CN111429028A - 一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于山区地形输电线路覆冰灾害风险评估方法，它包括：提取评估区域内110kV及以上装有覆冰监测终端杆塔经纬度坐标记录杆塔线路设计冰厚；提取的杆塔经纬度坐标叠加冰区分布图并记录每个杆塔所处冰区量级；统计5个冰期内覆冰监测终端所监测最大覆冰厚度及对应同期的气温、相对湿度、风速，覆冰比值信息，以及杆塔所在位置的坡度、粗糙度、高程信息；分别计算出每个因子的平均值；对每个因子进行归一化处理；采用投影寻踪算法计算因子参数归一化结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向；计算目标函数值，然后目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级。

Description

一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法

技术领域

本发明属于电力输电线路覆冰灾害风险评估领域；尤其涉及一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法。

背景技术

针对输电线路覆冰，现有技术采用一系列手段对线路冰情情况进行监测，如覆冰监测系统、人工手持式观冰设备等，但现有技术由于覆冰厚度计算方法较为单一，不能代表全部山区、微地形区域覆冰情况，且特殊的地形造成人工无法直接到达线路覆冰现场，从而不能准确的掌握线路覆冰情况；现有技术采用不同方法对线路覆冰灾害风险进行评估，但仍存在一定的缺陷，比如目前研究所建评估模型中均忽略了地形因子对覆冰的影响，而在实际情况下地形因子对线路覆冰具有较大的贡献，因此在构建覆冰灾害风险评估中地形因子是必不可少；同时，层次分析、模糊数学等方法对各风险因子权重值计算过程中，所构建的因子判断矩阵存在较大的人为主观因素，导致所构建模型评价结果与线路覆冰风险实际情况一致性难以把握。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，以解决现有技术针对输电线路覆冰评估存在的所构建模型评价结果与线路覆冰风险实际情况一致性难以把握，准确性较差等问题。

本发明技术方案：

一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，它包括：

步骤1、提取评估区域内110kV以上电压等级装有覆冰监测终端的杆塔经纬度坐标，并采集杆塔线路设计冰厚；

步骤2、根据杆塔经纬度坐标叠加冰区分布图，并采集每个杆塔所处冰区量级；

步骤3、统计5个冰期内步骤1中覆冰监测终端所监测最大覆冰厚度及对应同期的气温、相对湿度、风速和覆冰比值信息，以及杆塔所在位置的坡度、粗糙度和高程信息；

步骤4、分别计算出每个覆冰量级区域内覆冰监测终端所在位置的坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速、覆冰比值和最大覆冰厚度每个因子的平均值；

步骤5、对步骤4处理结果以及覆冰监测终端所处位置冰区分布图量级这9个因子进行归一化处理；

步骤6、采用投影寻踪算法计算归一化处理结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向；

步骤7、根据步骤6计算出的最优投影方向，构建目标函数并计算目标函数，然后给目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级。

步骤3所述提取杆塔所在位置的坡度、粗糙度和高程信息的方法为：利用GIS软件，结合数字高程模型、覆冰监测终端空间数据实现对坡度、地形粗糙度和高程地形因子信息的提取。

步骤5所述冰区分布图覆冰量级的划分方法为：根据冰区分布图，按照10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm及以上这6个量级划分。

步骤5所述将因子参数进行归一化处理，是根据公式：

式中：

为指标初始值，x_{max j}、x_{min j}分别为第j个指标的最大值和最小值，x_ij是归一化处理后的指标值。

步骤6所述采用投影寻踪算法计算归一化处理结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向的方法包括：

