CN109146230A - 一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法和装置，先获取多普勒雷达短临风场和降水信息，然后基于风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警，台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定，能够能直观且充分地揭示输配电线路受灾以及电力设备损坏事故的规律，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警，减小了输配电线路的台风风涝损失；本发明有助于提高预报区域台风灾害发生前事故预判的准确性，提高输配电线路台风风涝灾害的预警水平，丰富电网台风灾害预警参考信息，为电网安全稳定运行提供保障。

Description

一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法和装置

技术领域

本发明属于电网防灾技术领域，具体涉及一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法和装置。

背景技术

随着全球气候变暖和海平面上升，异常天气和气候引发的多种自然灾害不断增多。其中，台风由于其发生频繁、强度大、路径预测难、影响范围广，致灾程度巨大，对受灾区域构成极大破坏。而电力系统是涉及发、输、变、配、用等多个环节的庞大复杂系统，其安全运行与气象环境密切相关，其中，输配电线路是易受台风强风冲击的主要对象。统计数据显示，登陆台风影响下的输配电线路事故频繁发生，在当前城镇化进程不断推进，电力负荷稳定需求的大前提下，研发针对风涝灾害的输配电网安全预警已刻不容缓。

为了抗击台风侵袭，目前沿海各省市不同程度地开展了台风应急预警，通过公共气象服务获取台风路径、十级风圈以及强降雨预报等气象预测信息，但由于成本因素以及专业跨度等问题，各省市输配电网均不同程度地缺乏台风风涝灾害实时监测能力，且由于缺乏有效的强风和强降水监测手段以及精细的预警预报关键数据，导致台风风涝灾害应对能力以及事故应急响应能力存在一定瓶颈。虽然气象机构通过多年的发展升级，在台风预警和预测技术方面已初步具备了较为精确的台风路径预警能力，气象机构开展的台风路径预警技术并不能直观且充分地揭示输配电线路受灾以及电力设备损坏事故的规律，输配电线路的风涝灾害损失严重。

发明内容

为了克服上述现有技术中缺少输配电线台风风涝灾害预警方法导致的输配电线路台风风涝灾害损失严重的不足，本发明提供一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法和装置，先获取多普勒雷达短临风场和降水信息，然后基于风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警，台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定，能够能直观且充分地揭示输配电线路受灾以及电力设备损坏事故的规律，对输配电线路台风风涝灾害进行预警，减小了输配电线路的台风风涝灾害损失。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，包括：

获取多普勒雷达短临风场和降水信息；

基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

所述台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定。

所述台风风涝灾害预报网格的设计包括：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

所述特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数。

所述致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

所述孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

所述承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

所述防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

所述输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

所述多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量。

所述台风风险评估模型按以下过程建立：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。

所述特征参数还包括输配电线路灾损特征参数；

所述基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警之前，还包括：

基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。

另一方面，本发明还提供一种输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，包括：

获取模块，用于获取多普勒雷达短临风场和降水信息；

预警模块，用于基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

所述台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定。

所述装置还包括网格设计模块，所述网格设计模块具体用于：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

所述特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数。

所述致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

所述孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

所述承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

所述防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

所述输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

所述多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量。

所述装置还包括建模模块，所述建模模块按以下过程建立台风风险评估模型：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。

所述特征参数还包括输配电线路灾损特征参数；

所装置还包括检验模块，所述检验模块具体用于：

基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的输配电线路风涝灾害预警方法中，先获取多普勒雷达短临风场和降水信息，然后基于风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警，台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定，能够能直观且充分地揭示输配电线路受灾以及电力设备损坏事故的规律，对输配电线路风涝灾害进行预警，减小了输配电线路的风涝灾害损失；

本发明提供的输配电线路风涝灾害预警装置包括获取模块和预警模块，获取模块用于获取多普勒雷达短临风场和降水信息；预警模块用于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警，其中的台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定，本发明能够能直观且充分地揭示输配电线路受灾以及电力设备损坏事故的规律，对输配电线路风涝灾害进行预警，减小了输配电线路的风涝灾害损失；

本发明提供的技术方案有助于提高预报区域台风灾害发生前事故预判的准确性，提高输配电线路风涝灾害的预警水平，丰富电网台风灾害预警参考信息，为电网安全稳定运行提供保障。

附图说明

图1是本发明实施例1中输配电线路台风风涝灾害短临预警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

S101：获取多普勒雷达短临(0-4小时)风场和降水信息，多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量；

S102：基于S101获取的风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

上述S102中的台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定；

上述S102中，可以根据3km×3km的台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，即将输配电线路所在的台风风涝灾害预报区域由不规则几何形态转变为由n个正方形微元所组成的不规则网格区域。台风风涝灾害预报网格的具体设计过程如下：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

上述的特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数，具体如下：

致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

上述孕灾环境特征参数中的地形特征和下垫面特征的提取过程如下：

1)提取地形特征：

A)对空间上从属于某3km×3km网格区域的数字高程信息进行划分；

B)计算每个网格区域内数字高程特征，数字高程特征包括平均海拔最大海拔高差ΔE，共得到n组特征值，记为ΔE_i，i＝1,2,...,n，由上述数据组成第n个网格区域的输配电线路地形特征。

2)提取下垫面特征：

A)利用美国宇航局的地质勘探数据集，提取分辨率为1km×1km的下垫面信息；

B)依据网格区域，对空间上从属于某3km×3km网格区域的下垫面信息进行划分，计算每个网格区域内下垫面信息的主要占比，以占比最多的土地利用类型表征该网格区域的下垫面特征。

上述S102中的台风风险评估模型按以下过程建立：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识的具体过程如下：

