本發(fā)明涉及電氣工程及計算機處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種多重山火故障輸電線路風險程度分層快速分析方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：受天氣、植被和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的影響，山火災(zāi)害具有短時間內(nèi)高集中性的特點，容易在高發(fā)期大范圍爆發(fā)，引起多條輸電線路同時跳閘，且線路跳閘后重合閘率低，嚴重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，山火災(zāi)害已成為引發(fā)輸電線路跳閘的重要災(zāi)害。在輸電線路山火發(fā)生前，將滅火裝備提前部署至山火風險最大的區(qū)域，可以提高山火救援效率，降低電網(wǎng)災(zāi)害損失。而當山火大面積爆發(fā)時，滅火資源的總量通常是有限的，因此，需要對輸電線路山火風險程度進行排序，從而提前科學(xué)布置滅火裝備至電網(wǎng)風險最大的線路，提高山火救援效率。由于山火大面積爆發(fā)時有多條輸電線路同時遭受山火威脅，如果采用枚舉法計算不同線路故障組合情形下(又稱：故障集)的電網(wǎng)風險，并對輸電線路的重要程度進行排序，將出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)問題，例如當有30條輸電線路同時遭受山火威脅時，總共約有1.05×1.1×109種可能的故障集，計算量過大，計算時間長達數(shù)千小時，無法應(yīng)用于實際工程；同時，現(xiàn)有的穩(wěn)定性指標(eeac和fastest.薛禹勝.電力系統(tǒng)自動化，1998，22(9)：25-30)主要考慮電網(wǎng)的頻率、電壓、潮流等因素，2011年國務(wù)院和電網(wǎng)公司相繼頒布了《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》、《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》、《中國南方電網(wǎng)有限責任公司電力事故(事件)調(diào)查規(guī)程》以及相關(guān)的輸電線路運行考核管理規(guī)定，對電網(wǎng)風險程度評價提出了更全面的要求，除電網(wǎng)穩(wěn)定性外還需考慮負荷損失、停電范圍等多方面因素。專利zl201510191773.7提出了山火災(zāi)害下輸電線路風險集對分析方法，該方法運用集對分析理論，根據(jù)火點數(shù)量、火點與線路告警距離得出山火風險等級，未對風險進行量化；專利cn104732103a和專利cn104715346a提出了山火災(zāi)害下輸電線路臨近風險分析方法，該方法根據(jù)輸電線路附近的植被類型、風速大小、火點與線路告警距離分析輸電線路的風險大小，未分析電網(wǎng)的風險；專利cn104915775a提出了山火災(zāi)害下輸電線路的風險分析與應(yīng)急方法，該方法根據(jù)輸電線路跳閘概率和電網(wǎng)負荷切除量分析山火災(zāi)害對電網(wǎng)的風險大小，未分析對每條輸電線路的風險大小。以上專利均未考慮多故障組合下單條線路的風險評估問題，沒有解決當電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模擴大、火點數(shù)增加導(dǎo)致的計算量和計算時間的維數(shù)災(zāi)問題,也沒有提出符合工程實際的電網(wǎng)風險評價指標。針對上述專利的局限，本文發(fā)明一種多重山火故障的輸電線路風險程度分層快速分析方法及系統(tǒng)，同時提出了考慮穩(wěn)定裕度、電網(wǎng)事故等級以及運行評價指標的電網(wǎng)風險綜合評價指標，可快速、有效地分析大范圍山火災(zāi)害下大電網(wǎng)輸電線路的重要性排序，為滅火裝備的提前布置提供重要依據(jù)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明目的在于公開一種多重山火故障輸電線路風險程度分層快速分析方法及系統(tǒng)，以快速、有效地分析在山火災(zāi)害引發(fā)輸電線路多重故障情形下，電網(wǎng)輸電線路的重要性排序。