Δ
k
)和负摄动点(x
k
‑
c
k
Δ
k
)，x
k
为第k次迭代时的迭代点，依次将正摄动点和负摄动点代入损失函数L中，根据代入结果计算迭代点x
k
在损失函数上的梯度G(x
k
)；
[0021]步骤四：将第k
‑
2次、第k
‑
1次和第k次迭代时的迭代点依次代入损失函数L中，根据代入结果计算第k次迭代的动态补偿因子
[0022]步骤五：根据动态补偿因子的正负数情况更新步长a
k
，基于公式五计算第k+1次的迭代点x
k+1
；
[0023]x
k+1
＝x
k
‑
a
k
G(x
k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式四；
[0024]步骤六：判断当前是否满足|J(x
k+1
)
‑
J(x
k
)|≤J
min
，若满足则停止迭代，输出当前迭代点x
k+1
，分别得到杆塔的风险概率x
tower
和导线的风险概率x
wire
，否则重复步骤二至步骤五。
[0025]可选的，所述根据代入结果计算迭代点x
k
在损失函数上的梯度G(x
k
)，包括：
[0026]基于公式五计算梯度G(x
k
)；
[0027][0028]其中，L(x
k
+c
k
Δ
k
)为正摄动点对应的损失函数值，L(x
k
‑
c
k
Δ
k
)为负摄动点对应的损失函数值。
[0029]可选的，所述根据代入结果计算第k次迭代的动态补偿因子包括：
[0030]基于公式六计算第k次迭代的动态补偿因子
[0031][0032]其中，L(x
k
)为第k次迭代时迭代点的损失函数值，L(x
k
‑2)为第k
‑
2次迭代时迭代点
的损失函数值，L(x
k
‑1)为第k
‑
1次迭代时迭代点的损失函数值，δ为预设的临界调节系数。
[0033]可选的，所述根据动态补偿因子的正负数情况更新步长a
k
，包括：
[0034]当时，表示损失函数的轨迹处于局部加速下降场景，增大步长a
k
；
[0035]当时，表示损失函数的轨迹处于局部减速下降场景，减小步长a
k
；
[0036]当时，表示损失函数的轨迹处于临界状态，保持步长a
k
不变。
[0037]可选的，所述基于预设权重对杆塔和导线的风险概率进行加权求和，得到架空输电线路的综合风险评估结果，包括：
[0038]确定杆塔的预设权重β和导线的预设权重λ，计算架空输电线路的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于变分同化的架空输电线路风险评估方法，其特征在于，所述架空输电线路风险评估方法包括：获取输电线路中杆塔与导线的监测数据；分别将杆塔的监测数据与导线的监测数据代入代价函数中，得到变分同化模型；基于SPSA算法对变分同化模型进行求解，分别得到杆塔和导线风险概率；基于预设权重对杆塔和导线的风险概率进行加权求和，得到架空输电线路的综合风险评估结果。2.根据权利要求1所述的基于变分同化的架空输电线路风险评估方法，其特征在于，所述代价函数的建立过程包括：基于公式一建立风险概率x的代价函数J(x)；其中，x＝(x1,x2,
…
,x
N
)
T
，x1、x2、
…
、x
N
依次表示第1种至第N种监测数据的风险概率；依次表示第1种至第N种监测数据的风险概率；依次表示第1个至第N个监测设备的初始值；y＝(y1,y2,
…
,y
N
)
T
，y1、y2、
…
、y
N
依次表示第1个至第N个监测设备测得的监测数据；B
‑1表示初始值的协方差误差矩阵的逆矩阵，R
‑1表示监测数据的协方差误差矩阵的逆矩阵，H(x)表示风险概率x的测量算子。3.根据权利要求1所述的基于变分同化的架空输电线路风险评估方法，其特征在于，所述杆塔的监测数据包括杆塔倾斜度、杆塔沉降量以及杆塔振动幅度中的至少之一，所述导线的监测数据包括导线风偏量、导线振动幅度、导线舞动幅度以及气象监测数据中的至少之一。4.根据权利要求1所述的基于变分同化的架空输电线路风险评估方法，其特征在于，所述基于SPSA算法对变分同化模型进行求解，分别得到杆塔和导线风险概率，包括：步骤一：对SPSA算法中的参数进行初始化，所述参数包括风险概率、迭代次数k、代价函数的阈值为J
min
以及损失函数L，其中k的初始值为1；步骤二：基于公式二计算第k次迭代的步长a
k
，基于公式三计算第k次迭代的摄动点步长c
k
；；其中，a为预设初始步长，A为预设步长调节参数，α为预设步长增益系数，c为预设初始扰动因子，γ为预设扰动系数；步骤三：通过蒙特卡洛法则生成同步摄动向量Δ
k
，得到第k次迭代的正摄动点(x
k
+c
k
Δ
k
)和负摄动点(x
k
‑
c
k
Δ
k
)，x
k
为第k次迭代时的迭代点，依次将正摄动点和负摄动点代入损失函数L中，根据代入结果计算迭代点x
k
在损失函数上的梯度G(x
k
)；步骤四：将第k
‑
2次、第k
‑
1次和第k次迭代时的迭代点依次代入损失函数L中，根据代入
结果计算第k次迭代的动态补偿因子步骤五：根据动态补偿因子的正负数情况更新步长a
k
，基于公式四计算第k+1次的迭代点x
k+1
；x
k+1
＝x
k
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：吴发献，张可，姜文东，杨俊，言大伟，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院有限公司安徽南瑞继远电网技术有限公司国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：