CN113379288A - 一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法及系统，能够对抗冰能力提前进行评估，达到灾害预警和预防的效果。所述方法包括，获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为运行参数的权重系数；将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；将参数指标中每个运行参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态，完成OPGW光缆抗冰能力风险评估。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的风险评估领域，具体为一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法及系统。
背景技术
覆冰灾害是电力行业较为严重的灾害之一，尤其在我国线路冰害事故发生的概率居世界前列。经常连续发生的OPGW覆冰灾害，覆冰地区与外界通信中断，对电网造成了解列风险。
光纤复合架空地线(OPGW)兼具地线与通信光缆双重功能，被安装在电力架空线杆塔顶部。OPGW的运行安全性对电力通信传输质量、输电线路安全可靠性以及使用寿命都会造成影响。正常情况下，OPGW承受一定张力，保持均衡受力而处于稳定悬空状态。但实际安装及运行条件下，OPGW不仅会受到弯曲、扭绞、振动和受压等机械力作用的损伤，从而影响其运行寿命；而且，更为重要的是在覆冰区OPGW还会受到覆冰、大风等特殊自然环境影响。如果覆冰及风荷载超出了OPGW所能承受的范围，就会发生断缆或断纤故障。在线路运行期，覆冰和大风荷载是每年都会发生的，即使单次的荷载没能造成断缆或断纤故障，但是其对光缆的受力也可能已经造成了余长变化、光纤裂纹、光纤衰减变化等，这些损伤直接影响到光缆所能承受的极限荷载发生变化，即其抗冰能力无法达到设计时的水平，从而影响运行质量和寿命。特别是用户单位亟需了解OPGW使用寿命的确切情况，以及时决策，确保通信的安全，但是目前还没有一种针对OPGW抗冰能力的风险评估方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法及系统，评估科学合理，方便可靠，能够对抗冰能力提前进行评估，达到灾害预警和预防的效果。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，包括，
获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为运行参数的权重系数；
将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
将参数指标中每个运行参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态，完成OPGW光缆抗冰能力风险评估。
优选的，所述的运行参数包括弧垂、覆冰载荷和光纤余长。
进一步，所述得到运行参数的原始数据，包括m组OPGW光缆的运行参数；具体表示为如下矩阵，
矩阵中，列数据x1为弧垂，x2为覆冰载荷，x3为光纤余长。
优选的，所述运行参数的主观权重采用G1法得到。
优选的，所述运行参数的客观权重采用熵值法得到。
优选的，所述将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；具体包括，
将原始数据与每个运行参数的权重结合，形成包含权重的数据矩阵；
计算数据矩阵的协方差矩阵中最大特征值的特征向量，作为原始数据的主成分，特征向量的元素分别代表每组原始数据的主成分值。
优选的，所述将参数指标中每个参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间包括危险、较危险、较安全和安全四个指标区间。
一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估系统，包括，
参数获取模块，用于获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
权重模块，用于通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为参数的权重系数；
数据主成分模块，用于将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
指标主成分模块，用于将参数指标中每个参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
评价模块，用于将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态。
一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种光纤复合架空地线(OPGW)抗冰能力风险评估方法，通过OPGW光缆运行参数，采用联合主观系数赋值和客观系数赋值的覆冰状态参量综合系数赋值方法，进行主客观赋值，通过基于主成分分析法的覆冰状态参量处理进行特征提取，综合对其抗冰能力提前进行评估，达到灾害预警和预防的效果。
进一步的，通过基于光纤损耗、弧垂和覆冰载荷三种运行参量作为评价参数，对OPGW光缆覆冰状态进行描述和评估，相比单一参量的评估，评估结果更加准确、全面。
附图说明
图1为本发明实例中所述方法的流程框图。
图2为本发明实例中所述方法的逻辑流程图。
图3为本发明实例中所述系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
