一種基于聚類分析的輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其與一種基于聚類分析的輸電線路山火風(fēng)險區(qū) 域劃分方法有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟持續(xù)增長，輸電線路的大量建設(shè)使得電力走廊的緊張形勢日益嚴 峻，許多輸電線路的走廊不可避免地建設(shè)在山火高發(fā)區(qū)。近年來，輸電線路山火頻發(fā)，給我 國電力系統(tǒng)帶來嚴重威脅。根據(jù)電網(wǎng)公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，山火導(dǎo)致輸電線路跳閘的形勢 越來越嚴峻。然而，我國地域遼闊，地形復(fù)雜，植被資源分布各不相同，各地民風(fēng)民俗亦不盡 相同。同時，山火分布受當?shù)亟?jīng)濟水平和人口密度的影響，以上因素導(dǎo)致了山火的分布在各 個區(qū)域的差異很大。然而，目前有基于電氣距離的電網(wǎng)分區(qū)和基于社團發(fā)現(xiàn)的電網(wǎng)分區(qū)方 法?；谏鐖F發(fā)現(xiàn)的電網(wǎng)分區(qū)方法利用潮流和阻抗參數(shù)作為變的權(quán)重建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型， 得到了電網(wǎng)的分區(qū)結(jié)果。專利公開號為CN104614783A公開了一種對電力系統(tǒng)輸電桿塔周 邊環(huán)境的氣象風(fēng)險確定方法，該方法包括以下步驟：
[0003] (1)以電力系統(tǒng)輸電線路中的待評估桿塔為中心，按照設(shè)定區(qū)域半徑進行0~4級 不同環(huán)境氣象風(fēng)險評估區(qū)域的劃分，得到五個等級的區(qū)域，即第4級區(qū)域、第3級區(qū)域、第2 級區(qū)域、第1級區(qū)域和第〇級區(qū)域；
[0004] (2)從氣象系統(tǒng)或電力系統(tǒng)內(nèi)部的雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測記錄中，分別獲取在當前時 刻以前1小時內(nèi)，待評估桿塔在第4級區(qū)域、第3級區(qū)域、第2級區(qū)域和第1級區(qū)域內(nèi)發(fā)生 的對地閃絡(luò)雷擊的雷電流幅值，分別將該雷電流幅值與待評估桿塔的直擊耐雷水平Ilmax 進行比較，將超過待評估桿塔直擊耐雷水平Ilmax的記為發(fā)生一次有效雷擊，比較后得到 四個等級區(qū)域中發(fā)生有效雷擊的次數(shù)，并分別記為KLR4, KLR3, KLR2和KLRl ;
[0005] 根據(jù)四個等級區(qū)域中發(fā)生有效雷擊的次數(shù)，得到當前時刻桿塔的雷暴風(fēng)險KL的 評估方程如下：
[0006] KL = 2X (KLR4+KLR3/4+KLR2/9+KLR1/16)
[0007] (3)從氣象系統(tǒng)中，分別獲取當前時刻下臺風(fēng)或風(fēng)暴在待評估桿塔的第4級區(qū)域、 第3級區(qū)域、第2級區(qū)域和第1級區(qū)域中的最大風(fēng)速，將該最大風(fēng)速與待評估桿塔導(dǎo)線發(fā)生 最大允許風(fēng)偏相對應(yīng)的風(fēng)速Vwmax進行比較，區(qū)域內(nèi)的最大風(fēng)速大于待評估桿塔導(dǎo)線發(fā)生 最大允許風(fēng)偏對應(yīng)的風(fēng)速Vwmax，則認為該區(qū)域存在臺風(fēng)或風(fēng)暴風(fēng)險，并將該區(qū)域的臺風(fēng)或 風(fēng)暴風(fēng)險KWR4、KWR3、KWR2或KWRl記為1，若該最大風(fēng)速小于或等于待評估桿塔導(dǎo)線發(fā)生最 大允許風(fēng)偏對應(yīng)的風(fēng)速Vwmax，則認為待評估桿塔導(dǎo)線不存在臺風(fēng)或風(fēng)暴風(fēng)險，并將相應(yīng)的 第4級區(qū)域、第3級區(qū)域、第2級區(qū)域和第1級區(qū)域中的臺風(fēng)或風(fēng)暴風(fēng)險KWR4、KWR3、KWR2 或KWRl記為0 ;
[0008] 根據(jù)四個等級區(qū)域中臺風(fēng)或風(fēng)暴風(fēng)險的比較結(jié)果，得到當前待評估桿塔的臺風(fēng)風(fēng) 險KW的評估方程如下：
[0009] Kff = KffRl+KWR2+KWR3+KffR4
[0010] (4)從氣象系統(tǒng)中，分別獲取當前時刻下待評估桿塔的第4級區(qū)域、第3級區(qū)域、第 2級區(qū)域和第1級區(qū)域內(nèi)的山火監(jiān)控情況，根據(jù)發(fā)生山火情況，分別對待評估桿塔的的四個 區(qū)域內(nèi)的山火災(zāi)害風(fēng)險進行判斷，若在區(qū)域內(nèi)存在發(fā)生山火的情況，則將該區(qū)域的山火災(zāi) 害風(fēng)險KFR4、KFR3、KFR2或KFRl記為1，若在區(qū)域內(nèi)不存在發(fā)生山火的情況，則將該區(qū)域的 山火災(zāi)害風(fēng)險KFR4、KFR3、KFR2或KFRl記為0 ;