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種多重山火故障輸電線路風險程度分層快速分析方法，包括：步驟(1)、獲取受山火威脅的線路數(shù)為n，采用隨機數(shù)列生成器生成長度為n的0/1數(shù)列作為電網(wǎng)的故障集，記為x＝[x1,x2,...,xn]，其中xi表示受威脅線路i的狀態(tài)，為1表示正常運行，為0表示跳閘，當故障集中有k個0時，該故障集為k重故障集；步驟(2)、綜合電網(wǎng)穩(wěn)定裕度指標、電網(wǎng)事故風險指標和電網(wǎng)運行風險指標評估各故障集下的電網(wǎng)風險r；步驟(3)、對電網(wǎng)進行q次預(yù)模擬，結(jié)合電網(wǎng)風險預(yù)估實際模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，計算公式如下：其中，nk表示第k重故障所需的模擬次數(shù)，n表示總模擬次數(shù)，表示k重故障的第r次模擬，表示t重故障的第r次模擬，mk表示q次預(yù)模擬中k重故障的個數(shù)，mt表示q次預(yù)模擬中t重故障的個數(shù)，e是自然常數(shù)；步驟(4)、在當前大于或等于100的模擬總數(shù)n中，根據(jù)上述所計算出的各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系計算電網(wǎng)各重故障所需的模擬次數(shù)nk，分別對k重故障進行nk次實際模擬，計算線路i在k重故障中的風險指標如下所示：其中，表示線路i在第j次模擬的k重故障中的風險指標，在該次模擬中，若線路i跳閘，則該線路在該次模擬中的風險指標為r；若線路i未跳閘，則該線路在該次模擬中的風險指標為0；步驟(5)、將線路i在各重故障中風險指標的期望值進行求和，得到線路i總的風險指標ei，如下所示：步驟(6)、計算總共n次模擬后的收斂指標cn，如下所示：其中，表示線路i在模擬總次數(shù)為w時的風險指標；如果cn大于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則令n＝n+1，然后返回步驟(4)，并以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標確定當次模擬故障集的重數(shù)；如果cn小于或等于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則根據(jù)ei的大小得到線路i的重要性排名，ei越大則線路i的重要性越高?？蛇x的，上述電網(wǎng)風險r的計算公式為：其中，為電網(wǎng)穩(wěn)定裕度指標，ra為電網(wǎng)事故風險指標，ro為電網(wǎng)運行風險指標。與上述方法相對應(yīng)的，本實施例還公開一種執(zhí)行上述方法的多火點電網(wǎng)風險矩陣增零變換快速救援系統(tǒng)?？蛇x的，該系統(tǒng)包括：山火信息統(tǒng)計模塊：用于獲取山火密度分布圖及受山火威脅的輸電線路；電網(wǎng)故障集生成模塊：用于采用隨機數(shù)列生成器，生成電網(wǎng)山火情形下的故障集；電網(wǎng)風險指標計算模塊：用于計算電網(wǎng)故障情形下的風險指標；分層模擬計算模塊：用于確定每一層故障重數(shù)所需的模擬次數(shù)，對不同的故障重數(shù)進行獨立的模擬計算。本發(fā)明具有以下有益效果：根據(jù)隨機的預(yù)模擬預(yù)估實際模擬中各重故障集與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，并以該預(yù)估的比例關(guān)系指導(dǎo)實際模擬中的各重故障集的分配，然后再對不同的故障重數(shù)進行獨立的分層模擬計算，并對各重故障的風險指標進行收斂性驗證；如果cn大于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則令n＝n+1，并以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標確定當次模擬故障集的重數(shù)，直至滿足精度要求，確保了最終數(shù)據(jù)的可靠性。藉此，本發(fā)明方案原理清楚，可操作性強；可快速得到山火災(zāi)害下輸電線路重要性的排序；對滅火裝備的科學(xué)預(yù)先布置有重要指導(dǎo)作用。