本發(fā)明涉及電氣工程及計算機處理技術(shù)領域，尤其涉及一種大范圍山火災害電網(wǎng)多故障滅火裝備布置方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當前，煤、液化氣也已作為主要燃料，樹木雜草遍布，受春節(jié)清明祭祖、農(nóng)作物焚燒等人為用火習俗影響，全國范圍山火災害頻發(fā)，據(jù)統(tǒng)計，近幾年平均每年爆發(fā)超過2萬起山火，導致多次發(fā)生線路山火跳閘事故。隨著我國特高壓輸電工程的逐步投入運行，特高壓輸電線路運行的可靠性要求極高，一旦發(fā)生山火跳閘事故，將對電網(wǎng)穩(wěn)定造成重大威脅，嚴重時甚至會導致電網(wǎng)崩潰和解列。因此，需要在山火發(fā)生前根據(jù)輸電線路風險程度大小提前布置滅火裝備，縮短滅火救援距離，確保在山火發(fā)生第一時間及時救援對電網(wǎng)威脅重大的山火災害。然而，當大范圍山火災害爆發(fā)時，山火威脅的輸電線路數(shù)量多，采用枚舉法計算不同線路故障組合時的電網(wǎng)風險時計算量巨大，如當山火威脅的線路數(shù)量僅為30條時，故障組合數(shù)量達1.07×109次，計算量十分巨大，無法高效求解線路的風險程度大小，難以指導制定最優(yōu)的滅火裝備布控方案。
專利CN103942458A提出了一種輸電線路山火應急處置優(yōu)化智能決策方法，該方法根據(jù)山火距線路距離、火場面積、線路電壓等級等參數(shù)分析山火火點的危險程度，并據(jù)此制定滅火資源調(diào)配方案，該方法僅分析山火對線路的威脅程度，未分析山火對電網(wǎng)的風險程度，無法制定出最優(yōu)的決策方案；專利ZL201510305595.6提出了一種輸電線路山火災害的風險評估與應急決策方法，該方法根據(jù)輸電線路電壓等級、線路山火跳閘負荷損失、線路山火跳閘風險等指數(shù)計算線路風險大小，并據(jù)此制定滅火優(yōu)先處置次序，該方法僅考慮了單一線路跳閘的風險，未分析多條線路同時跳閘時的風險；專利CN103971484A提出了一種大范圍輸電線路山火應急處置智能決策方法，該方法僅根據(jù)輸電線路附近山火火點數(shù)量和輸電線路電壓等級布置滅火裝備數(shù)量，未根據(jù)山火對電網(wǎng)的風險大小制定最優(yōu)的決策方案；專利ZL201410477607.9提出了一種基于圖論的輸電線路山火應急點選址方法，該方法根據(jù)歷史山火高發(fā)的區(qū)域選擇應急裝備布置的位置，而山火火點多的區(qū)域不一定是電網(wǎng)山火風險大的區(qū)域，僅根據(jù)山火發(fā)生的可能性制定滅火裝備布控方案難以最大化降低電網(wǎng)山火風險。
現(xiàn)有的相關專利分析了山火對于單條輸電線路的風險大小，均未分析山火對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的風險，未能制定最優(yōu)的滅火裝備布控方案，難以充分發(fā)揮有限滅火裝備的滅火效益。針對這一局限，本發(fā)明提出了一種大范圍山火災害電網(wǎng)防山火裝備最優(yōu)布控方法及系統(tǒng)，綜合分析多重山火故障電網(wǎng)風險，克服枚舉法計算量巨大的難題，快速計算線路對電網(wǎng)的風險程度，并指導制定了最優(yōu)的滅火裝備布控方案，提升滅火處置的效果和效率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于公開一種大范圍山火災害電網(wǎng)多故障滅火裝備布置方法及系統(tǒng)，以快速計算線路對電網(wǎng)的風險程度，進而指導制定最優(yōu)的滅火裝備布控方案。
為實現(xiàn)上述目的，本實施例公開的方法包括：