在本发明中，“模块”、“装置”、“系统”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地系统、分布式系统中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它系统交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提出了一种光纤复合架空地线(OPGW)抗覆冰能力风险评估技术方法，通过OPGW光缆运行参数(覆冰荷载、弧垂、光纤余长等)，综合对其抗冰能力提前进行评估，达到灾害预警和预防的效果。利用理论计算、实时监测等技术手段得到包括光纤余长变化、弧垂变化、覆冰荷载等数据，通过建立评估模型，得出基于多种参量的OPGW光缆抗冰能力风险评估方法。通过评估光缆在运行状态中所受到的损伤情况对其抗冰能力的影响，为光缆检修和更换提供科学依据，用以指导光缆线路运行可靠性评估，显得尤为重要。之前对OPGW光缆覆冰状态进行描述主要通过监测覆冰载荷，但是仅通过覆冰载荷无法准确反映覆冰对OPGW光缆的影响程度。覆冰对OPGW光缆的影响主要是改变了光缆的应力应变状态，进而导致光缆中光纤损耗增大或者断芯，本发明不仅采用了覆冰载荷作为评价参数，同时增加了描述光缆通信质量的光纤损耗，描述光缆整体应变状态的弧垂作为评价参量，全面的反映了覆冰情况下OPGW光缆的状态变化。
本发明一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，如图1所示，包括如下步骤，
获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为运行参数的权重系数；
将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
将参数指标中每个运行参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态，完成OPGW光缆抗冰能力风险评估。
具体的本发明所述方法的整体评估方法流程，如图2所示，包括，
首先通过测试和理论计算获取描述OPGW光缆覆冰状态的三个参数：弧垂、覆冰载荷和光纤余长。
然后使用主观赋权方法(G1法)和客观赋权方法(熵值法)求取三个参数的主观权重和客观权重，再通过组合权重法获得主客观的组合权重作为三个参数的权重系数。
将m组包含三个参数的历史数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组历史数据的主成分值。
将三个参数中每个参数的单一指标进行主成分分析法处理获得危险、较危险、较安全、安全四个指标区间。
将m组历史数据与指标区间进行对比，获得每组数据的覆冰风险状态。
本优选实例中，通过如下描述OPGW覆冰状态的参数。
本发明中使用弧垂、覆冰载荷和光纤余长作为描述OPGW光缆覆冰状态的参数，记为：
x＝{x1,x2,x3}
其中，x1为弧垂，x2为覆冰载荷，x3为光纤余长。M组OPGW光缆的参数描述为：
本优选实例中，通过如下计算基于G1法的主观权重。
将三个参数的主观权重系数记为：
p＝[p1,p2,p3]T
本发明使用G1法求主观权重的系数。请相关领域专家选出指标集中主观认为最重要的指标，并进行排序和重要性的量化处理。设p1＝1,r1＝p1/p2，r2＝p2/p3，则：
p即三个参数的主观权重系数向量。
本优选实例中，通过如下计算基于熵值法的客观权重。
本发明采用熵值法获取三个参数的客观权重。在信息论中，信息熵反映参数的无序化程度。信息熵越小，系统无序化程度越大；信息熵越大，系统无序化程度越小。根据熵的特性，我们可以通过计算熵值来判断一个方案的随机性及无序程度，也可以用熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响越大。因此，可根据各项指标的变异程度，利用信息熵工具，计算出各个指标的权重，为多指标综合评价提供依据。
将三个参数的客观权重系数记为：
q＝[q1,q2,q3]T
首先计算第j(1≤j≤3)项指标下第i(1≤i≤m)组参数占该指标的比重T。
计算第j项指标的熵值:
对于第j项指标，指标值Xij的差异越大，对指标评价的作用越大，熵值越小。
qj＝1-ej
即qj越大指标越重要。
本优选实例中，通过如下计算组合权重。
将主观权重p和客观权重q结合获得三个参量的组合权重系数w，记为：
w＝[w1,w2,w3]T
其中，wj表示为：
本优选实例中，通过如下计算基于主成分分析法的覆冰状态特征提取。
基于主成分分析的特征提取目的是获得描述OPGW覆冰状态特征的一维数据。在进行特征提取之前首先将原始数据X(m×3)与每个指标的权重结合，形成包含权重的数据矩阵A。
样本的主成分是其协方差矩阵中具有最大特征值的特征向量，求包含权重的矩阵A的协方差矩阵：
cov(A)＝C
协方差矩阵C最大特征值对应的特征向量记为α，将A投影到α上得到m组数据的主成分D。
D＝Aα
D为m×1的m维列向量，Di(i＝1,2,…,m)代表了每组数据的主成分值。
本优选实例中，通过如下计算指标矩阵。
包含弧垂、覆冰载荷和光纤余长的指标矩阵设为Z：
其中，z11～+∞为弧垂危险区间，z21～z11为弧垂较危险区间，z31～z21为弧垂较安全区间，-∞～z31为弧垂安全区间，且z11＞z21＞z31。覆冰载荷和光纤余长的评价指标区间与弧垂指标设定一致，分别用于与原始数据的主成分值进行匹配和对比，先根据主成分值来确定相同的评价指标，然后判断落入到评价指标区间，对应得到覆冰风险状态。
对指标矩阵Z同样进行主成分分析处理，得到主成分指标矩阵Y(3×1)，若原始数据主成分处于区间y1～+∞，则抗冰能力为危险；若原始数据主成分处于区间y2～y1，则抗冰能力为较危险；若原始数据主成分处于区间y3～y2，则抗冰能力为较安全；若原始数据主成分处于区间-∞～y3，则抗冰能力为安全，其中y1＞y2＞y3。
本优选实例中，进行如下抗冰能力风险评估。
将m组数据的主成分向量D与指标主成分Y进行对比，根据D中每组数据映射到Y的区间，确定每组OPGW的状态。
对应上述的方法，本发明还提供一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估系统，如图3所示，其包括，
参数获取模块，用于获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
权重模块，用于通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为参数的权重系数；
数据主成分模块，用于将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
指标主成分模块，用于将参数指标中每个参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
评价模块，用于将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，包括，
获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为运行参数的权重系数；
将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
将参数指标中每个运行参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态，完成OPGW光缆抗冰能力风险评估。
2.根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述的运行参数包括弧垂、覆冰载荷和光纤余长。
3.根据权利要求2所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述得到运行参数的原始数据，包括m组OPGW光缆的运行参数；具体表示为如下矩阵，
矩阵中，列数据x1为弧垂，x2为覆冰载荷，x3为光纤余长。
4.根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述运行参数的主观权重采用G1法得到。
5.根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述运行参数的客观权重采用熵值法得到。
6.根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；具体包括，
将原始数据与每个运行参数的权重结合，形成包含权重的数据矩阵；
计算数据矩阵的协方差矩阵中最大特征值的特征向量，作为原始数据的主成分，特征向量的元素分别代表每组原始数据的主成分值。
7.根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法，其特征在于，所述将参数指标中每个参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间包括危险、较危险、较安全和安全四个指标区间。
8.一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估系统，其特征在于，包括，
参数获取模块，用于获取描述光纤复合架空地线OPGW光缆覆冰状态的运行参数，得到运行参数的原始数据和对应的参数指标；
权重模块，用于通过组合权重法由运行参数的主观权重和客观权重获得主客观的组合权重，并作为参数的权重系数；
数据主成分模块，用于将原始数据与权重系数相乘，并通过主成分分析法进行特征提取获得每一组原始数据的主成分值；
指标主成分模块，用于将参数指标中每个参数的单一指标通过主成分分析法获得评价指标区间；
评价模块，用于将每一组原始数据的主成分值与对应的评价指标区间进行对比，获得每一组原始数据的覆冰风险状态。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110714322.2A Pending CN113379288A (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 一种光纤复合架空地线抗冰能力风险评估方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113379288A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114866137A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-05 | 国网青海省电力公司信息通信公司 | 电力光缆网的检测方法及装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107742040A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-27 | 广东电网有限责任公司惠州供电局 | 一种基于topsis和最优组合权重的输电线路综合风险评估方法 |
| CN109543737A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-29 | 国网四川省电力公司信息通信公司 | 一种基于fahp_fca组合赋权的信息系统健康度评估方法 |
| CN110837952A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-02-25 | 国家电网公司西北分部 | 一种基于博弈论的电网新技术设备选择方法及系统 |
| CN112668943A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-04-16 | 国网山东省电力公司济宁供电公司 | 一种配电线路健康状态评估方法及系统 |
-
2021
- 2021-06-25 CN CN202110714322.2A patent/CN113379288A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107742040A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-27 | 广东电网有限责任公司惠州供电局 | 一种基于topsis和最优组合权重的输电线路综合风险评估方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邓红雷 等: "基于层次分析-熵权组合法的架空输电线路综合运行风险评估", 电力系统保护与控制, vol. 45, no. 1, pages 28 - 34 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114866137A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-05 | 国网青海省电力公司信息通信公司 | 电力光缆网的检测方法及装置 |
| CN114866137B (zh) * | 2022-04-21 | 2024-04-12 | 国网青海省电力公司信息通信公司 | 电力光缆网的检测方法及装置 |
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