另一方面，現(xiàn)有的隨機模擬通常需要對從頭到尾的每一次模擬都進行收斂性判斷，而且是對電網(wǎng)風險各重故障集所組合的整體進行收斂性判斷；而本發(fā)明對前n次模擬僅需要進行一次收斂性判斷，并且整個處理過程中都是分別對各重故障的收斂性單獨進行判斷；相比之下，本發(fā)明從微觀層面進一步確保了各重故障集模擬數(shù)據(jù)分配的合理性和結(jié)果的可靠性。此外，經(jīng)大量實驗驗證，本發(fā)明具有很好的兼容性，受山火威脅的線路數(shù)多少都能基于本發(fā)明方法及系統(tǒng)進行分析；當受山火威脅的線路數(shù)多時，相應(yīng)故障集的重現(xiàn)率就低；相反，當受山火威脅的線路數(shù)少時，相應(yīng)故障集的重現(xiàn)率就高，且最終所得的結(jié)果與枚舉法結(jié)果一致；同時，基于通過預(yù)模擬所預(yù)估的各重故障集與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，當精度ε∈[0.01,0.1時]，實際模擬總數(shù)在1100次前后都基本收斂，使得受山火威脅的線路數(shù)多這種情況下的計算效率大大提升，可有效應(yīng)用于工程實際。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。附圖說明構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：圖1是本發(fā)明應(yīng)用例1的線路拓撲圖；圖2是本發(fā)明應(yīng)用例2的線路拓撲圖；圖3是本發(fā)明方法應(yīng)用例的收斂性結(jié)果示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，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本實施例公開一種多重山火故障輸電線路風險程度分層快速分析方法，包括：步驟(1)、獲取受山火威脅的線路數(shù)為n，采用隨機數(shù)列生成器生成長度為n的0/1數(shù)列作為電網(wǎng)的故障集，記為x＝[x1,x2,...,xn]，其中xi表示受威脅線路i的狀態(tài)，為1表示正常運行，為0表示跳閘，當故障集中有k個0時，該故障集為k重故障集。在該步驟中，受山火威脅的線路可通過山火密度分布圖獲取，山火密度的計算方法可參見本發(fā)明人在先已公開的zl201510255860.4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(yù)報方法”。步驟(2)、綜合電網(wǎng)穩(wěn)定裕度指標、電網(wǎng)事故風險指標和電網(wǎng)運行風險指標評估各故障集下的電網(wǎng)風險r。在該步驟中，可選的，其中，為電網(wǎng)穩(wěn)定裕度指標，ra為電網(wǎng)事故風險指標，ro為電網(wǎng)運行風險指標。為電網(wǎng)穩(wěn)定裕度指標，根據(jù)文獻《eeac和fastest》(薛禹勝，電力系統(tǒng)自動化，1998，22(9)：25-30)方法計算。根據(jù)國務(wù)院頒布的《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》、國家電網(wǎng)公司頒布的《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》和南方電網(wǎng)公司頒布《中國南方電網(wǎng)有限責任公司電力事故(事件)調(diào)查規(guī)程》，將電網(wǎng)事故嚴重程度分為八個等級，電網(wǎng)事故風險指標ra如表1所示：表1：根據(jù)國家電網(wǎng)運檢部對輸電線路的考核評價規(guī)定，電網(wǎng)運行風險指標ro由所有跳閘線路中最高電壓等級而定，如表2所示：表2：步驟(3)、對電網(wǎng)進行q次預(yù)模擬，結(jié)合電網(wǎng)風險預(yù)估實際模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，計算公式如下：其中，nk表示第k重故障所需的模擬次數(shù)，n表示總模擬次數(shù)，表示k重故障的第r次模擬，表示t重故障的第r次模擬，mk表示q次預(yù)模擬中k重故障的個數(shù)，mt表示q次預(yù)模擬中t重故障的個數(shù)，e是自然常數(shù)。