CN105354640A - 一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，属于电力系统调度自动化技术领域，本发明的技术方案利用插值、色斑图生成、文本解析等算法，通过对电网运行过程中因气象灾害引发的输电线路和设备故障进行全面分析，建立从气象到设备的综合预警模型，并通过地理信息平台全景化、多角度的展示设备检修信息、气象信息、设备预警信息，为电网设备检修，降低灾害性天气对电网运行产生的不利影响提供技术支持。本发明有益效果如下：合理控制内存的使用。对最近最少使用的地图块进行及时的替换和释放，有效地控制了内存占用，同时保证了地图块的加载速度。气象灾害预警模型的建立。模型明确了设备故障和气象灾害之间的关系，在预测电网设备风险和合理安排检修日程中起到了非常重要的作用。
Description
技术领域
本发明属于电力系统调度自动化技术领域，利用插值、色斑图生成、文本解析等算法，通过对电网运行过程中因气象灾害引发的输电线路和设备故障进行全面分析，建立从气象到设备的综合预警模型，并通过地理信息平台全景化、多角度的展示设备检修信息、气象信息、设备预警信息，为电网设备检修，降低灾害性天气对电网运行产生的不利影响提供技术支持。
背景技术
近年来，随着电网规模的不断扩大和延伸，雷电、冰冻、暴(雨)雪、台风等灾害性天气对电网安全运行的影响也越来越大。统计数据表明，由于灾害天气(线路覆冰、雷击、大风等)所造成的线路跳闸次数占总量的60％以上。为了应对灾害天气，合理安排电网设备检修时间，提高电网安全运行水平，开展恶劣气象灾害预警的研究非常有必要。
在实时气象监测方面，电网公司通过安装监测装置，实现对局部地区的高精度天气监测。但监测点的部署还只在相对较小的区域，覆盖率低，安装维护极为艰难，设备可靠性偏低。另外，自然条件和设施费用的制约.使得提高微气象覆盖范围难度很大。在气象预报方面，由于气象部门无法针对灾害天气进行长期的、非常规手段(加密观测等)的预报，并且地方气象部门由于技术水平和计算条件的制约，只提供定性的气象预报，在预报精度(气象、地理位置等)方面还远远无法满足电力公司对灾害天气预报的要求。在气象与电网关联方面，气象信息与电网的联系不够紧密，无法用地理信息系统(GIS)等先进技术和手段准确地提供电网输电线路和设备所处位置的气象信息。因此，迫切需要从已有的、粗粒度的气象数据中，获得对电网设备的及时、准确预警，建立一个集成度高，与电网紧密结合的电网气象灾害预警模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题如下：
1)地理信息平台缓存优化
地理信息平台所需的地图块可以通过预加载的方式存放于内存中，当需要显示这些已缓存的地图块时，不需要再进行网络的传输，可以直接从内存中读取。但是，内存的容量有一定的限制，应用程序不可能无限制的占用内存，应将应用程序的内存使用量控制在一定的范围之内。旧版本的地理信息平台针对地图块的内存释放方法是阈值法，首先指定数量上限，当地图块的数量到达上限值时完全释放内存，这样的释放方式对刚加载到内存中的地图块是一种浪费，因此，需要针对应用需求挑选一个更优的内存释放方法。
2)预警文件解析
部分气象数据来源于气象台发布的预警文件，如何从文本中提炼出与地理信息平台和电网设备相关的有效信息，是一个需要解决的问题。
3)设备所在位置的气象条件计算
实时气象数据来源于气象采集站点，采集站点的位置与行政区域或电网设备位置没有必然的联系，模型中要利用实时气象数据，需要基于采集数据评估特定电网设备所在位置的气象条件。
4)设备与行政区域相交判断
电网设备的经纬度坐标经过坐标转换之后，可以有效地通过地理信息平台进行展示。同时，气象数据(包括预报、预警等)也是基于地理位置的数据，也很容易转换成对地理信息平台上的区域的气象描述。问题的关键是电网设备数据和气象数据分属不同的业务领域和图层，如何将地理区域与电网设备进行有效的关联展示，这是一个需要解决的技术问题。
5)数据整合
气象灾害综合预警模型以天气预报、预警文件、天气实况、线路参数、线路故障等作为输入数据。从不同数据来源获取的数据格式和表示方式存在差异，需要将气象数据映射到每个设备预警专题上，映射关系也是一个需要确定的问题。
针对以上描述的技术问题，本发明的技术方案如下：
