輸電線路氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)中大量的架空輸電線路等輸變電設(shè)備長期暴露于大氣環(huán)境之中，其運(yùn)行的安全性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，外部氣象環(huán)境導(dǎo)致的輸變電設(shè)備失效是影響電力系統(tǒng)安全的主要原因之一。在氣候變化的大背景下，惡劣天氣、極端氣候事件的強(qiáng)度和發(fā)生頻率有增強(qiáng)的趨勢，如何應(yīng)對氣象災(zāi)害是電力系統(tǒng)亟需解決的關(guān)鍵問題之一，氣象災(zāi)害預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)防控相關(guān)理論及技術(shù)已成為電氣工程領(lǐng)域的長期研究熱點(diǎn)。
　　在電力系統(tǒng)發(fā)展過程中已經(jīng)積累了豐富的氣象安

2、全保障技術(shù)。利用多年觀測數(shù)據(jù)及氣象致災(zāi)機(jī)理分析，在輸電線路結(jié)構(gòu)及絕緣設(shè)計(jì)等方面已考慮了較為完善的抵御措施。然而，氣象導(dǎo)致的輸電線路故障及線路跳閘事件仍時(shí)常發(fā)生，系統(tǒng)大停電風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。這表明人們對電力系統(tǒng)氣象風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識還不夠，基于靜態(tài)、設(shè)備級的安全防護(hù)理論與技術(shù)還不能完全滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要。在線、動態(tài)風(fēng)險(xiǎn)辨識及防控手段是完善電力系統(tǒng)整體風(fēng)險(xiǎn)防控的重要手段。
　　隨著氣象監(jiān)測和天氣預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)測氣象事件發(fā)生的空間尺度和

3、時(shí)間尺度均大大下降，精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)已成為推動電力系統(tǒng)氣象風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化管控的重要動力和保障。
　　目前，在氣象對電網(wǎng)的影響分析中，時(shí)間尺度多利用“多年平均”方法，空間尺度多利用地域經(jīng)驗(yàn)積累，量化氣象風(fēng)險(xiǎn)缺乏精細(xì)的指標(biāo)參數(shù)；在氣象風(fēng)險(xiǎn)的管控中，由于缺少較為準(zhǔn)確的設(shè)備氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法和數(shù)學(xué)模型，僅能針對大尺度氣象趨勢采取一定的預(yù)案，尚不能針對具體的氣象過程及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式或采取相應(yīng)的應(yīng)急處置準(zhǔn)備。
　　為此，論文以構(gòu)建精細(xì)化的輸電線

4、路氣象風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)警理論體系為目標(biāo)，從縮小氣象風(fēng)險(xiǎn)分析的時(shí)間和空間尺度出發(fā)，研究建立輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化分析的特征指標(biāo)和模型；從輸電線路氣象致災(zāi)的機(jī)理特征和統(tǒng)計(jì)特征出發(fā)，研究典型氣象災(zāi)害的在線預(yù)警方法。論文主要工作如下：
　?、贇w納了氣象對輸電線路作用的方式，分析了氣象相關(guān)的輸電線路故障事件的統(tǒng)計(jì)特征，提出輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)描述的思路，給出了輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)的表征方式，指出了基于氣象信息的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)防控的路徑，據(jù)此提出了輸電線路氣象

5、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系構(gòu)建思路和方法。
　?、跒榱私⑼晟频臍庀髮旊娋€路故障的作用規(guī)律描述方法，提出了基于故障時(shí)空特征的輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)刻畫方法。通過提出“氣象敏感度”、“高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段”、“故障時(shí)間間隔”、“不同氣象災(zāi)害停運(yùn)時(shí)間”等指標(biāo)參數(shù)，將氣象災(zāi)害對輸電線路的影響歸納到線路的地理位置、時(shí)間階段、主要成分三個要素，構(gòu)建了輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)計(jì)描述方法。可精細(xì)反映輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間特征及敏感性氣象因素，可為規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行、運(yùn)維檢修等

6、提供實(shí)用的決策信息。以某省電網(wǎng)的故障樣本進(jìn)行的實(shí)例分析，驗(yàn)證了所提風(fēng)險(xiǎn)分析方法和指標(biāo)的適用性和優(yōu)勢。
　　③針對缺乏輸電線路時(shí)變故障特征數(shù)學(xué)模型的問題，提出了氣象相關(guān)的輸電線路連續(xù)時(shí)間故障率模型。以歷史同期故障率為樣本，分別用傅立葉、高斯、威布爾函數(shù)模擬故障率時(shí)間函數(shù)，構(gòu)建了反映不同氣象災(zāi)害特征的輸電線路時(shí)間相依故障率模型及線路強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間概率分布模型，為實(shí)施輸電線路氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防控創(chuàng)造了條件。以中國中部地區(qū)和南方沿海地區(qū)典型氣

7、象影響下電網(wǎng)的實(shí)際故障樣本進(jìn)行了函數(shù)擬合對比，并將輸電線路時(shí)變故障模擬函數(shù)用于電網(wǎng)時(shí)變風(fēng)險(xiǎn)評估，驗(yàn)證了所提模擬方法的有效性。
　?、茚槍?qiáng)風(fēng)引起的輸電線路風(fēng)偏放電預(yù)警問題，將其處理成不確定性輸入下的預(yù)測與比較問題，提出了一種風(fēng)偏放電概率預(yù)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法。分析了風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性對預(yù)測風(fēng)偏角的影響，基于風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率檢驗(yàn)的先驗(yàn)分布，構(gòu)建了預(yù)報(bào)風(fēng)向角和風(fēng)速的概率分布模型。根據(jù)用于計(jì)算風(fēng)偏角的剛體直桿模型，在預(yù)報(bào)風(fēng)向和風(fēng)力等級下通過蒙特卡羅抽

8、樣計(jì)算風(fēng)偏角，并與允許的最大風(fēng)偏角比較，實(shí)現(xiàn)短期風(fēng)預(yù)報(bào)下的輸電線路風(fēng)偏放電概率預(yù)警。通過實(shí)際案例分析，驗(yàn)證了所提風(fēng)偏放電概率預(yù)警方法的有效性。
　?、葆槍Ω脖鶇^(qū)域輸電線路舞動預(yù)警問題，將其歸結(jié)為有監(jiān)督學(xué)習(xí)下的分類預(yù)測問題，提出了一種基于SVM和AdaBoost雙層分類器的輸電線路舞動預(yù)警方法。通過挖掘歷史上容易發(fā)生舞動區(qū)域的氣象參數(shù)，構(gòu)建了基于SVM分類器的區(qū)域易舞氣象條件預(yù)報(bào)模型。當(dāng)預(yù)判到某區(qū)域滿足易舞氣象條件時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)剌旊娋€

9、路的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線截面、檔距等線路結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過構(gòu)建的AdaBoost分類器實(shí)現(xiàn)線路舞動預(yù)警。使用河南電網(wǎng)的歷史舞動樣本進(jìn)行了算例測試，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　鑒于氣象過程的隨機(jī)性特點(diǎn)及在線故障防御的確定性要求二者之間的矛盾，本文既建立了反映隨機(jī)過程的指標(biāo)性風(fēng)險(xiǎn)描述方法，又建立了連續(xù)時(shí)間故障風(fēng)險(xiǎn)模型，可分別滿足系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)評估和過程性風(fēng)險(xiǎn)防范的需要。探索建立的氣象災(zāi)害預(yù)警方法及模型，將促進(jìn)電力系統(tǒng)在線氣象風(fēng)險(xiǎn)防控理論和技術(shù)的發(fā)