步驟S1、針對受山火災害威脅的輸電線路集合中每一條線路，隨機生成一個0或1的整數(shù)，若隨機數(shù)為1，則表示該線路包含在山火故障組合中，反之，則表示該線路不包含在故障組合中，以此方式生成一個線路故障組合Fj，其中，k為故障組合中線路的數(shù)量；fij為第j個故障組合中的第i條線路；
步驟S2、計算該線路故障組合條件下的電網(wǎng)負荷損失量Dj；
步驟S3、計算各線路i的電網(wǎng)風險指標Ri；i＝1,2,…,n；其中，q為包含第i條線路的故障組合數(shù)量；Dj為第j個包含第i條線路的故障組合下的電網(wǎng)負荷損失量；m為故障組合的總數(shù)；
重復上述步驟S1至步驟S3共m次，計算得到各線路的m個電網(wǎng)風險指標；
步驟S4、設置預期的計算精度α，根據(jù)公式計算第i條線路所需的總抽樣次數(shù)Ti；其中，為第i條線路在第t次抽樣后的電網(wǎng)風險指標；為第i條線路的電網(wǎng)風險指標平均值；并從各線路中選擇總抽樣次數(shù)最大的作為系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T；
步驟S5、繼續(xù)重復上述步驟S1至步驟S3直到抽樣次數(shù)等于總抽樣次數(shù)T；校驗當前實際計算精度是否小于預期值，若小于預期值，則根據(jù)T次抽樣得到各線路的電網(wǎng)風險指標Ri；否則，令T＝T+1重復上述步驟S1至步驟S3，直到實際計算精度小于預期值；其中，當前實際計算精度的計算公式為：
步驟S6、根據(jù)最終確定的各線路的電網(wǎng)風險指標部署滅火裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開的系統(tǒng)包括用于執(zhí)行以下方法以確定各線路的電網(wǎng)風險指標的核心數(shù)據(jù)處理模塊，所述具體方法包括：
步驟S1、針對受山火災害威脅的輸電線路集合中每一條線路，隨機生成一個0或1的整數(shù)，若隨機數(shù)為1，則表示該線路包含在山火故障組合中，反之，則表示該線路不包含在故障組合中，以此方式生成一個線路故障組合Fj，其中，k為故障組合中線路的數(shù)量；fij為第j個故障組合中的第i條線路；
步驟S2、計算該線路故障組合條件下的電網(wǎng)負荷損失量Dj；
步驟S3、計算各線路i的電網(wǎng)風險指標Ri；i＝1,2,…,n；其中，q為包含第i條線路的故障組合數(shù)量；Dj為第j個包含第i條線路的故障組合下的電網(wǎng)負荷損失量；m為故障組合的總數(shù)；
重復上述步驟S1至步驟S3共m次，計算得到各線路的m個電網(wǎng)風險指標；
步驟S4、設置預期的計算精度α，根據(jù)公式計算第i條線路所需的總抽樣次數(shù)Ti；其中，為第i條線路在第t次抽樣后的電網(wǎng)風險指標；為第i條線路的電網(wǎng)風險指標平均值；并從各線路中選擇總抽樣次數(shù)最大的作為系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T；
步驟S5、繼續(xù)重復上述步驟S1至步驟S3直到抽樣次數(shù)等于總抽樣次數(shù)T；校驗當前實際計算精度是否小于預期值，若小于預期值，則根據(jù)T次抽樣得到各線路的電網(wǎng)風險指標Ri；否則，令T＝T+1重復上述步驟S1至步驟S3，直到實際計算精度小于預期值；其中，當前實際計算精度的計算公式為：
綜上，本發(fā)明所公開的滅火裝備布置方法及系統(tǒng)思路清晰，操作方便，實用性強；能科學合理的預測總的抽樣次數(shù)，并對所預測的抽樣次數(shù)進行收斂性校驗，確保了最終得到的各線路的電網(wǎng)風險指標的可靠性，有效解決了每次抽樣后都對收斂性進行判斷的現(xiàn)有算法所造成的數(shù)據(jù)計算量巨大的問題并克服了枚舉法計算的維數(shù)災問題；快速計算多重山火故障下線路風險程度，進而指導并制定出最優(yōu)的滅火裝備布控方案。
下面將對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1