本實施例中，基于電網(wǎng)在做硬件部署時都確保了全網(wǎng)同一時任意1處故障都不影響電網(wǎng)運行的保障措施，因此預(yù)先設(shè)置1重故障集占總模擬次數(shù)的比例為0。步驟(4)、在當前大于或等于100的模擬總數(shù)n中，根據(jù)上述所計算出的各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系計算電網(wǎng)各重故障所需的模擬次數(shù)nk，分別對k重故障進行nk次實際模擬，計算線路i在k重故障中的風險指標如下所示：其中，表示線路i在第j次模擬的k重故障中的風險指標，在該次模擬中，若線路i跳閘，則該線路在該次模擬中的風險指標為r；若線路i未跳閘，則該線路在該次模擬中的風險指標為0。在該步驟中，由于在同一故障集所造成的電網(wǎng)風險中難以進一步量化任一線路的風險指標，因此，在一次模擬中，將同一故障集中的各個線路的風險指標都設(shè)為該故障集所造成的總的電網(wǎng)風險r；而且由于各種故障集下各線路都遵循同一處理原則，因此對后續(xù)各線路重要性排序的最終處理結(jié)果都是公平的，確保了最終結(jié)果的可靠性。步驟(5)、將線路i在各重故障中風險指標的期望值進行求和，得到線路i總的風險指標ei，如下所示：步驟(6)、計算總共n次模擬后的收斂指標cn，如下所示：其中，表示線路i在模擬總次數(shù)為w時的風險指標(上述收斂指標公式的本質(zhì)為：在n次由各重故障集組成的總模擬次數(shù)中，重點對后100次模擬的收斂性進行評估)；如果cn大于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則令n＝n+1，然后返回步驟(4)，并以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標確定當次模擬故障集的重數(shù)；如果cn小于或等于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則根據(jù)ei的大小得到線路i的重要性排名，ei越大則線路i的重要性越高。在該步驟中，所謂“以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標確定當次模擬故障集的重數(shù)”，舉例說明如下：假設(shè)根據(jù)預(yù)模擬所計算的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為：當前已進行的總模擬次數(shù)為950次尚未滿足精度要求，其中，2重故障的模擬次數(shù)為650次，3重故障的模擬次數(shù)為299次，4重故障的模擬次數(shù)為1次；現(xiàn)在需進行第951次的模擬，以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標，則計算現(xiàn)有的分配比例中具體哪重故障與上述所計算出的比例差值，并將該次新增的模擬分配給差值越大的故障集，藉此，第951次模擬需要分配給3重故障；特殊情況下，當各重故障已分配的比例與上述所計算比例的差值都相等時，則可將下一次模擬分配給任一故障集；后續(xù)依次類推，不做贅述。本實施例中，優(yōu)選的，上述預(yù)模擬次數(shù)的取值范圍為：q∈[250,350]；上述步驟s4中模擬總數(shù)n初次的取值范圍為：n∈[900,1200]。與上述方法相對應(yīng)的，本實施例公開一種執(zhí)行上述方法的多火點電網(wǎng)風險矩陣增零變換快速救援系統(tǒng)?？蛇x的，該系統(tǒng)包括：山火信息統(tǒng)計模塊：用于獲取山火密度分布圖及受山火威脅的輸電線路；電網(wǎng)故障集生成模塊：用于采用隨機數(shù)列生成器，生成電網(wǎng)山火情形下的故障集；電網(wǎng)風險指標計算模塊：用于計算電網(wǎng)故障情形下的風險指標；分層模擬計算模塊：用于確定每一層故障重數(shù)所需的模擬次數(shù)，對不同的故障重數(shù)進行獨立的模擬計算。