CN115169931A - 一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，包括：获取地区电网结构信息，获取待建模输电线路的设备参数、运行数据以及外部信息；从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型；从力学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型；利用层次分析法提出考虑气象条件外部因素的输电线路智能化状态评估指标；对各层次指标进行评分，将得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级；解决了输电线路安全评估依赖传感数据和人工处置经验，无法满足输电线路实时风险评估及风险管控的需要等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于输电线路安全评估技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法。
背景技术
随着现代电力系统规模不断扩大，电压等级不断提高，网架结构日益复杂，电网运行面临的潜在风险也越来越多。近年来极端自然灾害事件(如冰灾、山火等)明显增多，极大增加了输电侧不确定性，给电力系统安全运行带来严重影响；逐渐增多的用户和电网的交互使得电网负荷波动变大，增加了用电侧不确定性。此外，人为操作等不确定因素对电力系统的影响也不容忽视。
电力系统主网输电线路运行安全的不确定性会给系统带来潜在安全风险隐患，但目前很多地区电网存在输电线路线长、点多、面广的特点，可能发生的缺陷和故障也较多。传统监测运维依赖于传感数据和人工处置经验，无法满足输电线路实时风险评估及风险管控的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，以解决现有技术对输电线路安全评估依赖传感数据和人工处置经验，无法满足输电线路实时风险评估及风险管控的需要等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，所述方法包括：
步骤1、获取地区电网结构信息，获取待建模输电线路的设备参数、运行数据以及外部信息；
步骤2、从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型；
步骤3、从力学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型；
步骤4、基于数字孪生模型信息，利用层次分析法提出考虑气象条件外部因素的输电线路智能化状态评估指标；
步骤5、基于数字孪生模型信息对各层次指标进行评分，利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级。
获取地区电网结构信息包括获取电网电压等级，明确节点和线路的连接关系，获取发电机节点与负荷节点信息，得到电网拓扑图；
获取待建模输电线路基本设备参数包括电气参数，电气参数包括电阻、电抗和电纳、允许最大传输容量，结构参数包括导线型号和材质、直径和长度、悬挂高度及断股情况；
获取输电线路运行数据包括线路两端电压、线路电流和线路潮流，运行数据通过潮流计算或电网量测传感设备获取；
获取外部信息包括气象因素，气象因素包括温度、风速、风向和湿度。步骤2所述从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型的方法包括：
步骤2.1、对于远距离输电线路，考虑电能传输机理从电气量角度出发建立输电线路均匀传输线分布参数模型，模型由无穷的微源级联构成；
步骤2.2、根据线路微元的电气关系建立电气微分方程，在线路全程内进行微分求解得到线路两端等值方程组，即为线路准确的机理模型，通过机理模型对线路的电气量进行计算求解：
式中：
分别为入端电压相量和电流相量；
分别为末端电压相量和电流相量；l为线路长度；
为线路的波阻抗；Zu为单位长度导线的阻抗，Yu为单位长度导线的导纳；ω为角频率；j表示虚数；
为线路传播常数；
线路的输入阻抗Z1为：
步骤3所述建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型的方法包括：
步骤3.1、输电线路的结构模型是从力学角度对线路进行分析建模，进行结构孪生建模考虑输电线路线长引起的弧垂效应，输电线路采用钢芯铝绞线，以两端的杆塔为支撑，当架空线上的载荷均匀分布时，悬挂于两端点的导线形状为悬链线，因此导线的弧垂模拟使用悬链线公式；