本實施例公開一種大范圍山火災害電網(wǎng)多故障滅火裝備布置方法，包括：
步驟S1、針對受山火災害威脅的輸電線路集合中每一條線路，隨機生成一個0或1的整數(shù)，若隨機數(shù)為1，則表示該線路包含在山火故障組合中，反之，則表示該線路不包含在故障組合中，以此方式生成一個線路故障組合Fj，其中，k為故障組合中線路的數(shù)量；fij為第j個故障組合中的第i條線路。
優(yōu)選地，在該步驟S1之前還包括：獲取山火密度預測數(shù)據(jù)，將輸電線路桿塔經(jīng)緯度與山火密度預測數(shù)據(jù)進行疊加計算，得到各輸電線路桿塔的山火密度值，選取其中山火密度大于0的桿塔所在的線路，即為受山火災害威脅的輸電線路集合。其中，山火密度的計算方法可參見本發(fā)明人在先已公開的ZL 201510255860.4號發(fā)明專利，專利名稱為“一種輸電線路山火精細化密度預報方法”。
步驟S2、計算該線路故障組合條件下的電網(wǎng)負荷損失量Dj。
步驟S3、計算各線路i的電網(wǎng)風險指標Ri；i＝1,2,…,n；其中，q為包含第i條線路的故障組合數(shù)量；Dj為第j個包含第i條線路的故障組合下的電網(wǎng)負荷損失量；m為故障組合的總數(shù)。
重復上述步驟S1至步驟S3共m次，計算得到各線路的m個電網(wǎng)風險指標。優(yōu)選地，m取值范圍為：m∈[450,550]。
步驟S4、設置預期的計算精度α，根據(jù)公式計算第i條線路所需的總抽樣次數(shù)Ti；其中，為第i條線路在第t次抽樣后的電網(wǎng)風險指標；為第i條線路的電網(wǎng)風險指標平均值；然后從各線路中選擇總抽樣次數(shù)最大的作為系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T。
該步驟中，優(yōu)選地，計算精度的取值范圍為：α∈[0.01,0.1]。
步驟S5、繼續(xù)重復上述步驟S1至步驟S3直到抽樣次數(shù)等于總抽樣次數(shù)T；校驗當前實際計算精度是否小于預期值，若小于預期值，則根據(jù)T次抽樣得到各線路的電網(wǎng)風險指標Ri；否則，令T＝T+1重復上述步驟S1至步驟S3，直到實際計算精度小于預期值；其中，當前實際計算精度的計算公式為：
步驟S6、根據(jù)最終確定的各線路的電網(wǎng)風險指標部署滅火裝置?？蛇x的，該步驟的具體執(zhí)行可以是：
將管轄范圍劃分為若干個區(qū)域，計算各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度，計算公式如下：
式中，Sq為區(qū)域q的電網(wǎng)風險程度；p為劃分的區(qū)域數(shù)量；t為區(qū)域q中受山火威脅的線路條數(shù)；Ri為區(qū)域q中線路i的電網(wǎng)風險指標；為區(qū)域q中線路i的山火密度平均值；然后根據(jù)各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度，計算滅火裝備的布控數(shù)量，例如：根據(jù)電力安全事故調(diào)查規(guī)程，為避免電網(wǎng)出現(xiàn)5級及以上安全事故，設置的滅火裝備布控基準值為：損失負荷100MW、山火密度為1時布控滅火裝備1臺；藉此，各區(qū)域滅火裝備數(shù)量的計算公式如下：
式中，Nq為第q個區(qū)域布置的滅火裝備數(shù)量；U(·)為向上取整運算。
進一步的，本實施例還可以在完成上述的m次抽樣之后，基于同樣算法二次預測系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T，并取兩次預測結(jié)果中的較大值作為最終預測的總抽樣次數(shù)。本實施例中，優(yōu)選的，首次計算總抽樣次數(shù)T的m取值范圍為：m∈[450,550]；相對應的，二次計算總抽樣次數(shù)T在完成該m的最大取值范圍次抽樣之后進行。
