電網防山火裝備風險優化布控方法及系統與流程

本發明涉及電氣工程技術領域，具體而言，涉及一種電網防山火裝備風險優化布控方法及系統。

背景技術：

近年來，山火災害頻發，特高壓重要跨區聯絡線路多次出現山火跳閘事故，2013年特高壓長南線因山火跳閘停電長達2.5天，對電網造成巨大沖擊。同時，由于山火受人類生產生活影響大，容易在春節，清明，秋收等節氣集中爆發，極易發生多條特高壓及重要跨區線路同時跳閘停運，極易造成大面積停電。山火已成為當前影響大電網安全運行的重大隱患。亟需開展山火災害下電網安全風險評估，為高效應對電網山火災害提供決策指導。

專利cn104778555b提出一種基于集對分析理論的輸電線路山火災害風險評估方法，該方法采用集對分析理論建立了山火災害等級與山火火點數量、告警距離之間的對應關系，并據此分析山火災害的風險等級，并未量化分析山火災害的風險大小；專利cn104915775a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，該方法僅用山火跳閘的概率與跳閘導致的負荷損失量的乘積來量化山火災害的風險大小，并未分析山火跳閘對電網安全穩定的影響；專利cn104732103a和專利cn104715346a提出了一種面向輸電線路的山火臨近風險評估方法與系統，該方法根據山火與線路的告警距離、植被、風速等要素計算山火臨近風險指數，并根據山火臨近風險指數的大小發布相應級別的告警信息，該方法僅分析了山火對于輸電線路的風險指數，并未分析山火災害對于電網安全穩定的風險程度。

電網的安全穩定是電網調度運行中首要保障條件，現有的專利僅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安全穩定的風險，無法指導電網調度運行部門開展科學的電網山火災害優化處置。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種電網防山火裝備風險優化布控方法及系統，該方法是基于山火密度預測的電網安全風險概率分析方法，根據山火災害對輸電線路的跳閘概率，可定量分析山火災害下電網的安全穩定程度，并據此制定最優的滅火裝備提前布防方法，有效縮短滅火救援距離，大幅提升山火救援成功率。

本發明提供了一種電網防山火裝備風險優化布控方法，該方法包括：

步驟1，獲取各輸電線路山火密度預測結果；

步驟2，根據山火密度預測結果，反演計算輸電線路2.5km范圍內的山火密度值，得到輸電線路山火密度，計算的公式為：

f＝[f1，f2,…,fn]

式中，n為發生山火告警的輸電線路數量，fi為第i條輸電線路山火密度反演數值；

步驟3，根據輸電線路山火跳閘概率模型，計算山火引發的輸電線路山火跳閘概率，計算公式為：

p＝[p1(u),p2(u),…,pn(u)]

式中，n為發生山火告警的輸電線路數量，pi(u)為第i個山火引發的輸電線路跳閘概率；

步驟4，根據電網安全穩定仿真模型，計算各告警輸電線路單獨發生跳閘事故條件下電網的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子，電網安全穩定仿真模型為：

式中，δsi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的潮流越限因子，si為第i條輸電線路發生跳閘事故前的線路潮流，s'i為第i條輸電線路發生跳閘事故后的線路潮流，為第i條輸電線路的潮流最大限值；δui為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的電壓穩定因子，ui為第i條輸電線路發生跳閘前的電壓指標，u'i為第i條輸電線路發生跳閘后的電壓指標；為第i條輸電線路的電壓限值；δδi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的功角穩定因子，max(δδi)為第i條輸電線路發生跳閘事故前后系統最大功角差變化量，α為指標線路集合，β為指標節點集合；

步驟5，根據步驟4中計算得到的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子，計算各輸電線路單獨發生跳閘時的電網穩定因子，計算公式為：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，w1為電網潮流越限因子權重系數，w2為電網電壓穩定因子權重系數，w3為電網功角穩定因子權重系數；

步驟6，根據步驟5中計算的各輸電線路的電網穩定因子，計算各輸電線路的電網安全風險因子，

計算公式為：

di＝ei*pi(u)

式中，di為第i條輸電線路的電網安全風險因子，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，pi(u)為第i個山火引發的輸電線路跳閘概率；

步驟7，在每個100km*100km區域范圍內，根據該范圍內各輸電線路的電網風險因子和山火密度預測結果，對電網山火災害進行優化，確定該區域的山火裝備布防數量，計算公式為：

