CN108595872A - 一种电网在线安全稳定分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网在线安全稳定分析方法，包括：步骤S1，获取电网中交流线路及关联杆塔的设计参数和地理位置信息、台风实测数据以及预报数据，提取电网范围地形信息，建立线路‑杆塔‑地形的地理模型；步骤S2，解析台风实测数据以及预报数据，计算落入台风灾害辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型；步骤S3，结合所计算的线路故障概率，选择故障线路，形成台风引起的风险故障集；步骤S4，根据所述台风引起的风险故障集，进行电网在线安全稳定分析，获得风险故障的分析结果。本发明全面提升了电网对于台风灾害天气条件下的在线安全稳定分析的有效性和实用性。

Description

一种电网在线安全稳定分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种电网在线安全稳定分析方法。

背景技术

跟随国家经济快速发展的脚步，电网发展提速，其内部联系也日益紧密，重要设备故障将导致较大的经济损失。特别在东南沿海经济发达地区，随着台风灾害的频现，对于现有互联互通交直流混联大电网安全稳定运行的考验越来越严峻，停电风险越来越大。再坚强的电网也不能忽略极端天气对于电网的影响。结合现有大数据环境，可利用数据信息越来越多，实现计及台风灾害因素的在线安全稳定分析，将有效提升电网调度控制系统对于台风灾害的预警和预控能力，加强电网调度人员对于台风灾害于电网危害影响的认识。

目前台风实测及预测信息主要由气象系统提供，其给出的风速未考虑微地形的影响，同时又受测绘和监测的环境限制，不能实时大范围监测不同地形条件下的风速变化。同时传统的在线安全稳定分析主要考虑正常天气条件下的设备故障影响，对于台风灾害下的风险故障未做有效考虑。

因此，现有计及台风灾害因素的在线安全稳定分析中主要存在以下不足：1)台风实测及预测数据未考虑微地形的影响；2)微地形信息因测绘监测条件受限均只作简化考虑；3)台风引起线路故障的风险故障不能有效评估及预控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电网在线安全稳定分析方法，以全面提升台风灾害条件下的电网在线安全稳定分析的有效性和实用性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电网在线安全稳定分析方法，包括：

步骤S1，获取电网中交流线路及关联杆塔的设计参数和地理位置信息、台风实测数据以及预报数据，提取电网范围地形信息，建立线路-杆塔-地形的地理模型；

步骤S2，解析台风实测数据以及预报数据，计算落入台风灾害辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型；

步骤S3，结合所计算的线路故障概率，选择故障线路，形成台风引起的风险故障集；

步骤S4，根据所述台风引起的风险故障集，进行电网在线安全稳定分析，获得风险故障的分析结果。

其中，所述步骤S1具体包括：

步骤S11，接入电网中交流线路及关联杆塔信息，将关联杆塔信息以E格式文本为载体，通过SFTP传输方式进行自动获取、解析入库；

步骤S12，通过气象数据网获取电网范围的数字高程数据，以文本形式存储，并利用数字高程数据同时提取电网范围地形的坡度、坡向信息；

步骤S13，接入台风实测数据及预测数据；

步骤S14，建立交流线路及关联杆塔与台风运行轨迹的地理映射，通过数字高程数据信息及提取的坡度、坡向信息，以地理坐标为主键，构建线路-杆塔-地形模型。

其中，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，计算风速地形修正系数；

步骤S22，根据划定的10级风圈半径辐射带范围，在10级辐射带范围内利用所述风速地形修正系数修正风速，计算落入10级辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型。

其中，所述步骤S21进一步包括：

计算山顶处的风压修正系数η_G；

按照等高线的间距以及密集度区分山峰和山坡，划定山峰地形和山坡地形范围，根据坡向与风向的方向性，以东、南、西、北作四个象限，获取风向与坡向的一个角度差θ，按照下式计算得到风速地形修正系数

根据线路-杆塔-地形模型和线路杆塔的呼称高参数，获得电网范围内各点的风速地形修正系数。

其中，所述步骤S22进一步包括：

设定以线路最大设计风速为圆心、V_F为半径的风速缓冲区域范围，其中：

V_F＝βV_M；

V_M为线路最大设计风速，β为缓冲系数；

计算线路中各杆塔的第一风速集合，然后进行微地形修正，再计算修正后的第二风速集合，在所述第二风速集合中取最大风速值V_imax，按下式计算线路故障概率：

μ₁为缓冲区域内概率校正系数；当时，直接取值1。

其中，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，结合所计算的线路故障概率，选择所有大于设定门槛的故障线路形成集合，在所述集合中选取任意设备进行组合，组成N-J多设备群发故障组合，建立台风引起的风险故障集；

