CN105678460B - 雷电灾害与设备过载及断面越限的关联度分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷电灾害与设备过载及断面越限的关联度分析方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明包括评估电力设备故障与雷电灾害关联度指标、评估电力设备故障所引发的设备过载及断面越限与雷电灾害的关联度指标两个部分，首先根据对大量观测样本进行回归分析并建立线性化模型评估设备故障与雷电灾害的关联度，然后结合设备故障和有功变化对于过载设备或越限断面的灵敏度计算设备过载及断面越限与雷电灾害的关联度指标。本发明可为调度运行人员应对外部灾害提供参考依据。

Description

雷电灾害与设备过载及断面越限的关联度分析方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种雷电灾害与设备过载及断面越限的关联度分析方法。

背景技术

我国(网、省级)电网的在线安全稳定防御系统一般具备电网安全的在线评估预警功能，能够评估电网当前工况及预想故障后的安全稳定裕度。同时，近年来，设备故障概率和灾害影响因子的在线评估技术也得到了广泛的研究并在部分电网公司得到应用。

专利“台风引发输电线路故障的概率评估方法”(申请号：201110457145.0)根据台风引发输电线路故障的四种途径，提出了分别评估这四种故障概率及线路综合故障概率的方法。

专利“基于雷电实测数据的输电线路雷击故障概率评估方法”(专利号：ZL 2011 10457698.6)

专利“评估山火引发输电线路故障概率的方法”(申请号：201310382753.9)提出综合风力、风向等气象因素和地理环境因素修正山火火场信息，并将修正后的实时山火信息关联到输电线路，采用模糊数学的方法计算山火引发输电线路的故障概率。

专利“评估暴雨引发输电线路故障概率的方法”(申请号：201310380170.2)根据线路各基杆塔处的历史和实时降雨量信息以及地形地貌信息，分析发生山洪、泥石流和滑坡等地质灾害的相关因素变化情况，进而采用模糊数学方法计算暴雨引发输电线路的故障概率。

专利“自适应外部环境的电力系统预防控制候选措施识别方法”(专利号：ZL201010568150.4)提出在上述输电线路故障概率基础上进一步计算厂站内设备的灾害影响因子，并基于灾害影响因子调整候选控制措施集。

上述文献所述的技术能够提供外部灾害影响电网设备的信息，但目前还无法综合利用这些信息和电网安全稳定裕度信息来分析设备故障跳闸以及设备过载或断面越限与外部灾害的关联性。

发明内容

本发明目的是：为了解决分析设备故障跳闸以及设备过载或断面越限与外部灾害的关联性的问题，提供一种基于多信息源的设备过载或输电断面越限与雷电灾害关联度的分析方法。该方法充分利用目前电网调控自动化系统提供的大量电网运行信息和外部环境信息进行数据挖掘，分析出设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)若在控制中心监测到当前雷电灾害的持续时间超过设定值T_th,d且电网中出现设备过载或断面越限，则进入步骤2)，否则结束本方法；

2)若在发生设备过载或断面越限之前的设定时段T_th,o内出现非计划停运线路，则汇集各非计划停运线路跳闸时刻前设定时段T_th,t内各线路走廊宽度内的落雷点信息，包括落雷时刻、经纬度，计算落雷总数和各落雷点与导线的平均距离，以落雷数和平均距离为自变量建立式(1)所示的二元线性回归模型：

其中，i＝1,2……,N，N是落在线路走廊范围内的且落雷时刻与线路跳闸时刻间隔小于T_th,t的落雷次数，N₀是用于规格化的基值，d₀是设定的线路走廊宽度、用于规格化平均距离的计算，D_i是第i个落雷距离导线的垂直距离，α_j是第j条线路跳闸与雷电的关联度，a和b是回归系数，c是常数项；

然后，基于已有的观测样本，包括规格化的每条历史跳闸线路的线路走廊落雷数N/N₀、规格化的平均距离和关联度的样本值，根据二元回归分析方法求解相应的方程组得到回归系数a和b以及常数项c，将回归系数a和b以及常数项c代入二元线性回归模型，计算出各线路跳闸与雷电的关联度指标，进入步骤3)；

