一種冰凍災(zāi)害下高壓輸電線路脆弱性的綜合評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬電網(wǎng)安全分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及冰凍災(zāi)害下高壓輸電線路脆弱性的綜合評 估方法，具體涉及基于電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脆弱性與冰凍災(zāi)害下的高壓輸電線路脆弱性的綜合評 估方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 電力系統(tǒng)是最復(fù)雜的人造系統(tǒng)，電能的廣泛利用，將人類生活提高到前所未有的 高度，開創(chuàng)了近代史上第二次技術(shù)革命。然而，大型電力系統(tǒng)大停電事故，甚至是系統(tǒng)崩潰 現(xiàn)象頻頻發(fā)生，給人類生產(chǎn)生活造成不必要的損失?？v觀近年來的多次大規(guī)模停電事故，幾 乎都是由初始的局部故障演變?yōu)檠┍朗降募壜?lián)故障，故障過程具有系列性、隨機性以及不 可預(yù)測性，凸顯了現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)脆弱的一面。隨著研究的深入，人們逐步認(rèn)識到大停電 事故的發(fā)生與電網(wǎng)的固有結(jié)構(gòu)特征密不可分。
[0003] 高壓輸電線路是電網(wǎng)系統(tǒng)的主體組成部分，其承擔(dān)著電能的輸送的任務(wù)，在云貴 川地區(qū)，高壓輸電線路更承擔(dān)著"西電東送"的國家戰(zhàn)略任務(wù)。因此，保證高壓輸電線路的 安全運行，不僅僅是保護電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行更是保護國家的利益不受損失。但我國的云 貴川處于低煒度高海拔地區(qū)，其地理環(huán)境復(fù)雜，氣候環(huán)境多變。每年冬季，在受北方寒流與 南方暖濕氣流的影響下，并受微地形和微氣候的共同影響形成間歇性的覆冰現(xiàn)象。而嚴(yán)重 覆冰過程將導(dǎo)致架空輸變電系統(tǒng)金具損壞、導(dǎo)線斷股、桿塔折損、絕緣子翻轉(zhuǎn)破裂等機械事 故，或是造成絕緣子污閃、舞動閃絡(luò)、脫冰閃絡(luò)等電氣事故，極大的威脅著電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸 電線網(wǎng)絡(luò)的正常運行。在2008年1月，我國南方大范圍遭遇了有氣象記錄以來最嚴(yán)重的 持續(xù)低溫雨雪冰凍災(zāi)害天氣，此次氣象災(zāi)害對我國西南、華中、華南、華東等地區(qū)的電網(wǎng)運 行造成了重大危害造成大范圍倒塔、斷線和閃絡(luò)。其中貴州、云南等地受災(zāi)尤為嚴(yán)重，給國 民經(jīng)濟和人民生活造成極大的影響，全國范圍10~500kV電網(wǎng)因災(zāi)停運電力線路數(shù)高達 36740條，其中停運500kV線路119條、220kV線路348條、110kV線路888條、10~35kV線 路35385條，直接經(jīng)濟損失上千億元。
[0004] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者們在電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路結(jié)構(gòu)脆弱性、冰凍災(zāi)害下電網(wǎng)系 統(tǒng)高壓輸電線路脆弱性方面進行了大量的研究。
[0005] 在電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路結(jié)構(gòu)脆弱性方面，隨著1998年Watts和Strogatz提出 小世界模型和1999年Barabasi提出無標(biāo)度模型后，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在電網(wǎng)研究中得到廣泛 的研究和應(yīng)用。曹一家，丁明等提出基于節(jié)點介數(shù)與線路介數(shù)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，通過計算發(fā) "電機-負(fù)荷"節(jié)點的最短路徑從而計算節(jié)點與線路在最短路徑中出現(xiàn)的次數(shù)作為節(jié)點與線 路介數(shù)，根據(jù)介數(shù)的大小來確定其脆弱性程度；劉耀年等提出基于加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，通 過把線路的阻抗作為網(wǎng)絡(luò)邊的權(quán)值，從而計算節(jié)點介數(shù)與線路介數(shù)來確定節(jié)點與線路的脆 弱程度，更加符合電力系統(tǒng)物理特性；徐林、王秀麗等提出基于電氣介數(shù)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型， 模型考慮了像電氣距離，線路傳輸極限和功率分布等重要的特性，利用電氣介數(shù)的大小來 確定節(jié)點與線路的脆弱性程度，該模型比加權(quán)的小世界模型更加符合電力系統(tǒng)物理特性； 劉文穎等提出基于潮流介數(shù)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，模型考慮了線路中潮流的方向性和實際潮流 分布特點，克服了以往（加權(quán)）介數(shù)指標(biāo)假設(shè)節(jié)點間功率按最短路徑傳輸?shù)牟蛔悖蛊湮锢?背景更加符合電力系統(tǒng)特點，利用潮流介數(shù)確定電力系統(tǒng)的脆弱性。