步骤S32，将所述集合中每一单线路与所述设定门槛进行比较，作为故障增加至所述风险故障集中。

其中，所述电网在线安全稳定分析方法还包括以所述设定门槛对组合故障设备计算综合故障概率。

其中，在所述步骤S4之后，还包括：

步骤S5，以所述分析结果对风险故障后出现不安全情况进行预防控制，提供相关控制措施建议，建立针对台风风险故障集的灾害防控系统。

本发明实施例的有益效果在于：本发明针对计及台风灾害因素的在线安全稳定分析，提出了一套实用的外部信息接入和建模、线路的风险故障概率计算、台风引起线路故障集在线自动生成、台风风险故障集的在线安全稳定评估和预防控制的在线安全稳定分析方法，有效解决了台风实测及预测数据中未对微地形作有效考虑、台风风险故障不能有效进行在线安全稳定分析及预控等在线安全稳定分析中所存在的不足，全面提升了电网对于台风灾害天气条件下的在线安全稳定分析的有效性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种电网在线安全稳定分析方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中外部信息接入和建模步骤的流程示意图。

图3为本发明实施例中线路的风险故障概率计算步骤的流程示意图。

图4为本发明实施例中微地形(山峰、山坡)组成的示意图。

图5为本发明实施例中地形坡向-台风风向夹角的示意图。

图6为本发明实施例中台风引起的线路故障集在线自动生成步骤的流程示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

本发明的基本原理在于：将线路及其相关联的杆塔设计参数信息、高精度的数字高程数据信息及其提取的坡度和坡向信息、台风实测及预测数据信息进行整理入库，建立线路-杆塔-地形模型并与台风数据及运行轨迹进行有效映射，在计算风速地形修正系数后，对台风于各杆塔位置的风速考虑微地形影响进行修正，从而建立台风于各线路设备的故障概率集合，再进行设备组合后实现台风引起线路故障的风险故障集的自动生成，并对台风风险故障集进行有效的安全稳定评估，对存在风险的故障提供预防控制措施建议。

请参照图1所示，本发明实施例提供一种电网在线安全稳定分析方法，包括：

步骤S1，获取电网中交流线路及关联杆塔的设计参数和地理位置信息、台风实测数据以及预报数据，提取电网范围地形信息，建立线路-杆塔-地形的地理模型；

步骤S2，解析台风实测数据以及预报数据，计算落入台风灾害辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型；

步骤S3，结合所计算的线路故障概率，选择故障线路，形成台风引起的风险故障集；

步骤S4，根据所述台风引起的风险故障集，进行电网在线安全稳定分析，获得风险故障的分析结果。

以下结合图2-图6对相应步骤做进一步说明。

步骤S1为外部信息接入和建模步骤，系通过在数据库中按照各类信息变量为字段建立数据表，采取存量新增的模式，将电网中交流线路及关联杆塔的设计参数和地理信息、台风实测以及预报信息进行整理入库；结合具有1米高精度的数字高程数据提取坡度、坡向信息，并通过地理位置信息为主键，建立线路-杆塔-地形的地理模型。其具体流程如图2所示：

步骤S11，接入电网中交流线路及关联杆塔信息，将关联杆塔信息以E格式文本为载体，通过SFTP传输方式进行自动获取、解析入库，其中关联杆塔信息包括：名称、类型、经度、纬度、海拔、最大设计风荷载、最大设计风速、全高(m)、档距(m)、杆塔重量(KG)、呼称高、型号、绝缘子类型、杆塔所能承受两侧最大不平衡力、杆塔所属线路等。

步骤S12，接入高精度数字高程数据信息，通过气象数据网获取电网范围的数字高程数据，以文本形式存储，并利用数字高程数据同时提取电网范围地形的坡度、坡向信息。

步骤S13，接入台风实测数据及预测数据，台风信息通过从气象监测系统按E格式文本为载体传输，分为实测数据和预测数据，内容包括风速、气压、7级风圈半径、10级风圈半径、移动速度、移动方向、日期时间、经度、纬度、名称、编号等。