步骤3.2、以a、b为输电线路悬挂点，轴向应力分别为fa和fb，均匀载荷沿线路分布为ρ，方向垂直向下，架空线最低位置为o；选取线路方向为x轴坐标，平行于比载方向为y轴坐标，架空线上任一点c，取长为loc的一段线路作为受力分析对象，x轴和y轴的平衡方程为：
式中，fc为c点的轴向应力；f0为o点轴向应力在x轴方向的分量；θ为fc和x轴的夹角；
两式相除得：
即为微分形式的输电线路结构方程，该式表明：当比值ρ/f0一定时，架空线上任意一点处的斜率与该点至弧垂最低点之间的线长成正比；对上式两边微分得：
分离变量进行积分求解得：
该式为积分形式的输电线路结构方程，其中c1和c2取决于坐标系原点位置。
步骤4所述利用层次分析法提出考虑气象条件外部因素的输电线路智能化状态评估指标的方法包括：
步骤4.1、分析影响输电线路安全运行的影响因素，建立层次结构模型；
步骤4.2、针对各层级安全评估因素，构建判断矩阵；
步骤4.3、计算判断矩阵的特征根和特征权重向量，进行层次排序；
步骤4.4、对结果进行一致性校验，选择满足一致性要求的安全评估因素。
建立层次结构模型的方法为：基于步骤1获取的信息及步骤2、3建立的数字孪生模型建立的层次结构模型为：以A表示线路运行情况、A1表示线路潮流，A2表示线路送端节点电压，A3表示线路末端节点电压；
B表示线路参数，B1表示线路断股情况，B2表示钢筋铝绞线锈蚀情况，B3表示导线悬挂高度，B4表示导线弧垂偏差情况；C表示外部气象信息，C1表示温度，C2表示湿度，C3表示风速，C4表示风向。
构建判断矩阵的方法为：根据层次结构模型本层所有因素对上一层对应因素的相对重要性程度的比较，mij为判断矩阵的元素，表示同层因素两两比较的结果：
式中：n表示本层评价指标总数；评价法则为：若i和j同等重要，则mij＝1；若i比j重要10—50％，则mij＝2；若i比j重要50％以上，则mij＝3；
数字孪生模型体现的线路电磁特性和结构特性比外部气象条件重要，即重要性程度：线路运行情况>线路参数>气象条件，则判断矩阵为：
线路运行情况下一层A1、A2、A3的判断矩阵JA为：
线路参数下一层B1、B2、B3、B4的判断矩阵JB和气象条件下一层C1、C2、C3、C4的判断矩阵JC均为：
计算判断矩阵的特征根和特征权重向量，进行层次排序的方法为：1)将判断矩阵的每一列向量做归一处理，
2)对W′ij按行求和，
3)将W′i归一化，
4)计算最大特征根λmax，
层次分析法的一致性指标CI为：
一致性比率CR为：
式中：RI表示平均随机一致性指标，n＝1或2时，RI＝0；n＝3时，RI＝0.58；n＝4时，RI＝0.90；
CI的值越大，判断矩阵的一致性越差；当CR<0.1时，则判断矩阵具有可接受的一致性。
将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级的方法包括：
步骤5.1、对于线路运行情况和线路参数指标，采用直观的评分方法，评分分值为0-100，0表示完全超过检修规程设定的警戒值，100表示完全处于正常状态；
步骤5.2、通过统计线路在不同气象因素不同气象等级下的故障概率对线路进行评分，100表示当前气象条件完全不会影响设备可靠性；评分Xk的计算式为：
Xk＝100×(1-μk)
式中：k分别取C1—C4，μk表示该气象条件下输电线路的故障率；
步骤5.3、利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级，具体为：
对线路各指标进行评分后，计算综合评价结果R，计算式为
式中：Wi、Wj表示指标k对应的第一层级和第二层级权重；
根据计算结果对线路安全评估情况进行等级划分，R∈[0,60)为高风险，R∈[60,80)为中风险，R∈[80,100]为低风险。
本发明的有益效果：
本发明基于现有的传感器、数据采集系统等提供的信息，建立了考虑电学特性和力学特性的输电线路数字孪生模型，有助于电力系统运维人员对线路运行状态进行可视化监测；另一方面，基于输电线路数字孪生模型提出了线路安全评估方法，较为合理地描述了输电线路本体和各运行特征间的关系，利用综合输电线路评估指标值判断风险等级，可以提高线路检修决策的科学性。
解决了现有技术对输电线路安全评估依赖传感数据和人工处置经验，无法满足输电线路实时风险评估及风险管控的需要等技术问题。
附图说明
图1是本发明方法的步骤流程图；
图2是本发明具体实施例建立的输电线路机理模型；
图3是本发明具体实施例建立的输电线路结构模型。
具体实施方式
一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：获取地区电网结构信息，获取待建模输电线路的设备参数、运行数据以及外部信息；
步骤2：从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型；
步骤3：从力学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型；
步骤4：基于数字孪生模型信息，利用层次分析法提出考虑气象条件等外部因素的输电线路智能化状态评估指标；
步骤5：基于数字孪生模型信息对各层次指标进行评分，利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级。
进一步地，所述步骤1具体为：
获取地区电网结构信息，包括：获取电网电压等级，明确节点、线路的连接关系，获取发电机节点与负荷节点信息，得到电网拓扑图；获取待建模输电线路基本设备参数，包括：电气参数如电阻、电抗和电纳、允许最大传输容量，结构参数如导线型号和材质、直径和长度、悬挂高度、断股情况；获取输电线路运行数据，包括：线路两端电压、线路电流和线路潮流，运行数据可通过潮流计算或电网量测传感设备获取；获取外部信息，主要考虑气象因素，如温度、风速、风向和湿度，外部信息可通过气象部门获取。
进一步地，所述步骤2具体为：
对于远距离输电线路，考虑其电能传输机理，从电气量角度出发建立输电线路均匀传输线分布参数模型，模型如附图2所示，由无穷的微源级联构成，每个微源由单位电导和分布电容并联后再与单位电阻和单位电感串联组成，其中：Ru、Lu分别为单位长度导线的电阻、电感；Gu、Cu分别为单位长度导线的电导和分布电容；Z2为末端负荷阻抗；U1和I1分别为入端电压、电流；U2和I2分别为末端电压、电流。
根据线路微元的电气关系建立电气微分方程，在线路全程内对其进行微分求解，可以得到线路两端等值方程组，即为线路准确的机理模型，通过机理模型可以对线路的电气量进行计算求解。
式中：
分别为入端电压相量和电流相量；
分别为末端电压相量和电流相量；l为线路长度；
为线路的波阻抗；Zu为单位长度导线的阻抗，Yu为单位长度导线的导纳；ω为角频率；j表示虚数；
为线路传播常数。
线路的输入阻抗Z1为：
进一步地，所述步骤3具体为：
输电线路的结构模型是从力学角度对线路进行分析建模，考虑到输电线路一般距离较长，进行结构孪生建模主要考虑其线长引起的弧垂效应。输电线路通常采用钢芯铝绞线，以两端的杆塔为支撑，当架空线上的载荷均匀分布时，悬挂于两端点的导线形状为悬链线，因此导线的弧垂模拟使用悬链线公式。
线路结构如附图3所示，a、b为输电线路悬挂点，轴向应力分别为fa和fb，均匀载荷沿线路分布为ρ，方向垂直向下，架空线最低位置为o。选取线路方向为x轴坐标，平行于比载方向为y轴坐标。架空线上任一点c，取长为loc的一段线路作为受力分析对象，x轴和y轴的平衡方程为：
式中，fc为c点的轴向应力；f0为o点轴向应力在x轴方向的分量；θ为fc和x轴的夹角。
两式相除可得：
上式即为微分形式的输电线路结构方程，该式表明：当比值ρ/f0一定时，架空线上任意一点处的斜率与该点至弧垂最低点之间的线长成正比。对上式两边微分得：
分离变量进行积分求解可得：
该式为积分形式的输电线路结构方程，其中c1和c2取决于坐标系原点位置。
进一步地，所述步骤4具体为：
在输电领域线路故障是最容易发生的，从中长期角度看，输电线路的随机故障不是某一内部或外部因素直接导致的，而是多种内外部因素共同作用的结果，因此在步骤1获取的数据信息及步骤2、3建立的数字孪生模型基础上，考虑影响线路安全运行的各类影响因素，包括线路运行情况、线路参数和气象条件等，利用层次分析法提取满足一致性校验的关键线路安全评估因素，流程如下：
1)分析影响输电线路安全运行的影响因素，建立层次结构模型；
2)针对各层级安全评估因素，构建判断矩阵；
3)计算判断矩阵的特征根和特征权重向量，进行层次排序；
4)对结果进行一致性校验，选择满足一致性要求的安全评估因素。
进一步地，所述步骤4包括以下子步骤：
步骤4.1：基于步骤1获取的信息及步骤2、3建立的数字孪生模型，影响输电线路安全运行的影响因素有线路运行情况、线路参数和气象条件等。建立的层次结构模型为：以A表示线路运行情况，A1表示线路潮流，A2表示线路送端节点电压，A3表示线路末端节点电压；B表示线路参数，B1表示线路断股情况，B2表示钢筋铝绞线锈蚀情况，B3表示导线悬挂高度，B4表示导线弧垂偏差情况；C表示外部气象信息，C1表示温度，C2表示湿度，C3表示风速，C4表示风向。
线路运行情况对线路安全运行的影响体现在：线路潮流接近继电保护整定值时会触发线路跳闸退出运行，当节点电压过高或过低时易引起电压失稳。线路参数对线路安全运行的影响体现在：线路断股或线路锈蚀直接影响输电线路结构，影响其正常工作，悬线降低、弧垂增大使得线路与周围物体的安全间距减小，可能造成击穿。外部气象信息对线路安全运行的影响体现在：温度过高引起线路导体过热，会加速线路老化，温度较低、湿度较大容易使水滴在线路表面凝结成雾凇，增大线路质量，影响线路结构，大风可能使线路受到超过设计标准的拉力作用，严重时会发生断线事故。
步骤4.2：构建判断矩阵J，根据本层所有因素对上一层对应因素的相对重要性程度的比较，mij为判断矩阵的元素，表示同层因素两两比较的结果。
式中：n表示本层评价指标总数；评价法则为：若i和j同等重要，则mij＝1；若i比j重要10—50％，则mij＝2；若i比j重要50％以上，则mij＝3。
其中各评价因素的重要程度来源于专家打分，即人为权重赋值，本方法认为数字孪生模型体现的线路电磁特性和结构特性比外部气象条件更加重要，即重要性程度：线路运行情况>线路参数>气象条件，具体判断矩阵为：
线路运行情况下一层A1、A2、A3的判断矩阵JA为：
线路参数下一层B1、B2、B3、B4的判断矩阵JB和气象条件下一层C1、C2、C3、C4的判断矩阵JC均为：
步骤4.3：计算判断矩阵J的最大特征根λmax与对应的特征权重向量W，即JW＝λmaxW，流程为：
1)将判断矩阵的每一列向量做归一处理，
2)对W′ij按行求和，
3)将Wi'归一化，
4)计算最大特征根λmax，
按照所述流程，得到判断矩阵J1、JA、JB和JC的特征向量和最大特征根分别为：
W1＝(0.491,0.312,0.198)T，λ1,max＝3.054
WA＝(0.500,0.250,0.250)T，λA,max＝3.000
WB＝(0.450,0.260,0.171,0.120)T，λB,max＝4.072
WC＝(0.450,0.260,0.171,0.120)T，λB,max＝4.072
步骤4.4：由于多层判断具有复杂性，判断矩阵中个别数值可能会出现前后矛盾的情况，为此需要对判断矩阵进行一致性检验。
层次分析法的一致性指标CI为：
一致性比率CR为：
式中：RI表示平均随机一致性指标，n＝1或2时，RI＝0；n＝3时，RI＝0.58；n＝4时，RI＝0.90。
CI的值越大，判断矩阵的一致性越差。当CR<0.1时，可认为判断矩阵具有可接受的一致性。
计算可得C1,R＝0.047，CA,R＝0，CB,R＝0.027，结果表明所有矩阵都满足一致性要求，所提的指标都可以使用。
进一步地，所述步骤5中，基于数字孪生模型信息对各层次指标进行评分，具体为：
考虑到电气量越限和结构损坏会直接影响线路可靠性，因此以步骤2、3建立的数字孪生模型为基础，对于线路运行情况和线路参数指标，采用直观的评分方法，评分分值为0-100，0表示完全超过检修规程设定的警戒值，100表示完全处于正常状态。打分结果记为Xk，k分别取A1—A3及B1—B4，例如线路末端节点电压为0.98(标幺值)，XA3＝90，表示线路末端节点电压指标的评分为90，认为线路末端节点电压稳定性较好。
气象条件会影响线路可靠性，但目前尚没有通用规程去衡量气象条件对线路可靠性的影响程度，本方法通过统计线路在不同气象因素不同气象等级下的故障概率对线路进行评分，100表示当前气象条件完全不会影响设备可靠性。评分计算式为：
Xk＝100×(1-μk)
式中：k分别取C1—C4，μk表示该气象条件下输电线路的故障率。例如6级风力下输电线路的故障率为0.08，XC3＝92，风力条件对线路可靠性的影响较低。
进一步地，所述步骤5中，利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级，具体为：
对线路各指标进行评分后，计算综合评价结果R，计算式为
式中：Wi、Wj表示指标k对应的第一层级和第二层级权重。
根据计算结果对线路安全评估情况进行等级划分，R∈[0,60)为高风险，R∈[60,80)为中风险，R∈[80,100]为低风险。
本发明采用某地区电网的某条输电线路进行数字孪生建模与安全评估，线路的最大传输容量为500MVA，通过传感数据及机理模型计算得到线路潮流为318.6kW、100.88kvar，线路首端节点电压值为1.048(标幺值)，线路末端节点电压值为1.031(标幺值)，计算得线路负载率为0.67，认为线路潮流情况较良好，首末端电压值均在[0.94,1.06]间，但较接近上限，认为线路节点电压情况一般，存在越限风险，因此给予评分XA1＝90，XA2＝62，XA3＝69。
导线型号为LGJ-400/35，导线无断股情况，钢筋铝绞线轻微锈蚀，导线悬挂情况良好，导线相间弧垂偏差100mm，同向子导线间弧无偏差，因此给予评分XB1＝100，XB2＝84，XB3＝100，XB4＝92。