[0011] 根據(jù)上述山火災(zāi)害風(fēng)險判斷結(jié)果，得到當前評估桿塔的山火災(zāi)害風(fēng)險KF的評估 方程如下：
[0013] (5)從氣象系統(tǒng)中，得到當前時刻下待評估桿塔的第4級區(qū)域、第3級區(qū)域、第2級 區(qū)域和第1級區(qū)域內(nèi)的降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，將各級區(qū)域內(nèi)的最大降水量依據(jù)氣象部門通用標準 進行分級，根據(jù)分級結(jié)果，分別對待評估桿塔的的四個區(qū)域內(nèi)發(fā)生暴雨風(fēng)險進行判斷，若區(qū) 域內(nèi)發(fā)生特大暴雨降水情況，則將該區(qū)域的發(fā)生暴雨風(fēng)險KRR1、KRR2、KRR3或KRR4記為4， 若區(qū)域內(nèi)發(fā)生大暴雨降水情況，則將該區(qū)域的發(fā)生暴雨風(fēng)險KRR1、KRR2、KRR3或KRR4記為 3 ;若區(qū)域發(fā)生暴雨降水情況，則將該區(qū)域的發(fā)生暴雨風(fēng)險KRR1、KRR2、KRR3或KRR4記為2 ; 若區(qū)域內(nèi)發(fā)生大雨降水情況，則將該區(qū)域的發(fā)生暴雨風(fēng)險KRR1、KRR2、KRR3或KRR4記為1 ; 若區(qū)域內(nèi)發(fā)生中雨或中雨以下降水情況，則將該區(qū)域的發(fā)生暴雨風(fēng)險KRR1、KRR2、KRR3或 KRR4記為0 ;
[0014] 根據(jù)上述發(fā)生暴雨風(fēng)險的判斷結(jié)果，得到當前評估桿塔的暴雨風(fēng)險KR評估方程 如下：
[0015] KR = (KRRl+KRR2+KRR3+KRR4)/4
[0016] (6)從輸電線路桿塔覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)中，得到當前時刻下待評估桿塔的覆冰平 均厚度的監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)桿塔覆冰標準等級，對監(jiān)測結(jié)果進行判斷，若桿塔覆冰平均厚度達 到覆冰標準等級中的極度覆冰情況，則將待評估桿塔的覆冰風(fēng)險KI記為4 ;若桿塔覆冰平 均厚度達到覆冰標準等級中的嚴重覆冰情況，則將待評估桿塔的覆冰風(fēng)險KI記為3 ;若桿 塔覆冰平均厚度達到覆冰標準等級中的較嚴重覆冰情況，則將待評估桿塔的覆冰風(fēng)險KI 記為2 ;若桿塔覆冰平均厚度達到覆冰標準等級中的中等程度覆冰情況，則將待評估桿塔 的覆冰風(fēng)險KI記為1 ;若桿塔覆冰平均厚度達到覆冰標準等級中的輕度覆冰情況，則將待 評估桿塔的覆冰風(fēng)險KI記為0 ;
[0017] (7)根據(jù)上述步驟⑵一步驟（6)的風(fēng)險評估方程，得到當前時刻待評估桿塔的環(huán) 境氣象綜合風(fēng)險方程如下：KEW= (KL+KW+KF+KR+KI)從而得到當前待評估桿塔的環(huán)境氣象 綜合風(fēng)險結(jié)果。然而上述分區(qū)結(jié)果不能指導(dǎo)防山火工作，且尚未有以山火為風(fēng)險因子的輸 電線路風(fēng)險區(qū)域劃分的研究。因此，在目前尚未成熟準確地輸電線路山火預(yù)報模型的現(xiàn)實 條件下，十分有必要研究輸電線路山火風(fēng)險分布的區(qū)域劃分方法。基于聚類分析的輸電線 路山火風(fēng)險區(qū)域劃分可實現(xiàn)"區(qū)別對待，有的放矢"的策略，為輸電線路山火防治措施提供 技術(shù)基礎(chǔ)，為輸電線路防山火裝備的配置與防山火預(yù)案的制定提供指導(dǎo)，達到有效管控山 火風(fēng)險和保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 針對目前尚未有輸電線路山火風(fēng)險分布區(qū)域劃分研究的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的旨在 提供一種可以找出研究區(qū)域內(nèi)不同地域輸電線路山火的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并對輸電線路山火風(fēng)險 區(qū)域進行劃分且思路新穎、操作簡單、實用性強的基于聚類分析的輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域 劃分方法。