步骤S14，建立交流线路及关联杆塔与台风运行轨迹的地理映射，通过数字高程数据信息及提取的坡度、坡向信息，以地理坐标为主键，构建线路-杆塔-地形模型，继而与台风实测数据中的地理位置接轨映射，实现电力设备与台风运行轨迹关联。其中台风实测数据中考虑10级风圈作为台风灾害范围，记做10级辐射带，所有落入台风辐射带圈内的线路及其杆塔将进行故障概率计算。

步骤S2为线路的风险故障概率计算步骤，系通过解析台风实测数据以及预测数据(预测数据考虑频度15分钟)，将台风眼地理位置与线路-杆塔-地形模型对接，在计算风速地形修正系数后，根据划定的10级风圈半径辐射带范围，在10级辐射带范围内利用风速地形修正系数修正风速，计算落入10级辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型。其具体流程如图3所示：

步骤S21，计算风速地形修正系数。地形对于风速的影响主要包括高度、坡度以及坡向与风向的角度。根据《建筑结构荷载规范》中所描述，对于山峰或山坡而言，山顶处风压修正系数按以下公式采用:

上式中：tanθ为迎风坡侧的坡度影响因子，当tanθ大于0.3时取0.3；K为地形因子，大致可区分为山峰G取2.2，山坡P取1.4；H为山峰或者山坡全高度值(m)；Δφ为杆塔的高度即呼称高(m)，当大于2.5H时，直接取值2.5H。

同时根据伯努利方程得出的风-压关系如下：

P_W＝0.5×ρ×v²

上式中：P_W为风压[kN/m²]，ρ为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。

根据公式可以获得风压与风速的平方成正比，所以对于风速的修正系数可以有以下原则：

当高度小于50m时，按平地地形考虑，记为1；按照等高线的间距以及密集度进行区分山峰和山坡，划定山峰地形和山坡地形范围；同时考虑坡向与风向的方向性，当坡向与风向同向时为迎风坡，相向时为背风坡，则以东、南、西、北作四个象限，按照风向可得风向与坡向的一个角度差θ，则风速地形修正系数增加考虑采用下式：

θ为风向-坡向角度差；

根据线路-杆塔-地形模型和线路杆塔的呼称高参数，可得到电网范围内各点的风速地形修正系数

现预设台风A，当前风速为24m/s。如图4所示，线路B，所辖4个g1、g3、g5的呼称高均为18m，g1、g3所在坡度为30°，g5所在坡度45°，g1、g5所在台风顺风坡，g3所在台风背风坡，线路B最大设计风速为30m/s，山峰G和山坡P高300m。如图5所示，g3坡向与台风风向夹角为210°，则可计算得出如下：

可得线路B所辖3个杆塔最大风速为28.14m/s。

步骤S22，计算由台风引起的线路故障概率。在进行线路故障概率计算中，考虑杆塔运行耗损以及地形变化等诱因，以最大设计风速为中心点，设定缓冲区域，考虑仅在该缓冲区域内可能出现线路故障。对于缓冲区域的设定，考虑以最大设计风速为圆心、V_F为半径的风速缓冲区域范围：

V_F＝βV_M

V_M为线路最大设计风速，β为缓冲系数。

首先计算线路中各杆塔的风速集合A{V_i，i＝1，2，3...}，然后进行微地形修正，计算修正后的风速集合B在集合B中取最大风速值V_imax，从而计算线路故障概率，具体如下式：

μ₁为缓冲区域内概率校正系数，以数据线性拟合得出；当时，直接等于1。

对于前述示例，则取β＝0.8，则线路B的线路故障概率为：

步骤S3为台风引起的线路故障集在线自动生成步骤，系结合所计算的线路故障概率，设定门槛选择故障线路作为集合，并在集合中取任意设备进行组合，组合过程考虑组合故障设备的综合概率，同时也需要将集合中每一单线路作为故障增加至故障集合中，实现台风引起线路故障的风险故障集。其具体流程如图6所示：

步骤S31，结合所计算的线路故障概率，同样取α(可取为0.60)为门槛，选择所有大于该门槛的故障线路组合形成集合在集合C中取任意设备进行组合，组合过程考虑组合故障设备的综合故障概率，直至组合故障设备的综合故障概率小于门槛α(单设备故障概率的乘积，即)，则完成组合故障设备，并组成N-J(J≥2，代表故障设备数)多设备群发故障组合，建立台风引起的风险故障集；