式中，w0為基準山火電網風險，q0為基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量。

作為本發明進一步的改進，步驟3中，各輸電線路采用的山火跳閘概率模型為：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相對地擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，b為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相間擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，pg(u)為某一電壓等級下發生相對地擊穿導致輸電線路跳閘的概率，pp(u)為某一電壓等級下發生相間擊穿導致輸電線路跳閘的概率。

作為本發明優選的，a取值為0.98，b取值為0.02。

作為本發明優選的，步驟5中，w1取值為0.8，w2取值為1.5，w3取值為2.7。

作為本發明進一步的改進，計算基準山火電網風險的條件為：

100km*100km區域范圍內有4條輸電線路受山火災害威脅；

山火密度為10；

輸電線路的電網風險因子均為0.5；

基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量為4。

本發明還提供了一種電網防山火裝備風險優化布控系統，包括：

輸入系統，用于根據輸電線路山火密度預測模型，獲取各輸電線路山火密度預測結果；

輸電線路山火密度反演計算系統，用于根據山火密度預測結果，通過反演計算得到輸電線路山火密度，采用的計算公式為：

f＝[f1,f2,…,fn]

式中，n為發生山火告警的輸電線路數量，fi為第i條輸電線路山火密度反演數值；

輸電線路山火跳閘概率計算系統，用于根據輸電線路山火跳閘概率模型，計算山火引發的輸電線路山火跳閘概率，采用的計算公式為：

p＝[p1(u),p2(u),…,pn(u)]

式中，n為發生山火告警的輸電線路數量，pi(u)為第i個山火引發的輸電線路跳閘概率；

電網安全穩定仿真計算系統，用于根據電網安全穩定仿真模型，計算各告警輸電線路單獨發生跳閘事故條件下電網的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子，采用的計算公式為：

式中，δsi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的潮流越限因子，si為第i條輸電線路發生跳閘事故前的線路潮流，s'i為第i條輸電線路發生跳閘事故后的線路潮流，為第i條輸電線路的潮流最大限值；δui為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的電壓穩定因子，ui為第i條輸電線路發生跳閘前的電壓指標，u'i為第i條輸電線路發生跳閘后的電壓指標；為第i條輸電線路的電壓限值；δδi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的功角穩定因子，max(δδi)為第i條輸電線路發生跳閘事故前后系統最大功角差變化量，α為指標線路集合，β為指標節點集合；

電網穩定因子計算系統，用于根據潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子，計算各輸電線路單獨發生跳閘時的電網穩定因子，采用的計算公式為：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，w1為電網潮流越限因子權重系數，w2為電網電壓穩定因子權重系數，w3為電網功角穩定因子權重系數；

電網安全風險因子計算系統，用于根據各輸電線路的電網穩定因子，計算各輸電線路的電網安全風險因子，采用的計算公式為：

di＝ei*pi(u)

式中，di為第i條輸電線路的電網安全風險因子，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，pi(u)為第i個山火引發的輸電線路跳閘概率；

優化系統，用于在每個100km*100km區域范圍內，根據該范圍內各輸電線路的電網風險因子和山火密度預測結果，對電網山火災害進行優化，確定該區域的山火裝備布防數量，采用的計算公式為：

式中，w0為基準山火電網風險，q0為基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量。

作為本發明進一步的改進，輸電線路山火跳閘概率計算方法采用的山火跳閘概率模型為：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相對地擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，b為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相間擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，pg(u)為某一電壓等級下發生相對地擊穿導致輸電線路跳閘的概率，pp(u)為某一電壓等級下發生相間擊穿導致輸電線路跳閘的概率。

作為本發明優選的，a取值為0.98，b取值為0.02。

作為本發明優選的，電網穩定因子計算方法中，w1取值為0.8，w2取值為1.5，w3取值為2.7。

作為本發明進一步的改進，優化方法計算基準山火電網風險的條件為：

100km*100km區域范圍內有4條輸電線路受山火災害威脅；山火密度為10；輸電線路的電網風險因子均為0.5；基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量為4。