(1)线路气象数值插值计算。设备所在位置的实时气象数据采用反距离加权插值算法评估。反距离加权插值算法的思想是加权平均，权重是用待估值点与样本点的距离来确定的。距离越远，权重越小；反之，权重越大。
(2)预警文件解析。气象预警文件内容与电网设备通过行政区进行关联，因此文本解析的关键是行政区标识和对行政区预警等级的描述。该模型使用基于词典的分词算法和正则表达式匹配的方法获得解析数据，并对解析结果进行组合，生成<地区，天气>集合。
(3)设备与行政区域相交判断。该过程的目的是为了结合行政区天气预警数据，计算行政区内设备的预警等级。模型中的行政区轮廓抽象为凹多边形，电力线路抽象为折线，厂站抽象为点。使用矢量图形碰撞检测算法来判定相交的方法有多种，常用的包括：面积和判别法、夹角和判别法、引射线法。
(4)预警模型计算。在经过预警文件解析、气象数据插值、设备与区域相交判断之后，多样化气象数据以预定义的预警模型为依据进行统一与整合，初步确定的映射关系如下表3-1所示。
表3-1设备预警专题与气象预警映射表
(5)地理信息平台缓存优化。对地理信息平台地图块的缓存使用哈希算法和LRU算法(最近最少使用算法)进行优化。哈希桶代替原有的顺序遍历方式，有效地减少了访问内存中地图块的时间；LRU算法对最近经常绘制的地图块的优先级进行提高，使其常驻内存，当需要加载新的地图块到内存时，使其替换内存中不常使用的地图块，这样既保证了地图块的访问速度，又合理控制了内存的使用量。
本发明有益效果如下：
1)合理控制内存的使用。对最近最少使用的地图块进行及时的替换和释放，有效地控制了内存占用，同时保证了地图块的加载速度。
2)使用地理信息平台展示设备数据和气象数据。使用二维图形模拟设备和气象数据，比原有的文字、表格更加直观、通俗易懂。
3)气象灾害预警模型的建立。模型明确了设备故障和气象灾害之间的关系，在预测电网设备风险和合理安排检修日程中起到了非常重要的作用。
附图说明
图1本发明方法的整体流程图。
图2综合预警模型预警结果。其中包括气象预警文件、文件解析结果、设备预警结果、检修设备详情的显示。从图中可以看出，当前检修设备不在预警设备列表当中，因此，可以正常安排检修工作。
具体实施方式
1)气象采集站点提供天气实时数据，数据以<采集站点名称，站点经度，站点纬度，降水量，温度，湿度，气压，风速>方式进行组织；目标设备用<设备名称，设备经度，设备纬度>描述；使用公式对设备所在位置的气象数值Z进行估计。di表示采集点与目标点的距离；u是一个放大因子，u值越大表示距离远的采集点数据对估值的影响越小；Zi指采集点i的气象数值。
2)根据行政区轮廓和设备拓扑数据，计算线路在行政区内部的部分。首先，对每一条线路和每一个地区轮廓，确定每两个杆塔之间的直线段与地区轮廓是否相交，如果相交，将线路在此交点处进行分割，生成两条子线路，以此类推，直到线路末尾；然后，判断每一条子线路与轮廓的位置关系，保留判断结果在轮廓内的子线路作为线路与轮廓的交集。
3)使用基于词典的文本解析算法对气象台发布的预警文件和天气预报数据进行解析。首先建立词典，词典中包括所有的行政区名称、气象灾害名词(如暴雨、大风、雷电等)、气象灾害等级(暴雨、大暴雨、特大暴雨、蓝色预警、黄色预警、橙色预警、红色预警等)、正则表达式(用于匹配日期、风级等)；对类似“气象预警信息服务(暴雨预警)湖北省专业气象服务台2014年6月26日09时暴雨蓝色预警预计26日，湖南西北部、湖北东部、江西中北部等地的部分地区有大到暴雨，其中湖北东部、江西北部等地的局部地区有大暴雨；上述局地并伴有短时雷雨大风或冰雹等强对流天气。”采用正向最大匹配算法进行匹配，得到解析结果“2014年6月26日09时、暴雨蓝色预警、湖南西北部、湖北东部、江西中北部、暴雨、湖北东部、江西北部、大暴雨”；使用堆栈技术对解析结果进行组合，得到<地区，天气属性>集合(<湖南西北部，暴雨>，<江西中北部，暴雨>，<湖北东部，大暴雨>，<江西北部，大暴雨>)；使用<地区，天气属性>集合结合步骤2)的结果，得到对设备所在位置的气象灾害的计算。
4)利用历史故障和故障发生时的预警结果，计算预警的命中率。命中率＝预警命中次数/故障总次数，这一参数将根据实际数据不断更新。
5)对步骤1)、3)得到的设备所在位置的气象数据预测结果进行合并，结合预警命中率，对电网设备可能面临的风险进行预测。表4-1定义了从设备所在位置的气象数据到设备风险等级的映射关系，依据此表计算出设备风险(包括蓝色、黄色、橙色、红色四个等级，其中蓝色表示风险最低，红色表示风险最高)