基于上述方法的典型應用如下：
(1)獲取山火密度預測數(shù)據(jù)，將輸電線路桿塔經(jīng)緯度與山火密度預測數(shù)據(jù)進行疊加計算，得到各輸電線路桿塔的山火密度值，選取其中山火密度大于0的桿塔所在的線路，即為受山火災害威脅的輸電線路集合L，如下所示：
L＝{l1,l2,l3,l4}＝{500kV線路1,500kV線路2,500kV線路3,220kV線路4}。
(2)采用隨機抽樣的方式，得到一個山火故障組合。具體示例為：針對受山火災害威脅的輸電線路集合L中的第1條線路“500kV線路1”生成一個0或者1的隨機數(shù)為1，表示本次抽樣得到的山火故障組合包含“500kV線路1”；針對L中的第2條線路“500kV線路2”生成一個隨機數(shù)為0，表示本次抽樣得到的山火故障組合不包含“500kV線路2”；針對L中的第3條線路“500kV線路3”生成一個隨機數(shù)為1，表示本次抽樣得到的山火故障組合包含“500kV線路3”；針對L中的第4條線路“220kV線路4”生成一個隨機數(shù)為0，表示本次抽樣得到的山火故障組合不包含“220kV線路4”。
(3)計算該線路故障組合條件下的電網(wǎng)負荷損失量Dj。
(4)計算各線路的電網(wǎng)風險指標Ri。
(5)重復步驟(2)-(4)500次(包含有重復的故障組合)，計算得到各線路的500個電網(wǎng)風險指標。
(6)設置預期的計算精度α＝0.05，計算得到所需的總抽樣次數(shù)為T＝2980次。
(7)繼續(xù)重復步驟(2)-(4)300次，計算得到各線路的800個電網(wǎng)風險指標。
(8)設置計算精度α＝0.05，重新計算得到所需的總抽樣次數(shù)為T＝2920次，與步驟(6)計算得到的所需總抽樣次數(shù)基本一致，表明計算結(jié)果的可靠性。
(9)根據(jù)步驟(6)和步驟(8)計算得到的所需總抽樣次數(shù)，設置總抽樣次數(shù)為2980次，繼續(xù)重復步驟(2)-(4)2180次。
(10)根據(jù)2980次總的抽樣計算結(jié)果，校驗當前實際計算精度是否小于預期的計算精度，計算得到α＝0.049，小于設置的計算精度0.05，表明可以結(jié)束抽樣。
(11)得到各線路的電網(wǎng)風險程度為Ri如下：
R1＝75,R2＝80,R3＝65,R4＝28。
(12)將管轄范圍劃分為2個區(qū)域，其中500kV線路1和500kV線路2在區(qū)域1，500kV線路3和220kV線路4在區(qū)域2，500kV線路1的山火密度平均值為1.1，500kV線路2的山火密度平均值為1.3，500kV線路3的山火密度平均值為0.8，220kV線路4的山火密度平均值為1.2。計算得到各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度如下：
S1＝75×1.1+80×1.3＝186.5；
S2＝65×0.8+28×1.2＝85.6；
(13)根據(jù)各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度，計算滅火裝備的布控數(shù)量，計算公式如下：
得到滅火裝備的最有布控方案為：區(qū)域1布置滅火裝備2臺，區(qū)域2布置滅火裝備1臺。
實施例2
與上述方法實施例相對應的，本實施例公開一種大范圍山火災害電網(wǎng)多故障滅火裝備布置系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于執(zhí)行以下方法以確定各線路的電網(wǎng)風險指標的核心數(shù)據(jù)處理模塊，具體方法包括：
步驟S1、針對受山火災害威脅的輸電線路集合中每一條線路，隨機生成一個0或1的整數(shù)，若隨機數(shù)為1，則表示該線路包含在山火故障組合中，反之，則表示該線路不包含在故障組合中，以此方式生成一個線路故障組合Fj，其中，k為故障組合中線路的數(shù)量；fij為第j個故障組合中的第i條線路。