[0006] 在冰凍災(zāi)害下電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路脆弱性方面，吳晶瑩等提出基于蒙特卡洛法 對高壓線路進行模擬抽樣，其方法利用蒙特卡洛算法對不同天氣條件下的輸電線路進行抽 樣，根據(jù)抽樣結(jié)果作為高壓輸電線路的脆弱性指標(biāo)；王佳明等利用電網(wǎng)具有自組織臨界性 的特點提出電網(wǎng)臨界線路的判斷約束標(biāo)準(zhǔn)模型，其預(yù)警模型對臨界線路集中的長程連接線 路進行預(yù)警，能為調(diào)度員預(yù)防連鎖故障的發(fā)生提供依據(jù)；曹然等結(jié)合博弈論和協(xié)同學(xué)概念 提出的連鎖故障預(yù)測方法，該方法將子系統(tǒng)中的多個序參量映射為博弈中的參與人，建立 了一種基于協(xié)同學(xué)的非合作博弈模型；王英英等一種基于圖論的模式搜索方法，在供電通 道包含的支路中確定初始故障，利用圖論方法，搜索下一條可能的開斷支路，從而確定連 鎖故障的演變。
[0007] 上述在電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冰凍災(zāi)害下對電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路的運行脆弱性分析， 要么只是單純的對電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身的脆弱性進行分析而沒有考慮冰凍災(zāi)害的影響，要么 只是考慮冰凍災(zāi)害的影響而忽略了電網(wǎng)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)。實際中，電網(wǎng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的 人造系統(tǒng)，本身結(jié)構(gòu)具有脆弱性，同時電網(wǎng)系統(tǒng)在正常天氣情況下往往不容易發(fā)生故障，而 在冰凍災(zāi)害下發(fā)生故障的概率將大大增加。因此，研究電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路的脆弱性既 要考慮電網(wǎng)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的脆弱性，也要考慮冰凍災(zāi)害下的電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路脆弱 性，要綜合利用兩者的脆弱性來評估電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路的脆弱性。
[0008] 此外，基于上述理論得到的脆弱性結(jié)果，往往是基于理想化的參數(shù)和環(huán)境得到的， 因此得到的結(jié)果往往與實際情況不同。專家打分系統(tǒng)是基于電力工程人員和電力部門對常 年的巡檢記錄和電網(wǎng)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)設(shè)計的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)更能代表電網(wǎng) 系統(tǒng)實際的運行情況。因此，在考慮了電網(wǎng)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的脆弱性和冰凍災(zāi)害下的電網(wǎng)系 統(tǒng)高壓輸電線路脆弱性的前提下，再融入電網(wǎng)系統(tǒng)實際的運行情況，將大大提高電網(wǎng)系統(tǒng) 在冰凍氣象條件下的脆弱性評估精度。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種冰凍災(zāi)害下高壓輸電線 路脆弱性的綜合評估方法。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：對基于小世界網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路脆弱性分析結(jié) 果，基于蒙特卡洛天氣抽樣的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性分析結(jié)果，以及基于專家打分 的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性結(jié)果，利用DS證據(jù)融合理論進行聯(lián)合判決，用最終的融合 結(jié)果作為評定冰凍災(zāi)害下高壓輸電線路脆弱性的綜合性指標(biāo)；再根據(jù)該指標(biāo)高低，移除脆 弱性較大的線路，計算電力系統(tǒng)失負(fù)荷百分比，從而最終確定電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路在冰 凍災(zāi)害下線路的脆弱性；具體步驟如下：
[0011] 步驟1 :根據(jù)DS證據(jù)理論，建立包含電網(wǎng)系統(tǒng)的每條高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱 性的分析架構(gòu)；