表4-1设备预警专题与气象预警等级定义表
6)使用哈希算法对地理信息平台进行缓存优化。首先使用(i，j，z)对瓦片进行标记，其中，z表示瓦片所属的图层，i、j表示瓦片在图层z上的行、列坐标；创建一个长度为n的数组，数组中存储的数据类型设置为指向瓦片链表的引用；根据(i+j+z)/n的计算结果，确定瓦片所属的链表；链表中数组采用LRU算法(最近最少使用)组织，即将最近刚访问过的瓦片pop到链表头部；另外，链表的长度根据需要设置为m，当链表中瓦片数量超过m时，将序号大于m的瓦片进行删除。删除瓦片的目的是保证瓦片数据不过度占用内存。
Claims (6)
1.一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)气象采集站点提供天气实时数据，数据以<采集站点名称，站点经度，站点纬度，降水量，温度，湿度，气压，风速>方式进行组织；目标设备用<设备名称，设备经度，设备纬度>描述；
(2)根据行政区轮廓和设备拓扑数据，计算线路在行政区内部的部分；
(3)使用基于词典的文本解析算法对气象台发布的预警文件和天气预报数据进行解析；
(4)利用历史故障和故障发生时的预警结果，计算预警的命中率，命中率＝预警命中次数/故障总次数，这一参数将根据实际数据不断更新；
(5)对步骤(1)、(3)得到的设备所在位置的气象数据预测结果进行合并，结合预警命中率，对电网设备可能面临的风险进行预测。
2.根据权利要求1所述的一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于：
所述步骤(1)使用公式对设备所在位置的气象数值Z进行估计。其中，n表示采集点的数量；Zi指采集点i的气象数值；di表示采集点与目标点的距离；u是一个放大因子，u值越大表示距离越远的采集点对估值的影响越小。
3.根据权利要求1所述的一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于，所述步骤(2)具体方法如下：
首先，对每一条线路和每一个地区轮廓，确定每两个杆塔之间的直线段与地区轮廓是否相交，如果相交，将线路在此交点处进行分割，生成两条子线路，以此类推，直到线路末尾；然后，判断每一条子线路与轮廓的位置关系，保留判断结果在轮廓内的子线路作为线路与轮廓的交集。
4.根据权利要求1所述的一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于，所述步骤(3)具体方法如下：
首先建立词典，词典中包括所有的行政区名称、气象灾害名词、气象灾害等级、正则表达式用于匹配日期、风级等；对气象预警文件采用正向最大匹配算法进行匹配，得到解析结果；使用堆栈技术对解析结果进行组合，得到<地区，天气属性>集合；使用<地区，天气属性>集合结合步骤(2)的结果，得到对设备所在位置的气象灾害的计算。
5.根据权利要求1所述的一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于，所述步骤(5)中，
设备所在位置的气象数据到设备风险等级的映射关系如下表所示，依据此表计算出设备风险，包括蓝色、黄色、橙色、红色四个等级，其中蓝色表示风险最低，红色表示风险最高。
6.根据权利要求1所述的一种面向电网设备检修的气象灾害预警模型构建方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(6)：使用哈希算法对地理信息平台进行缓存优化，具体方法如下：
首先使用(i，j，z)对瓦片进行标记，其中，z表示瓦片所属的图层，i、j表示瓦片在图层z上的行、列坐标；创建一个长度为n的数组，数组中存储的数据类型设置为指向瓦片链表的引用；根据(i+j+z)/n的计算结果，确定瓦片所属的链表；链表中数组采用LRU算法即最近最少使用组织，即将最近刚访问过的瓦片pop到链表头部；另外，链表的长度根据需要设置为m，当链表中瓦片数量超过m时，将序号大于m的瓦片进行删除，保证瓦片数据不过度占用内存。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160224 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |