輸電線路氣象災害風險分析與預警方法研究.pdf

1、電力系統(tǒng)中大量的架空輸電線路等輸變電設備長期暴露于大氣環(huán)境之中，其運行的安全性直接關系到電力系統(tǒng)的運行安全。長期運行經驗表明，外部氣象環(huán)境導致的輸變電設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、極端氣候事件的強度和發(fā)生頻率有增強的趨勢，如何應對氣象災害是電力系統(tǒng)亟需解決的關鍵問題之一，氣象災害預警、風險防控相關理論及技術已成為電氣工程領域的長期研究熱點。
　　在電力系統(tǒng)發(fā)展過程中已經積累了豐富的氣象安

2、全保障技術。利用多年觀測數據及氣象致災機理分析，在輸電線路結構及絕緣設計等方面已考慮了較為完善的抵御措施。然而，氣象導致的輸電線路故障及線路跳閘事件仍時常發(fā)生，系統(tǒng)大停電風險仍然存在。這表明人們對電力系統(tǒng)氣象風險的認識還不夠，基于靜態(tài)、設備級的安全防護理論與技術還不能完全滿足電力系統(tǒng)安全運行的需要。在線、動態(tài)風險辨識及防控手段是完善電力系統(tǒng)整體風險防控的重要手段。
　　隨著氣象監(jiān)測和天氣預報技術的發(fā)展，預測氣象事件發(fā)生的空間尺度和

3、時間尺度均大大下降，精細化氣象預報已成為推動電力系統(tǒng)氣象風險精細化管控的重要動力和保障。
　　目前，在氣象對電網的影響分析中，時間尺度多利用“多年平均”方法，空間尺度多利用地域經驗積累，量化氣象風險缺乏精細的指標參數；在氣象風險的管控中，由于缺少較為準確的設備氣象風險預警方法和數學模型，僅能針對大尺度氣象趨勢采取一定的預案，尚不能針對具體的氣象過程及時調整運行方式或采取相應的應急處置準備。
　　為此，論文以構建精細化的輸電線

4、路氣象風險分析和預警理論體系為目標，從縮小氣象風險分析的時間和空間尺度出發(fā)，研究建立輸電線路氣象風險精細化分析的特征指標和模型；從輸電線路氣象致災的機理特征和統(tǒng)計特征出發(fā)，研究典型氣象災害的在線預警方法。論文主要工作如下：
　?、贇w納了氣象對輸電線路作用的方式，分析了氣象相關的輸電線路故障事件的統(tǒng)計特征，提出輸電線路氣象風險描述的思路，給出了輸電線路氣象風險的表征方式，指出了基于氣象信息的電網風險防控的路徑，據此提出了輸電線路氣象

5、風險預警體系構建思路和方法。
　　②為了建立完善的氣象對輸電線路故障的作用規(guī)律描述方法，提出了基于故障時空特征的輸電線路氣象風險刻畫方法。通過提出“氣象敏感度”、“高風險區(qū)段”、“故障時間間隔”、“不同氣象災害停運時間”等指標參數，將氣象災害對輸電線路的影響歸納到線路的地理位置、時間階段、主要成分三個要素，構建了輸電線路氣象風險的統(tǒng)計描述方法?？删毞从齿旊娋€路氣象風險的時間特征及敏感性氣象因素，可為規(guī)劃設計、調度運行、運維檢修等

6、提供實用的決策信息。以某省電網的故障樣本進行的實例分析，驗證了所提風險分析方法和指標的適用性和優(yōu)勢。
　?、坩槍θ狈旊娋€路時變故障特征數學模型的問題，提出了氣象相關的輸電線路連續(xù)時間故障率模型。以歷史同期故障率為樣本，分別用傅立葉、高斯、威布爾函數模擬故障率時間函數，構建了反映不同氣象災害特征的輸電線路時間相依故障率模型及線路強迫停運時間概率分布模型，為實施輸電線路氣象風險預警和防控創(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、象影響下電網的實際故障樣本進行了函數擬合對比，并將輸電線路時變故障模擬函數用于電網時變風險評估，驗證了所提模擬方法的有效性。
　　④針對強風引起的輸電線路風偏放電預警問題，將其處理成不確定性輸入下的預測與比較問題，提出了一種風偏放電概率預測與風險預警方法。分析了風預報準確性對預測風偏角的影響，基于風預報準確率檢驗的先驗分布，構建了預報風向角和風速的概率分布模型。根據用于計算風偏角的剛體直桿模型，在預報風向和風力等級下通過蒙特卡羅抽

8、樣計算風偏角，并與允許的最大風偏角比較，實現短期風預報下的輸電線路風偏放電概率預警。通過實際案例分析，驗證了所提風偏放電概率預警方法的有效性。
　?、葆槍Ω脖鶇^(qū)域輸電線路舞動預警問題，將其歸結為有監(jiān)督學習下的分類預測問題，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，構建了基于SVM分類器的區(qū)域易舞氣象條件預報模型。當預判到某區(qū)域滿足易舞氣象條件時，結合當地輸電線

9、路的導線結構、導線截面、檔距等線路結構參數，通過構建的AdaBoost分類器實現線路舞動預警。使用河南電網的歷史舞動樣本進行了算例測試，驗證了所提方法的有效性。
　　鑒于氣象過程的隨機性特點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過程的指標性風險描述方法，又建立了連續(xù)時間故障風險模型，可分別滿足系統(tǒng)性風險評估和過程性風險防范的需要。探索建立的氣象災害預警方法及模型，將促進電力系統(tǒng)在線氣象風險防控理論和技術的發(fā)