本發明的有益效果為：

1、本發明的電網風險分析是基于輸電線路山火跳閘概率的概率性分析方法；

2、本發明可定量分析山火災害下電網安全風險大小，并據此制定最優的防山火裝備布防方案，當山火發生時，顯著縮短滅火救援距離，大幅提升山火救援成功率；

3、本發明的方法流程簡單，操作方便，實用性強。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述的一種電網防山火裝備風險優化布控方法的流程示意圖；

圖2為本發明實施例山火密度預測結果示意圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。

實施例1，如圖1所示，本發明實施例的一種電網防山火裝備風險優化布控方法，該方法包括：

步驟1，獲取各輸電線路山火密度預測結果，如圖2所示，網格a和網格b中的橢圓形為山火密度預測模型計算得到的山火發生的范圍，橢圓形顏色的深淺表示山火發生的多少，顏色越深表示山火發生的越多，顏色越淺表示山火發生的越少，圖2中落于橢圓范圍的線路共有5條，表示共有5條輸電線路受山火災害威脅。

步驟2，根據山火密度預測結果，反演計算輸電線路2.5km范圍內的山火密度值：

其中，

第1條輸電線路所處區域的山火密度預測值為0.88，則該線路山火密度反演數值

第2條輸電線路所處區域的山火密度預測值為0.58，則該線路的山火密度反演數值

第3條輸電線路所處區域的山火密度預測值為1.15，則該線路的山火密度反演數值

第4條輸電線路所處區域的山火密度預測值為4.05，則該線路山火密度反演數值

第5條輸電線路所處區域的山火密度預測值為3.0，則該線路的山火密度反演數值

計算得到輸電線路山火密度為：

f＝[f1,f2,f3,f4,f5]＝[5.5×10^-4,3.6×10^-4,7.2×10^-4,25.3×10^-4,18.7×10^-4]。

步驟3，各輸電線路采用的山火跳閘概率模型為：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，a為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相對地擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，b為某一電壓等級下因山火歷史跳閘相間擊穿次數占山火歷史跳閘總次數的比例，pg(u)為某一電壓等級下發生相對地擊穿導致輸電線路跳閘的概率，pp(u)為某一電壓等級下發生相間擊穿導致輸電線路跳閘的概率。該山火跳閘概率模型在發明專利cn104915775a中已公開。

根據現場線路實際運行情況統計分析，約98％的山火跳閘均為相對地擊穿，2％的山火跳閘為相間擊穿，因此，a取值為0.98，b取值為0.02。pg(u)根據線路距地距離及線路運行電壓計算得到，pp(u)根據線路相間距離及線路運行電壓計算得到。

計算得到山火引發的輸電線路山火跳閘概率為：

p1(u)＝0.98×0.56+0.02×0.06＝0.55

p2(u)＝0.98×0.84+0.02×0.34＝0.83

p3(u)＝0.98×0.22+0.02×0.72＝0.23

p4(u)＝0.98×0.93+0.02×0.43＝0.92

p5(u)＝0.98×0.86+0.02×0.36＝0.85

p＝[p1(u),p2(u),p3(u),p4(u),p5(u)]＝[0.55,0.83,0.23,0.92,0.85]。

步驟4，根據電網安全穩定仿真模型：

式中，δsi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的潮流越限因子，si為第i條輸電線路發生跳閘事故前的線路潮流，s'i為第i條輸電線路發生跳閘事故后的線路潮流，為第i條輸電線路的潮流最大限值；δui為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的電壓穩定因子，ui為第i條輸電線路發生跳閘前的電壓指標，u'i為第i條輸電線路發生跳閘后的電壓指標；為第i條輸電線路的電壓限值；δδi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的功角穩定因子，max(δδi)為第i條輸電線路發生跳閘事故前后系統最大功角差變化量，α為指標線路集合，β為指標節點集合；

計算得到各告警輸電線路單獨發生跳閘事故條件下電網的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子為：

步驟5，根據步驟4中計算得到的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，w1＝0.8為電網潮流越限因子權重系數，w2＝1.5為電網電壓穩定因子權重系數，w3＝2.7為電網功角穩定因子權重系數；

計算得到各輸電線路單獨發生跳閘時的電網穩定因子為：

e1＝(0.8·0.6+1.5·0.16)·2.7·0.4＝0.78

e2＝(0.8·0.3+1.5·0.12)·2.7·0.3＝0.34

e3＝(0.8·0.4+1.5·0.15)·2.7·0.4＝0.59

e4＝(0.8·0.5+1.5·0.13)·2.7·0.5＝0.80

e5＝(0.8·0.5+1.5·0.15)·2.7·0.56＝0.95

e＝[0.78,0.34,0.59,0.80,0.95]。

步驟6，根據步驟5中計算的各輸電線路的電網穩定因子：

di＝ei*pi(u)