步骤S32，同时将集合C中每一单线路，也取α为门槛进行判断，作为故障增加至台风风险故障集中，以设备在台风10级风圈范围作为故障的有效判据。在步骤S31中是对大于门槛α的故障线路组合放入集合C中，步骤S32则是对每一单线路判断其故障概率大于门槛α时也将其放入集合C中。

对于前述示例中的线路B，可将其作为风险故障进行在线安全稳定分析与预防控制。

在步骤S4获得风险故障的分析结果之后，还包括台风风险故障的预防控制步骤，即：

步骤S5，以所述分析结果对风险故障后出现不安全情况进行预防控制，提供相关控制措施建议，建立针对台风风险故障集的灾害防控系统。

通过上述说明可知，本发明带来的有益效果在于，本发明针对计及台风灾害因素的在线安全稳定分析，提出了一套实用的外部信息接入和建模、线路的风险故障概率计算、台风引起线路故障集在线自动生成、台风风险故障集的在线安全稳定评估和预防控制的在线安全稳定分析方法，有效解决了台风实测及预测数据中未对微地形作有效考虑、台风风险故障不能有效进行在线安全稳定分析及预控等在线安全稳定分析中所存在的不足，全面提升了电网对于台风灾害天气条件下的在线安全稳定分析的有效性和实用性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，包括：

步骤S1，获取电网中交流线路及关联杆塔的设计参数和地理位置信息、台风实测数据以及预报数据，提取电网范围地形信息，建立线路-杆塔-地形的地理模型；

步骤S2，解析台风实测数据以及预报数据，计算落入台风灾害辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型；

步骤S3，结合所计算的线路故障概率，选择故障线路，形成台风引起的风险故障集；

步骤S4，根据所述台风引起的风险故障集，进行电网在线安全稳定分析，获得风险故障的分析结果。

2.根据权利要求1所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

步骤S11，接入电网中交流线路及关联杆塔信息，将关联杆塔信息以E格式文本为载体，通过SFTP传输方式进行自动获取、解析入库；

步骤S12，通过气象数据网获取电网范围的数字高程数据，以文本形式存储，并利用数字高程数据同时提取电网范围地形的坡度、坡向信息；

步骤S13，接入台风实测数据及预测数据；

步骤S14，建立交流线路及关联杆塔与台风运行轨迹的地理映射，通过数字高程数据信息及提取的坡度、坡向信息，以地理坐标为主键，构建线路-杆塔-地形模型。

3.根据权利要求2所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，计算风速地形修正系数；

步骤S22，根据划定的10级风圈半径辐射带范围，在10级辐射带范围内利用所述风速地形修正系数修正风速，计算落入10级辐射带的线路故障概率，建立台风引起的线路故障概率模型。

4.根据权利要求3所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤S21进一步包括：

计算山顶处的风压修正系数η_G；

按照等高线的间距以及密集度区分山峰和山坡，划定山峰地形和山坡地形范围，根据坡向与风向的方向性，以东、南、西、北作四个象限，获取风向与坡向的一个角度差θ，按照下式计算得到风速地形修正系数

根据线路-杆塔-地形模型和线路杆塔的呼称高参数，获得电网范围内各点的风速地形修正系数。

5.根据权利要求3所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤S22进一步包括：

设定以线路最大设计风速为圆心、V_F为半径的风速缓冲区域范围，其中：

V_F＝βV_M

V_M为线路最大设计风速，β为缓冲系数；

计算线路中各杆塔的第一风速集合，然后进行微地形修正，再计算修正后的第二风速集合，在所述第二风速集合中取最大风速值V_tmax，按下式计算线路故障概率：

μ₁为缓冲区域内概率校正系数；当时，直接取值1。

6.根据权利要求1所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，结合所计算的线路故障概率，选择所有大于设定门槛的故障线路组合形成集合，在所述集合中选取任意设备进行组合，组成N-J多设备群发故障组合，建立台风引起的风险故障集；

步骤S32，将所述集合中每一单线路与所述设定门槛进行比较，作为故障增加至所述风险故障集中。

7.根据权利要求6所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，还包括以所述设定门槛对组合故障设备计算综合故障概率。

8.根据权利要求1所述的电网在线安全稳定分析方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，还包括：

步骤S5，以所述分析结果对风险故障后出现不安全情况进行预防控制，提供相关控制措施建议，建立针对台风风险故障集的灾害防控系统。