采集归一化处理后的9个风险因子指标数据：

{y_ij|i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,9}

其中n为样本数量，j代表第j个因子对应各样本数据值；

在空间中随机提取9个投影方向：

根据第i个样本在一维空间投影值计算公式，计算各方向上投影指标值

式中：

为单位长度向量，根据所计算出的9个投影方向指标值，找出指标值最大时，所对应的投影方向，即为最优投影方向。

步骤7所述根据计算出的最优投影方向，构建目标函数的方法为：

建立输电线路覆冰灾害风险目标评价标准，输电线路覆冰灾害风险目标评价标准为：

根据选择出的最优投影方向，构建的目标函数计算表达式为：

其中，s(a)为z_i的标准差，d(a)为内密度函数；

计算目标函数的方法为：

式中：r_ij＝|z_i-z_j|(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...9)，

R为窗口半径参数，具体取值范围为：r_max≤R≤18。

给目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级的方法为：

根据目标函数函数计算结果，划定目标值范围，给出输电线路覆冰灾害风险等级：

本发明的有益效果：

本发明为克服在线路覆冰灾害风险评估研究工作仍然存在的缺陷，本发明综合考虑地形因子、气象条件以及同期覆冰厚度多个风险因子，保证了所考虑风险因子的完整性，提高评估准确性；其中采集的地形因素包括：坡度、粗糙度、高程，气象条件包括：气温、相对湿度、风速，覆冰厚度包括：实测覆冰厚度值、覆冰比值、冰区量级等；针对本发明所考虑风险因子较多，采用常规方法很难直接根据多维数据变化特征对线路覆冰风险进行评估的缺陷；本发明采用投影寻踪算法，通过某种组合投影方式，将多维数据投影到低维空间，从而根据低维空间数据特征对线路覆冰风险进行评估；相对现有技术，本发明的投影寻踪方法具有其余算法较难对多维数据分析处理优点，同时对于关联性较小的因子变量，能够快速排出对评价结果的影响，并且能够快速寻优到多维数据最佳投影方向，保留原有数据的结构、特征。综上根据本发明所构建的线路覆冰灾害风险评估模型，能够准确的反映出线路覆冰风险，为线路升级改造、新建线路选址等工程均具有重要意义；解决了现有技术针对输电线路覆冰评估存在的所构建模型评价结果与线路覆冰风险实际情况一致性难以把握，准确性较差等问题。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，它包括：

步骤1、提取评估区域内110kV及其以上装有覆冰监测终端杆塔经纬度坐标，并记录杆塔线路设计冰厚；

步骤2、根据步骤1中提取的杆塔经纬度坐标叠加冰区分布图，并记录每个杆塔所处冰区量级；

步骤3、根据《电网冰区分布图绘制技术导则》GB.T 35796-2017中指出，利用冰区分布图指导线路设计、运行实践工作时，需要综合考虑气象条件、地形因素、覆冰量级这三个重要因素。统计5个冰期内步骤1中覆冰监测终端所监测最大覆冰厚度及对应同期的气温、相对湿度、风速，覆冰比值信息，以及杆塔所在位置的坡度、粗糙度、高程信息；

步骤4、根据步骤2、步骤3提取结果分别计算出每个覆冰量级区域内覆冰监测终端所在位置的坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速，覆冰比值(覆冰监测系统测量冰厚/设计冰厚)、最大覆冰厚度每个因子的平均值；

步骤5、由于所选取各个指标单位量纲不统一，为消除由于量纲不统一对评价结果构成的影响，对步骤4处理结果以及覆冰监测终端所处位置冰区分布图量级这9个因子进行归一化处理；

步骤6、采用投影寻踪算法计算经步骤5处理后的覆冰监测终端所在杆塔因子参数归一化结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向；

步骤7、根据步骤6计算出的最优投影方向，计算目标函数值，然后目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级。

步骤3所述提取杆塔所在位置的坡度、粗糙度、高程信息具体实施为：利用GIS软件，结合12.5m以上分辨率数字高程模型、覆冰监测终端空间数据(经纬度)，提取坡度、地形粗糙度、高程地形因子信息。

步骤5所述冰区分布图覆冰量级按照冰区分布图，按照10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm及以上这6个量级划分。

步骤5所述因子参数进行归一化处理具体实施为：

其中，

为指标初始值，x_{max j}、x_{min j}分别为第j个指标最大值、最小值。

步骤6所述计算经步骤5处理后的覆冰监测终端所在杆塔因子参数归一化结果最优投影方向具体实施为：首先，根据本发明中所考虑的9个风险因子指标数据：

{y_ij|i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,9}

其中n为样本数量，j代表第j个因子对应各样本数据值。

其次，在空间中随机提取9个投影方向：

最后，根据第i个样本在一维空间投影值计算公式，计算各方向上投影指标值。

其中

为单位长度向量。根据所计算出的9个投影方向指标值，找出指标值最大时，所对应的投影方向，即为最优投影方向。

步骤7所述计算目标函数等级具体实施为：首先，结合线路防冰实际运行经验、冰区分布图，给出输电线路覆冰灾害风险目标评价标准，其中风险等级越高，表示输电线路覆冰灾害风险程度越大，反之越小。输电线路覆冰灾害风险目标评价标准为：