[0019] 為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于聚類分析的輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域劃 分方法，包括以下步驟：
[0020] 1. 1、區(qū)域劃分：以行政區(qū)域為單位作為初始劃分區(qū)域；
[0021] 1. 2、按照步驟I. 1劃分的區(qū)域統(tǒng)計每個初始劃分區(qū)域的日火點次數(shù)；
[0022] 1. 3、按照步驟I. 1劃分的區(qū)域統(tǒng)計每個初始劃分區(qū)域的日降水量；
[0023] 1. 4、建立表征輸電線路山火風(fēng)險分布區(qū)域劃分指標體系，指標體系數(shù)量為η個；
[0024] 1. 5、按照步驟1. 4建立的指標體系數(shù)據(jù)組織成m個變量，得到mXn矩陣M1
，其中η表示為步驟1. 4中的指標體系數(shù)量；
[0026] 1. 6、將M1的111個變量采用如下公式進行標準化處理，使每個變量平均值為0,均方 差為1，得到消除量綱和數(shù)量級影響的標準化處理后的數(shù)據(jù)矩陣M2,
[0028] 其中，指標Xj的均值
標準差，
J = I52,.,.,η ; 1.7、采用歐氏距離作為相似度指標，按照上述公式計算不同原始分類中樣本聚類距離，得 到反應(yīng)各個分類之間輸電線路山火風(fēng)險分布強度差異的mXm階對稱矩陣D1;
[0030] 其中，Cllij表示變量和變量71= (yi，y2，…，yk)之間的距離，k為表征輸電線路山 火風(fēng)險分布區(qū)域的指標數(shù)，反映兩個地區(qū)之間輸電線路山火風(fēng)險分布強度的差異；
[0031] X1= (X ^ X2，…，xk) 1. 8、在步驟1. 7得到的對稱矩陣中D1取出最小值Cliw取其中 相似的第P和q類，將相似分類合并成新類Z，即分類z = {zp，zq};
[0032] I. 9、按照如下公式得到新類z與其余類之間的距離；對于包含不止一個變量的 類，得到反映原分類與新類之間輸電線路山火風(fēng)險分布強度差異的（m-1) X (m-Ι)階對稱 矩陣，
[0033] dz，.j = η?η{(1ρ，." dj，其中，j = 1，2,…，n，j 乒 p，q ;
[0034] I. 10、在（m-ι)階對稱矩陣中查找出最小值dp，v，取其中相似的第p和q類，將相 似分類合并成新類z ;
[0035] 1. 11、重復(fù)上述步驟的1.7和1.8,直至全部初始分類歸并為一類并記錄聚類過 程，并根據(jù)聚類結(jié)果圖，按需選擇分類數(shù)；
[0036] 1. 12、按照所選擇的分類數(shù)劃分輸電線路山火風(fēng)險分布區(qū)域。
[0037] 作為對上述技術(shù)方案的補充和完善，本發(fā)明還包括以下技術(shù)特征。
[0038] 所述的η個指標體系的指數(shù)包括歷史日降水量、歷史日火點數(shù)、春節(jié)火點占全年 火點數(shù)比例、清明節(jié)火點占全年火點數(shù)比例、植被類型、歷史山火跳閘次數(shù)。
[0039] 使用本發(fā)明可以達到以下有益效果：本發(fā)明基于衛(wèi)星火點監(jiān)測數(shù)據(jù)根據(jù)所提出的 聚類距離指標，移動樣本序列至另一個聚類，經(jīng)過多次計算聚類距離指標并移動得到聚類 結(jié)果，從而得到研究區(qū)域的輸電線路山火風(fēng)險分布區(qū)域劃分，用以輸電線路山火精細化預(yù) 報和輸電線路山火防治提供依據(jù)。本發(fā)明可用本方法指導(dǎo)輸電線路山火高發(fā)地區(qū)部署滅火 隊伍和滅火物資工作，增強電網(wǎng)山火處置能力。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的劃分流程示意圖。
[0041] 圖2為全國范圍區(qū)域劃分聚類結(jié)果圖。
[0042] 圖3為全國輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域劃分結(jié)果圖。
[0043] 圖4為湖南省輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域劃分結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0045] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于聚類分析的輸電線路山火風(fēng)險區(qū)域劃分方法，包括 以下步驟：
[0046] 1. 1、區(qū)域劃分：以行政區(qū)域為單位作為初始劃分區(qū)域；
[0047] 1. 2、按照步驟I. 1劃分的區(qū)域統(tǒng)計每個初始劃分區(qū)域的日火點次數(shù)；
[0048] 1. 3、按照步驟I. 1劃分的區(qū)域統(tǒng)計每個初始劃分區(qū)域的日降水量；
[0049] 1. 4、建立表征輸電線路山火風(fēng)險分布區(qū)域劃分指標體系，指標體系數(shù)量為η個；