綜上，本實施例公開的多重山火故障輸電線路風險程度分層快速分析方法，根據(jù)隨機的預(yù)模擬預(yù)估實際模擬中各重故障集與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，并以該預(yù)估的比例關(guān)系指導(dǎo)實際模擬中的各重故障集的分配，然后再對不同的故障重數(shù)進行獨立的分層模擬計算，并對各重故障的風險指標進行收斂性驗證；如果cn大于預(yù)先設(shè)定的精度ε，則令n＝n+1，并以接近預(yù)模擬中各重故障的模擬次數(shù)與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系為分配目標確定當次模擬故障集的重數(shù)，直至滿足精度要求，確保了最終數(shù)據(jù)的可靠性。藉此，本發(fā)明方案原理清楚，可操作性強；可快速得到山火災(zāi)害下輸電線路重要性的排序；對滅火裝備的科學(xué)預(yù)先布置有重要指導(dǎo)作用。另一方面，現(xiàn)有的隨機模擬通常需要對從頭到尾的每一次模擬都進行收斂性判斷，而且是對電網(wǎng)風險各重故障集所組合的整體進行收斂性判斷；而本發(fā)明對前n次模擬僅需要進行一次收斂性判斷，并且整個處理過程中都是分別對各重故障的收斂性單獨進行判斷；相比之下，本發(fā)明從微觀層面進一步確保了各重故障集模擬數(shù)據(jù)分配的合理性和結(jié)果的可靠性。此外，經(jīng)大量實驗驗證，本發(fā)明具有很好的兼容性，受山火威脅的線路數(shù)多少都能基于本發(fā)明方法及系統(tǒng)進行分析；當受山火威脅的線路數(shù)多時，相應(yīng)故障集的重現(xiàn)率就低；相反，當受山火威脅的線路數(shù)少時，相應(yīng)故障集的重現(xiàn)率就高，且最終所得的結(jié)果與枚舉法結(jié)果一致；同時，基于通過預(yù)模擬所預(yù)估的各重故障集與總模擬次數(shù)的比例關(guān)系，當精度ε∈[0.01,0.1時]，實際模擬總數(shù)在1100次前后都基本收斂，使得受山火威脅的線路數(shù)多這種情況下的計算效率大大提升，可有效應(yīng)用于工程實際?；谏鲜鱿到y(tǒng)及方法的典型應(yīng)用1如下：(1)、以ieee新英格蘭10機39節(jié)點標準算例為對象進行研究，如圖1所示。獲取火點實時信息，得出受火點威脅線路以及線路跳閘概率為：線路16-24，線路23-24，線路22-23，線路21-22。(2)、按照線路跳閘概率模擬生成電網(wǎng)故障集，以及計算各山火故障集下的電網(wǎng)風險指標。(3)、根據(jù)輸電線路的跳閘概率進行次數(shù)為q＝300的預(yù)模擬，計算得到實際模擬中各重故障的所需的模擬次數(shù)與總的模擬次數(shù)的比值：(4)、設(shè)精度ε＝0.1，計算得到當模擬次數(shù)n＝1000時，滿足精度收斂條件cn≤ε。(5)、根據(jù)上述公式計算線路i在k重故障中的風險指標如下表1所示。表1：(6)、計算線路i在各重故障中風險指標之和，得到線路i總的風險指標ei如表2所示。表2：線路風險指標總期望線路16-240.5151線路23-241.0167線路22-230.6871線路21-221.0896(6)根據(jù)ei的大小得到線路i的重要性排名，ei越大則線路i的重要性排名越靠前，最終計算得到線路的排序結(jié)果如下表3所示。表3：線路重要性排名線路16-244線路23-242線路22-233線路21-221其中，該排序結(jié)果與通過枚舉法所得排序結(jié)果一致?；谏鲜鱿到y(tǒng)及方法的典型應(yīng)用2如下：將ieee10機39節(jié)點系統(tǒng)的火點數(shù)增加到20個，如果運用枚舉法進行求解火點數(shù)為20時各線路的風險值，需進行220-1≈1.05×106次計算，工程實際中無法應(yīng)用。如圖2所示，受火點威脅的各線路的跳閘概率如下表4所示。表4：基于本發(fā)明的上述方法，總共進行3000次模擬，結(jié)果如圖3所示，其中縱坐標為各線路總的風險值，橫坐標為總的模擬次數(shù)，線條代表受山火威脅線路在不同模擬次數(shù)下的風險值。與枚舉法相比，在本專利提出的多重山火故障的輸電線路風險程度分層快速分析方法下，取精度ε＝0.1，則模擬次數(shù)達1100次后結(jié)果收斂，計算效率大大提升。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(lǐng)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(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12