若在设定时段T_th,o内未出现非计划停运线路，则将关注的停运线路集D_o,l置为空，进入步骤4)；

3)将步骤2)中得出的跳闸与雷电的关联度大于相应设定门槛值的停运线路，作为雷击停运线路集，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况下这些线路停运对过载设备的有功功率灵敏度以及对越限断面的有功功率灵敏度，从雷击停运线路集中剔除对于当前电网中所有过载设备有功功率的灵敏度均为负的停运线路以及对于当前电网中所有越限断面有功功率的灵敏度均为负的停运线路后，作为关注的停运线路集D_o,l，进入步骤4)；

4)对比最近的设备未过载且断面未越限的电网工况和当前时刻的电网工况数据，得到发电机和负荷的有功变化值，针对有功变化绝对值大于设定门槛值的发电机和负荷，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况，分别计算发电机和负荷对于过载设备的有功功率灵敏度以及对于越限断面的有功功率灵敏度，然后从发电机集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功出力大于当前值的发电机以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功出力小于当前值的发电机，作为关注的发电机集，并从负荷集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功大于当前值的负荷以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功小于当前值的负荷，作为关注的负荷集，进入步骤5)；

5)根据关注的发电机集和关注的负荷集中各个发电机和负荷的受雷电灾害的灾害影响因子，从关注的发电机集中剔除灾害影响因子小于设定门槛值的发电机以及灾害影响因子大于相应设定门槛值但出力增加的发电机，从关注的负荷集中剔除灾害影响因子小于相应设定门槛值的负荷，将剔除后的关注的发电机集和剔除后的关注的负荷集作为修正后的关注发电机和负荷集D_c,gl；

6)若集合D_o,l非空，根据集合D_o,l中各停运线路跳闸与雷电的关联度及各停运线路对过载设备的有功功率灵敏度以及各停运线路对于越限断面的有功功率灵敏度，结合集合D_c,gl中各发电机和负荷的灾害影响因子及各发电机和负荷对过载设备的有功功率灵敏度以及各发电机和负荷对于越限断面的有功功率灵敏度，采用式(2)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标；若集合D_o,l为空集，则采用式(3)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，然后结束本方法：

其中，μ_o是设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，k＝1,2,……N_t，N_t是过载的设备数和越限的断面的总数，是D_o,l中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值的停运线路条数，α_j是第j个线路跳闸与雷电的关联度，γ_j,k是第j个线路对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，是D_c,gl中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值且出力变化绝对值大于相应门槛值的发电机和负荷的总数，γ_m,k是其中第m个发电机或负荷对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，β_m是经过规格化的第m个发电机或负荷受雷电灾害的灾害影响因子。

本发明的有益效果如下：本发明通过对于电网设备过载状态、重要输电断面越限情况和雷电灾害信息等多种信息源的综合分析，在线分析设备故障和电网工况异常与雷电灾害的关联性，给出量化的关联度指标，协助调度运行人员快速定位设备故障和电网异常状态的原因，提高电网事故后的快速分析与处理的效率，显著增强电网应对外部灾害的能力，同时本发明也为面向电网在线防御的大数据挖掘提供了有益的思路。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示。

图1中步骤1)描述的是，若在控制中心监测到当前雷电灾害的持续时间超过设定值T_th,d，T_th,d＞5分钟，一般可取为10分钟，且电网中出现设备过载或断面越限，则进入步骤2)，否则，结束本方法。

图1中步骤2)描述的是，若在发生设备过载或断面越限之前的设定时段T_th,o内出现非计划停运线路，则汇集各非计划停运线路跳闸时刻前设定时段T_th,t内该线路走廊宽度内的落雷点信息，包括落雷时刻、经纬度，计算落雷总数和各落雷点与导线的平均距离，以落雷数和平均距离为自变量建立式(1)所示的二元线性回归模型：