式中，di為第i條輸電線路的電網安全風險因子。

根據前面計算得到的各條輸電線路的電網穩定因子和山火跳閘概率，計算得到：

第1條輸電線路的電網安全風險因子d1＝e1*p1(u)＝0.78*0.55＝0.43；

第2條輸電線路的電網安全風險因子d2＝e2*p2(u)＝0.34*0.83＝0.28；

第3條輸電線路的電網安全風險因子d3＝e3*p3(u)＝0.59*0.23＝0.14；

第4條輸電線路的電網安全風險因子d4＝e4*p4(u)＝0.80*0.92＝0.74；

第4條輸電線路的電網安全風險因子d5＝e5*p5(u)＝0.95*0.85＝0.81；

最終得到各輸電線路的電網安全風險因子為：

d＝[0.43,0.28,0.14,0.74,0.81]。

步驟7，在每個100km*100km區域范圍內，根據該范圍內各輸電線路的電網風險因子和山火密度預測結果，對電網山火災害進行優化，確定該區域的山火裝備布防數量：

式中，w0為基準山火電網風險，q0為基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量。

其中，計算基準山火電網風險的條件為：

100km*100km區域范圍內有4條輸電線路受山火災害威脅；

山火密度為10；

輸電線路的電網風險因子均為0.5；

基準山火電網風險因子條件下滅火裝備布防數量為4。

即w0為當100km*100km區域范圍內有4條輸電線路受山火災害威脅，山火密度預測值為10，且輸電線路的電網風險因子均為0.5時的基準折算系數。

對于本實施例，針對網格a，共有3條線路受山火威脅，計算得到滅火裝備布防數量為4臺，具體如下：

針對網格b，共有2條線路受山火威脅，計算得到滅火裝備布防數量為2臺，具體如下：

其中，滅火裝備布防數量q均向上取整數。

實施例2，本發明還提供了一種電網防山火裝備風險優化布控系統，包括輸入系統、輸電線路山火密度反演計算系統、輸電線路山火跳閘概率計算系統、電網安全穩定仿真計算系統、電網穩定因子計算系統、電網安全風險因子計算系統和優化系統。

其中，

輸入系統用于根據輸電線路山火密度預測模型，獲取各輸電線路山火密度預測結果。如圖2所示，網格a和網格b中的橢圓形為山火密度預測模型計算得到的山火發生的范圍，橢圓形顏色的深淺表示山火發生的多少，顏色越深表示山火發生的越多，顏色越淺表示山火發生的越少，圖2中落于橢圓范圍的線路共有5條，表示共有5條輸電線路受山火災害威脅。

輸電線路山火密度反演計算系統用于根據山火密度預測結果，通過反演計算得到輸電線路山火密度。

首先，根據山火密度預測結果，反演計算輸電線路2.5km范圍內的山火密度值：

第1條輸電線路所處區域的山火密度預測值為0.88，則該線路山火密度反演數值

第2條輸電線路所處區域的山火密度預測值為0.58，則該線路的山火密度反演數值

第3條輸電線路所處區域的山火密度預測值為1.15，則該線路的山火密度反演數值

第4條輸電線路所處區域的山火密度預測值為4.05，則該線路山火密度反演數值

第5條輸電線路所處區域的山火密度預測值為3.0，則該線路的山火密度反演數值

其次，計算得到輸電線路山火密度為：

f＝[f1,f2,f3,f4,f5]＝[5.5×10^-4,3.6×10^-4,7.2×10^-4,25.3×10^-4,18.7×10^-4]。

輸電線路山火跳閘概率計算系統用于根據輸電線路山火跳閘概率模型，計算山火引發的輸電線路山火跳閘概率。采用的計算公式為：

pi(u)＝apg(u)+b·pp(u)

式中，n為發生山火告警的輸電線路數量，pi為第i個山火引發的輸電線路跳閘概率。

根據現場線路實際運行情況統計分析，約98％的山火跳閘均為相對地擊穿，2％的山火跳閘為相間擊穿，因此，a取值為0.98，b取值為0.02。pg(u)根據線路距地距離及線路運行電壓計算得到，pp(u)根據線路相間距離及線路運行電壓計算得到。

計算得到山火引發的輸電線路山火跳閘概率為：

p1(u)＝0.98×0.56+0.02×0.06＝0.55

p2(u)＝0.98×0.84+0.02×0.34＝0.83

p3(u)＝0.98×0.22+0.02×0.72＝0.23

p4(u)＝0.98×0.93+0.02×0.43＝0.92

p5(u)＝0.98×0.86+0.02×0.36＝0.85

p＝[p1(u),p2(u),p3(u),p4(u),p5(u)]＝[0.55,0.83,0.23,0.92,0.85]。

電網安全穩定仿真計算系統用于根據電網安全穩定仿真模型，計算各告警輸電線路單獨發生跳閘事故條件下電網的潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子。采用的計算公式為：

式中，δsi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的潮流越限因子，si為第i條輸電線路發生跳閘事故前的線路潮流，s'i為第i條輸電線路發生跳閘事故后的線路潮流，為第i條輸電線路的潮流最大限值；δui為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的電壓穩定因子，ui為第i條輸電線路發生跳閘前的電壓指標，u'i為第i條輸電線路發生跳閘后的電壓指標；為第i條輸電線路的電壓限值；δδi為第i條輸電線路發生跳閘事故時電網的功角穩定因子，max(δδi)為第i條輸電線路發生跳閘事故前后系統最大功角差變化量，α為指標線路集合，β為指標節點集合。

電網穩定因子計算系統用于根據潮流越限因子、電壓穩定因子以及功角穩定因子，計算各輸電線路單獨發生跳閘時的電網穩定因子。采用的計算公式為：

ei＝(w1·δsi+w2·δui)·w3·δδi

式中，ei為第i條輸電線路發生跳閘事故時的電網穩定因子，w1＝0.8為電網潮流越限因子權重系數，w2＝1.5為電網電壓穩定因子權重系數，w3＝2.7為電網功角穩定因子權重系數；

計算得到各輸電線路單獨發生跳閘時的電網穩定因子為：

e1＝(0.8·0.6+1.5·0.16)·2.7·0.4＝0.78

e2＝(0.8·0.3+1.5·0.12)·2.7·0.3＝0.34

e3＝(0.8·0.4+1.5·0.15)·2.7·0.4＝0.59

e4＝(0.8·0.5+1.5·0.13)·2.7·0.5＝0.80

e5＝(0.8·0.5+1.5·0.15)·2.7·0.56＝0.95

e＝[0.78,0.34,0.59,0.80,0.95]。

電網安全風險因子計算系統用于根據各輸電線路的電網穩定因子，計算各輸電線路的電網安全風險因子。采用的計算公式為：

di＝ei*pi

式中，di為第i條輸電線路的電網安全風險因子。

根據前面計算得到的各條輸電線路的電網穩定因子和山火跳閘概率，計算得到：

第1條輸電線路的電網安全風險因子d1＝e1*p1(u)＝0.78*0.55＝0.43；

第2條輸電線路的電網安全風險因子d2＝e2*p2(u)＝0.34*0.83＝0.28；

第3條輸電線路的電網安全風險因子d3＝e3*p3(u)＝0.59*0.23＝0.14；

第4條輸電線路的電網安全風險因子d4＝e4*p4(u)＝0.80*0.92＝0.74；

第4條輸電線路的電網安全風險因子d5＝e5*p5(u)＝0.95*0.85＝0.81；

最終得到各輸電線路的電網安全風險因子為：

d＝[0.43,0.28,0.14,0.74,0.81]。

優化系統用于在每個100km*100km區域范圍內，根據該范圍內各輸電線路的電網風險因子和山火密度預測結果，對電網山火災害進行優化，確定該區域的山火裝備布防數量。采用的計算公式為：

式中，w0為當100km*100km區域范圍內有4條輸電線路受山火災害威脅，山火密度預測值為10，且輸電線路的電網風險因子均為0.5時的基準折算系數。

針對網格a，共有3條線路受山火威脅，計算得到滅火裝備布防數量為4臺，具體如下：

針對網格b，共有2條線路受山火威脅，計算得到滅火裝備布防數量為2臺，具體如下：

其中，滅火裝備布防數量q均向上取整數。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。