[0012] 步驟2 :基于小世界網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路脆弱性分析結(jié)果作為證據(jù)1的基本概率 賦值，基于蒙特卡洛天氣抽樣的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性分析結(jié)果作為證據(jù)2的基本 概率賦值，基于專家打分的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性結(jié)果作為證據(jù)3的基本概率賦 值；
[0013] 步驟3 :基于DS證據(jù)理論合成規(guī)則，對步驟2所得的證據(jù)1、證據(jù)2、證據(jù)3的基本 概率賦值進行合成融合得到最終基本概率賦值；
[0014] 步驟4 :依據(jù)步驟3所得結(jié)果，利用冒泡排序辨識出高壓輸電線路脆弱性綜合指標(biāo) 大?。?br>[0015] 步驟5 :依據(jù)步驟4所得的結(jié)果，依次分別移除脆弱性較大的高壓輸電線路，計算 電力系統(tǒng)失負(fù)荷比例，依據(jù)電力系統(tǒng)失負(fù)荷比例的大小作為電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路巡檢的 優(yōu)先度。
[0016] 上述所述步驟2應(yīng)包括以下實現(xiàn)過程：
[0017] 步驟2. 1 :利用基于小世界網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路脆弱性分析理論計算電網(wǎng)系統(tǒng)中 每條高壓輸電線路的潮流介數(shù)，其結(jié)果作為每條高壓輸電線路的脆弱性指標(biāo)；
[0018] 步驟2. 2 :依據(jù)步驟2. 1的結(jié)果，對電網(wǎng)系統(tǒng)的每條高壓輸電線路的潮流介數(shù)結(jié)果 進行歸一化處理，并且滿足所有高壓輸電線路的潮流介數(shù)歸一化結(jié)果之和等于1，其歸一化 處理后的結(jié)果作為DS證據(jù)理論中證據(jù)1的基本概率賦值；
[0019] 步驟2. 3 :利用基于蒙特卡洛天氣抽樣的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性分析理論 計算電網(wǎng)系統(tǒng)中每條高壓輸電線路在冰凍災(zāi)害下的故障次數(shù)，其結(jié)果作為每條高壓輸電線 路的脆弱性指標(biāo)；
[0020] 步驟2. 4 :依據(jù)步驟2. 3的結(jié)果，對電網(wǎng)系統(tǒng)的每條高壓輸電線路的故障次數(shù)結(jié)果 進行歸一化處理，并且滿足所有高壓輸電線路的故障次數(shù)歸一化結(jié)果之和等于1，其歸一化 處理后的結(jié)果作為DS證據(jù)理論中證據(jù)2的基本概率賦值；
[0021] 步驟2. 5:利用專家打分系統(tǒng)為電網(wǎng)系統(tǒng)中的每條高壓輸電線路做出重要度評 定，并且滿足所有高壓輸電線路的重要度評定結(jié)果之和等于1，其結(jié)果作為DS證據(jù)理論中 證據(jù)3的基本概率賦值。
[0022] 上述所述步驟3應(yīng)包括以下實現(xiàn)過程：
[0023] 步驟3. 1 :根據(jù)DS證據(jù)理論合成規(guī)則對步驟2所得證據(jù)1、證據(jù)2、證據(jù)3的基本 概率賦值進行合成融合得到最終融合后的基本概率賦值；
[0024] 步驟3. 2 :最終融合后的基本概率賦值作為冰凍災(zāi)害下高壓輸電線路脆弱性的綜 合性指標(biāo)。
[0025] 上述所述步驟4應(yīng)包括以下實現(xiàn)過程：
[0026] 步驟4. 1 :依據(jù)步驟3所得到的結(jié)果，利用冒泡排序方式對最終合成的基本概率賦 值進行排序；
[0027] 步驟4. 2 :根據(jù)步驟4. 1所得結(jié)果，得到電網(wǎng)系統(tǒng)中每條高壓輸電線路在電網(wǎng)系統(tǒng) 中的脆弱程度大小。
[0028] 上述所述步驟5應(yīng)包括以下實現(xiàn)過程：
[0029] 步驟5. 1 :依據(jù)步驟4得到的高壓輸電線路脆弱性綜合性指標(biāo)大小，依次分別移除 脆弱性較大的高壓輸電線路，計算電力系統(tǒng)失負(fù)荷比例；
[0030] 步驟5. 2 :依據(jù)步驟5. 1所得電力系統(tǒng)失負(fù)荷比例的大小作為電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電 線路巡檢的優(yōu)先度。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0032] 1.與現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路脆弱性評估相比，本方法對基于小世界網(wǎng)絡(luò)的 高壓輸電線路脆弱性分析結(jié)果，基于蒙特卡洛天氣抽樣的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性分 析結(jié)果，以及基于專家打分的高壓輸電線路冰凍災(zāi)害脆弱性結(jié)果，利用DS證據(jù)融合理論進 行聯(lián)合判決，用最終的融合結(jié)果作為評定冰凍災(zāi)害下高壓輸電線路脆弱性的綜合性指標(biāo)。 再根據(jù)該指標(biāo)高低，移除脆弱性較大的線路，計算電力系統(tǒng)失負(fù)荷百分比，從而最終確定電 網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線路在冰凍災(zāi)害下線路的脆弱性。使得最終所求結(jié)果不僅考慮了天氣因素 同時考慮了電網(wǎng)系統(tǒng)