其中，10≤T_th,o≤30，一般可取为20分钟，i＝1,2……,N，N是落在线路走廊范围内的且落雷时刻与线路跳闸时刻间隔小于T_th,t的落雷次数，5≤T_th,t≤15，一般可取为10分钟，N₀是用于规格化的基值，d₀是设定的线路走廊宽度、用于规格化平均距离的计算，D_i是第i个落雷距离导线的垂直距离，α_j是第j条线路跳闸与雷电的关联度，a和b是回归系数，c是常数项。

然后，基于已有的观测样本，包括规格化的每条历史跳闸线路的线路走廊落雷数N/N₀、规格化的平均距离和关联度的样本值，根据二元回归分析方法求解相应的方程组得到回归系数a和b以及常数项c，将回归系数a和b以及常数项c代入二元线性回归模型，计算出各线路跳闸与雷电的关联度指标，进入步骤3)。若在设定时段T_th,o内未出现非计划停运线路，则将关注的停运线路集D_o,l置为空，进入步骤4)。

图1中步骤3)描述的是，设定相关度门槛值，一般取为0.05，将步骤2)中得出的与雷电的关联度大于该门槛值的停运线路，作为雷击停运线路集，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况下这些线路停运对过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，从雷击停运线路集中剔除对于当前电网中所有过载设备有功功率的灵敏度均为负的停运线路，以及对于当前电网中所有越限断面有功功率的灵敏度均为负的停运线路后，作为关注的停运线路集D_o,l，进入步骤4)；

图1中步骤4)描述的是，对比最近的设备未过载且断面未越限的电网工况和当前时刻的电网工况数据，得到发电机和负荷的有功变化值，设定有功变化门槛值，一般取为5MW，针对有功变化绝对值大于设定门槛值的发电机和负荷，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况，分别计算发电机和负荷对于过载设备的有功功率灵敏度以及对于越限断面的有功功率灵敏度，然后从发电机集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功出力大于当前值的发电机以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功出力小于当前值的发电机，作为关注的发电机集，并从负荷集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功大于当前值的负荷以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功小于当前值的负荷，作为关注的负荷集，进入步骤5)。

图1中步骤5)描述的是，根据关注的发电机集和关注的负荷集中各个发电机和负荷的受雷电灾害的灾害影响因子，设定门槛值，通常取为0.05，从关注的发电机集中剔除灾害影响因子小于设定门槛值的发电机以及灾害影响因子大于相应设定门槛值但出力增加的发电机，从关注的负荷集中剔除灾害影响因子小于相应设定门槛值的负荷，将剔除后的关注的发电机集和剔除后的关注的负荷集作为修正后的关注发电机和负荷集D_c,gl。灾害影响因子的计算方法为成熟计算方法，如中国专利文件ZL201010568150.4说明书实施例第0025段所描述的灾害影响因子方法，在此不再赘述。

图1中步骤6)描述的是，若集合D_o,l非空，根据集合D_o,l中各停运线路跳闸与雷电的关联度及各停运线路对过载设备的有功功率灵敏度以及各停运线路对于越限断面的有功功率灵敏度，结合集合D_c,gl中各发电机和负荷的灾害影响因子及各发电机和负荷对过载设备的有功功率灵敏度以及各发电机和负荷对于越限断面的有功功率灵敏度，采用式(2)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标；若集合D_o,l为空集，则采用式(3)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，然后结束本方法：

其中，μ_o是设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，k＝1,2,……N_t，N_t是过载的设备数和越限的断面的总数，是D_o,l中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值的停运线路条数，该门槛值一般取为0.05。α_j是第j个线路跳闸与雷电的关联度，γ_j,k是第j个线路对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，是D_c,gl中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值ε_s且出力变化绝对值大于相应门槛值ε_p的发电机和负荷的总数，ε_s一般取为0.05，ε_p一般取为10MW，γ_m,k是其中第m个发电机或负荷对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，β_m是经过规格化的第m个发电机或负荷受雷电灾害的灾害影响因子。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (1)

1.雷电灾害与设备过载及断面越限的关联度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)若在控制中心监测到当前雷电灾害的持续时间超过设定值T_th,d且电网中出现设备过载或断面越限，则进入步骤2)，否则结束本方法；