其次，根据选择出的最优投影方向，构建的目标函数计算表达式为：

其中，s(a)为z_i的标准差，d(a)为内密度函数，计算公式为：

其中r_ij＝|z_i-z_j|(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...9)，

R为窗口半径参数，具体取值范围为：r_max≤R≤18(18表示本发明中所选取9个因子的2倍)。

最后，根据目标函数函数计算结果，划定目标值范围，给出输电线路覆冰灾害风险等级(目标值越大，覆冰灾害风险越大)：

Claims (8)

1.一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，它包括：

步骤1、提取评估区域内110kV以上电压等级装有覆冰监测终端的杆塔经纬度坐标，并采集杆塔线路设计冰厚；

步骤2、根据杆塔经纬度坐标叠加冰区分布图，并采集每个杆塔所处冰区量级；

步骤3、统计5个冰期内步骤1中覆冰监测终端所监测最大覆冰厚度及对应同期的气温、相对湿度、风速和覆冰比值信息，以及杆塔所在位置的坡度、粗糙度和高程信息；

步骤4、分别计算出每个覆冰量级区域内覆冰监测终端所在位置的坡度、粗糙度、高程、气温、相对湿度、风速、覆冰比值和最大覆冰厚度每个因子的平均值；

步骤5、对步骤4处理结果以及覆冰监测终端所处位置冰区分布图量级这9个因子进行归一化处理；

步骤6、采用投影寻踪算法计算归一化处理结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向；

步骤7、根据步骤6计算出的最优投影方向，构建目标函数并计算目标函数，然后给目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级。

2.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：步骤3所述提取杆塔所在位置的坡度、粗糙度和高程信息的方法为：利用GIS软件，结合数字高程模型、覆冰监测终端空间数据实现对坡度、地形粗糙度和高程地形因子信息的提取。

3.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：步骤5所述冰区分布图覆冰量级的划分方法为：根据冰区分布图，按照10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm及以上这6个量级划分。

4.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：步骤5所述将因子参数进行归一化处理，是根据公式：

式中：

为指标初始值，x_maxj、x_minj分别为第j个指标的最大值和最小值，x_ij是归一化处理后的指标值。

5.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：步骤6所述采用投影寻踪算法计算归一化处理结果各方向上投影指标值，求出最优投影方向的方法包括：

采集归一化处理后的9个风险因子指标数据：

{y_ij|i＝1,2,...,n；j＝1,2,...,9}

其中n为样本数量，j代表第j个因子对应各样本数据值；

在空间中随机提取9个投影方向：

根据第i个样本在一维空间投影值计算公式，计算各方向上投影指标值

式中：

为单位长度向量，根据所计算出的9个投影方向指标值，找出指标值最大时，所对应的投影方向，即为最优投影方向。

6.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：步骤7所述根据计算出的最优投影方向，构建目标函数的方法为：

建立输电线路覆冰灾害风险目标评价标准，输电线路覆冰灾害风险目标评价标准为：

根据选择出的最优投影方向，构建的目标函数计算表达式为：

其中，s(a)为z_i的标准差，d(a)为内密度函数。

7.根据权利要求6所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：计算目标函数的方法为：

式中：r_ij＝|z_i-z_j|(i＝1,2,...,n；j＝1,2,...9)，

R为窗口半径参数，具体取值范围为：r_max≤R≤18。

8.根据权利要求1所述的一种适用于山区地形的输电线路覆冰灾害风险评估方法，其特征在于：给目标函数值划定等级范围，即为输电线路覆冰灾害风险等级的方法为：

根据目标函数函数计算结果，划定目标值范围，给出输电线路覆冰灾害风险等级：

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