台风风险评估模型中的4个因子权重(灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性、防灾减灾能力)，需事先由专家通过打分来判断各个指标的相对重要性，结合专家的打分情况取平均值，然后构造判断矩阵，通过层次分析法确定其权重。

(1)构造判断矩阵，指标间两两比较判断重要性；

判断矩阵的形式通常可由表1表示：表中m_ij的值表示元素M_i对M_j的相对重要性数值，重要性数值按1-9的标度法进行赋值，含义如表2所示：

表1

M	M<sub>1</sub>	M<sub>2</sub>	...	M<sub>n</sub>
					M<sub>1</sub>	m<sub>11</sub>	m<sub>12</sub>	...	m<sub>1n</sub>
M<sub>2</sub>	m<sub>21</sub>	m<sub>22</sub>	...	m<sub>2n</sub>
					...	...	...	...	...
M<sub>n</sub>	m<sub>n1</sub>	m<sub>n2</sub>	...	m<sub>nn</sub>

表2

(2)单排序指标权重计算，并进行一致性检验：

选取规范列平均法计算判断矩阵权重，步骤如下：

1)计算判断矩阵M中各行各个元素的和，记为

2)将判断矩阵M中各行元素的和进行归一化：

3)经归一化后的判断矩阵按行相加：

4)对向量进行归一化：计算求得的为所求特征向量；

5)一致性检验：计算判断矩阵最大特征根式中，(MW)_i表示MW的第i个元素，W_i为λ_max对应的特征向量。查看判断矩阵是否具有满意性的一致性，需计算一致性比例CR。其中：平均随机一致性指标RI可通过表3查得。若CR＜0.1，判断矩阵的一致性可被接受；否则需要重新对矩阵进行调整或构建，直到结果令人满意。

表3

阶数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											RI	0	0	0.58	0.9	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45	1.49

(3)采用层次分析法确定权重：

根据判断矩阵，得到4个因子的权重值，同时可得最大特征值、平均一致性指标RI、随机一致性比率为CR，若CR<0.1，满足一致性检验，则4个因子的权重合理可信。根据各因子的收资数据不同，以及模型建立中用到的数据丰富度，可以对各因子的重要程度重新打分，计算出各因子的权重系数。

上述S102中，特征参数还包括输配电线路灾损特征参数，基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警之前，基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例(前10％)的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值(90％)以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。括：

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2提供一种输配电线路风涝灾害预警装置，其包括：

获取模块，用于获取多普勒雷达短临风场和降水信息；

预警模块，用于基于获取的多普勒雷达短临风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

上述的台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定。

本发明实施例2提供的输配电线路风涝灾害预警装置还包括网格设计模块，该网格设计模块按下述过程确定台风风涝灾害预报网格：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

所述的特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数。

致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量。

本发明实施例2提供的装置还包括建模模块，建模模块按以下过程建立台风风险评估模型：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。

上述的特征参数还包括输配电线路灾损特征参数，本发明实施例2提供的装置还包括检验模块，检验模块基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，包括：

获取多普勒雷达短临风场和降水信息；

基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

所述台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定。

2.根据权利要求1所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，所述台风风涝灾害预报网格的设计包括：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

3.根据权利要求1所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，所述特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数和防灾减灾能力特征参数。

4.根据权利要求3所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，所述致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

所述孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

所述承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

所述防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

所述输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

所述多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量。

5.根据权利要求3所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，所述台风风险评估模型按以下过程建立：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。

6.根据权利要求5所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警方法，其特征在于，所述特征参数还包括输配电线路灾损特征参数；

所述基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警之前，还包括：

基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。

7.一种输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取多普勒雷达短临风场和降水信息；

预警模块，用于基于所述风场和降水信息和预先构建的台风风险评估模型，对输配电线路台风风涝灾害进行短临预警；

所述台风风险评估模型通过提取预先设计的台风风涝灾害预报网格的特征参数确定。

8.根据权利要求7所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，所述装置还包括网格设计模块，所述网格设计模块具体用于：

根据输配电线路拓扑结构和历史风涝故障分布确定台风短临预警最小预报单位；

根据台风短临预警最小预报单位对台风风涝灾害预报区域进行网格划分，得到台风风涝灾害预报网格。

9.根据权利要求7所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，所述特征参数包括致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数和防灾减灾能力特征参数。

10.根据权利要求9所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，所述致灾因子特征参数包括最大风速和小时降水量；

所述孕灾环境特征参数包括地形特征和下垫面特征；

所述承灾体特征参数包括杆\塔的编号、位置和型制以及输配电线路敷设方式和长度；

所述防灾减灾能力特征参数包括平均修复电时间和应急抢修车辆数量；

所述输配电线路灾损特征参数包括倒杆信息、断杆信息和断线信息；

所述多普勒雷达的风场和降水信息包括最大风速和小时降水量。

11.根据权利要求9所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，所述装置还包括建模模块，所述建模模块按以下过程建立台风风险评估模型：

利用层次分析法对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数各自的权重进行辨识，确定特征参数与台风灾害风险的评估模型。

12.根据权利要求11所述的输配电线路台风风涝灾害短临预警装置，其特征在于，所述特征参数还包括输配电线路灾损特征参数；

所装置还包括检验模块，所述检验模块具体用于：

基于输配电线路灾损特征参数，按下述过程对台风风险评估模型进行检验：

按照历史故障分布中风涝灾害概率自高至低的顺序，筛选出预设比例的网格区域，以历史同期的风场和降水信息为台风风险评估模型的输入，进行风涝灾害短临预警，若预警得到的网格区域与预设比例的网格区域一致性达到预设阈值以上，检验通过，否则利用层次分析法重新对致灾因子特征参数、孕灾环境特征参数、承灾体特征参数、防灾减灾能力特征参数的权重进行辨识，并增加历史台风风涝灾害故障样本进行重新检验。