2)若在发生设备过载或断面越限之前的设定时段T_th,o内出现非计划停运线路，则汇集各非计划停运线路跳闸时刻前设定时段T_th,t内各线路走廊宽度内的落雷点信息，包括落雷时刻、经纬度，计算落雷总数和各落雷点与导线的平均距离，以落雷数和平均距离为自变量建立式(1)所示的二元线性回归模型：

其中，i＝1,2……,N，N是落在线路走廊范围内的且落雷时刻与线路跳闸时刻间隔小于T_th,t的落雷次数，N₀是用于规格化的基值，d₀是设定的线路走廊宽度、用于规格化平均距离的计算，D_i是第i个落雷距离导线的垂直距离，α_j是第j条线路跳闸与雷电的关联度，a和b是回归系数，c是常数项；

然后，基于已有的观测样本，包括规格化的每条历史跳闸线路的线路走廊落雷数N/N₀、规格化的平均距离和关联度的样本值，根据二元回归分析方法求解相应的方程组得到回归系数a和b以及常数项c，将回归系数a和b以及常数项c代入二元线性回归模型，计算出各线路跳闸与雷电的关联度指标，进入步骤3)；

若在设定时段T_th,o内未出现非计划停运线路，则将关注的停运线路集D_o,l置为空，进入步骤4)；

3)将步骤2)中得出的跳闸与雷电的关联度大于相应设定门槛值的停运线路，作为雷击停运线路集，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况下这些线路停运对过载设备的有功功率灵敏度以及对越限断面的有功功率灵敏度，从雷击停运线路集中剔除对于当前电网中所有过载设备有功功率的灵敏度均为负的停运线路以及对于当前电网中所有越限断面有功功率的灵敏度均为负的停运线路后，作为关注的停运线路集D_o,l，进入步骤4)；

4)对比最近的设备未过载且断面未越限的电网工况和当前时刻的电网工况数据，得到发电机和负荷的有功变化值，针对有功变化绝对值大于设定门槛值的发电机和负荷，基于最近的设备未过载且断面未越限的电网工况，分别计算发电机和负荷对于过载设备的有功功率灵敏度以及对于越限断面的有功功率灵敏度，然后从发电机集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功出力大于当前值的发电机以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功出力小于当前值的发电机，作为关注的发电机集，并从负荷集中剔除对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为正且有功大于当前值的负荷以及对所有过载设备和对所有越限断面的有功功率灵敏度均为负且有功小于当前值的负荷，作为关注的负荷集，进入步骤5)；

5)根据关注的发电机集和关注的负荷集中各个发电机和负荷的受雷电灾害的灾害影响因子，从关注的发电机集中剔除灾害影响因子小于设定门槛值的发电机以及灾害影响因子大于相应设定门槛值但出力增加的发电机，从关注的负荷集中剔除灾害影响因子小于相应设定门槛值的负荷，将剔除后的关注的发电机集和剔除后的关注的负荷集作为修正后的关注发电机和负荷集D_c,gl；

6)若集合D_o,l非空，根据集合D_o,l中各停运线路跳闸与雷电的关联度及各停运线路对过载设备的有功功率灵敏度以及各停运线路对于越限断面的有功功率灵敏度，结合集合D_c,gl中各发电机和负荷的灾害影响因子及各发电机和负荷对过载设备的有功功率灵敏度以及各发电机和负荷对于越限断面的有功功率灵敏度，采用式(2)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标；若集合D_o,l为空集，则采用式(3)计算设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，然后结束本方法：

其中，μ_o是设备过载或断面越限与雷电灾害的关联度指标，k＝1,2,……N_t，N_t是过载的设备数和越限的断面的总数， 是D_o,l中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值的停运线路条数，α_j是第j个线路跳闸与雷电的关联度，γ_j,k是第j个线路对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度， 是D_c,gl中对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度绝对值大于相应门槛值且出力变化绝对值大于相应门槛值的发电机和负荷的总数，γ_m,k是其中第m个发电机或负荷对第k个过载设备或越限断面的有功功率灵敏度，β_m是经过规格化的第m个发电机或负荷受雷电灾害的灾害影响因子。