步驟S2、計算該線路故障組合條件下的電網(wǎng)負荷損失量Dj。
步驟S3、計算各線路i的電網(wǎng)風險指標Ri；i＝1,2,…,n；其中，q為包含第i條線路的故障組合數(shù)量；Dj為第j個包含第i條線路的故障組合下的電網(wǎng)負荷損失量；m為故障組合的總數(shù)；
重復上述步驟S1至步驟S3共m次，計算得到各線路的m個電網(wǎng)風險指標。
步驟S4、設置預期的計算精度α，根據(jù)公式計算第i條線路所需的總抽樣次數(shù)Ti；其中，為第i條線路在第t次抽樣后的電網(wǎng)風險指標；為第i條線路的電網(wǎng)風險指標平均值；并從各線路中選擇總抽樣次數(shù)最大的作為系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T。
步驟S5、繼續(xù)重復上述步驟S1至步驟S3直到抽樣次數(shù)等于總抽樣次數(shù)T；校驗當前實際計算精度是否小于預期值，若小于預期值，則根據(jù)T次抽樣得到各線路的電網(wǎng)風險指標Ri；否則，令T＝T+1重復上述步驟S1至步驟S3，直到實際計算精度小于預期值；其中，當前實際計算精度的計算公式為：
步驟S6、根據(jù)最終確定的各線路的電網(wǎng)風險指標部署滅火裝置。
優(yōu)選地，本實施例系統(tǒng)還包括：部署模塊，用于根據(jù)所述核心數(shù)據(jù)處理模塊最終確定的各線路的電網(wǎng)風險指標部署滅火裝置，具體的部署方法包括：將管轄范圍劃分為若干個區(qū)域，計算各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度，計算公式如下：
式中，Sq為區(qū)域q的電網(wǎng)風險程度；p為劃分的區(qū)域數(shù)量；t為區(qū)域q中受山火威脅的線路條數(shù)；Ri為區(qū)域q中線路i的電網(wǎng)風險指標；為區(qū)域q中線路i的山火密度平均值；然后根據(jù)各區(qū)域的電網(wǎng)風險程度，計算滅火裝備的布控數(shù)量。
本系統(tǒng)中，優(yōu)選地，計算精度α∈[0.01,0.1]；首次計算總抽樣次數(shù)T的m取值范圍為：m∈[450,550]進一步的，上述核心數(shù)據(jù)處理模塊還用于：在完成所述m的最大取值范圍次抽樣之后，并在首次總抽樣次數(shù)T未完成之前，基于同樣算法二次預測系統(tǒng)預計的總抽樣次數(shù)T，并取兩次預測結(jié)果中的較大值作為最終預測的總抽樣次數(shù)。
綜上，本實施例所公開的滅火裝備布置方法及系統(tǒng)思路清晰，操作方便，實用性強；能科學合理的預測總的抽樣次數(shù)，并對所預測的抽樣次數(shù)進行收斂性校驗，確保了最終得到的各線路的電網(wǎng)風險指標的可靠性，有效解決了每次抽樣后都對收斂性進行判斷的現(xiàn)有算法所造成的數(shù)據(jù)計算量巨大的問題并克服了枚舉法計算的維數(shù)災問題；快速計算多重山火故障下線路風險程度，進而指導并制定出最優(yōu)的滅火裝備布控方案。
此外，值得說明的是；本發(fā)明所公開的滅火裝備布置方法及系統(tǒng)，當受山火威脅的線路數(shù)量多時，尤其適用；同時還適用于受山火威脅的線路數(shù)量少的場景中，且基于本發(fā)明方法處理的計算結(jié)果與通過枚舉法所得出的計算結(jié)果一致，可以說明本發(fā)明技術(shù)方案的可靠性；換言之，本發(fā)明的方法及系統(tǒng)與受山火威脅的線路數(shù)量多少關系不大，當線路數(shù)量少時，其存在的重復性的故障組合多；反之，當線路數(shù)量多時，其存在的重復性的故障組合少；通常，通過m∈[450,550]次抽樣計算即可準確預計總的抽樣次數(shù)的范圍。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。