当地天气情况为，小雨转多云，实时温度为0℃，空气湿度61％，东风3级，环境条件良好，无极端天气，风力等级较低，局部地区下雨可能会对输电线路造成一定影响，评分为XC1＝92，XC2＝85，XC3＝99,XC4＝100。
利用层次分析法计算综合评价值R＝86.1∈[80,100]，认为线路处于较低风险。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤1、获取地区电网结构信息，获取待建模输电线路的设备参数、运行数据以及外部信息；
步骤2、从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型；
步骤3、从力学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型；
步骤4、基于数字孪生模型信息，利用层次分析法提出考虑气象条件外部因素的输电线路智能化状态评估指标；
步骤5、基于数字孪生模型信息对各层次指标进行评分，利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：
获取地区电网结构信息包括获取电网电压等级，明确节点和线路的连接关系，获取发电机节点与负荷节点信息，得到电网拓扑图；
获取待建模输电线路基本设备参数包括电气参数，电气参数包括电阻、电抗和电纳、允许最大传输容量，结构参数包括导线型号和材质、直径和长度、悬挂高度及断股情况；
获取输电线路运行数据包括线路两端电压、线路电流和线路潮流，运行数据通过潮流计算或电网量测传感设备获取；
获取外部信息包括气象因素，气象因素包括温度、风速、风向和湿度。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：步骤2所述从电学角度对输电线路实体进行特征映射，建立考虑电磁机理的输电线路数字孪生模型的方法包括：
步骤2.1、对于远距离输电线路，考虑电能传输机理从电气量角度出发建立输电线路均匀传输线分布参数模型，模型由无穷的微源级联构成；
步骤2.2、根据线路微元的电气关系建立电气微分方程，在线路全程内进行微分求解得到线路两端等值方程组，即为线路准确的机理模型，通过机理模型对线路的电气量进行计算求解：
式中：
分别为入端电压相量和电流相量；
分别为末端电压相量和电流相量；l为线路长度；
为线路的波阻抗；Zu为单位长度导线的阻抗，Yu为单位长度导线的导纳；ω为角频率；j表示虚数；
为线路传播常数；
线路的输入阻抗Z1为：
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：步骤3所述建立考虑结构特性的输电线路数字孪生模型的方法包括：
步骤3.1、输电线路的结构模型是从力学角度对线路进行分析建模，进行结构孪生建模考虑输电线路线长引起的弧垂效应，输电线路采用钢芯铝绞线，以两端的杆塔为支撑，当架空线上的载荷均匀分布时，悬挂于两端点的导线形状为悬链线，因此导线的弧垂模拟使用悬链线公式；
步骤3.2、以a、b为输电线路悬挂点，轴向应力分别为fa和fb，均匀载荷沿线路分布为ρ，方向垂直向下，架空线最低位置为o；选取线路方向为x轴坐标，平行于比载方向为y轴坐标，架空线上任一点c，取长为loc的一段线路作为受力分析对象，x轴和y轴的平衡方程为：
式中，fc为c点的轴向应力；f0为o点轴向应力在x轴方向的分量；θ为fc和x轴的夹角；
两式相除得：
即为微分形式的输电线路结构方程，该式表明：当比值ρ/f0一定时，架空线上任意一点处的斜率与该点至弧垂最低点之间的线长成正比；对上式两边微分得：
分离变量进行积分求解得：
该式为积分形式的输电线路结构方程，其中c1和c2取决于坐标系原点位置。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：步骤4所述利用层次分析法提出考虑气象条件外部因素的输电线路智能化状态评估指标的方法包括：
步骤4.1、分析影响输电线路安全运行的影响因素，建立层次结构模型；
步骤4.2、针对各层级安全评估因素，构建判断矩阵；
步骤4.3、计算判断矩阵的特征根和特征权重向量，进行层次排序；
步骤4.4、对结果进行一致性校验，选择满足一致性要求的安全评估因素。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：建立层次结构模型的方法为：基于步骤1获取的信息及步骤2、3建立的数字孪生模型建立的层次结构模型为：以A表示线路运行情况、A1表示线路潮流，A2表示线路送端节点电压，A3表示线路末端节点电压；B表示线路参数，B1表示线路断股情况，B2表示钢筋铝绞线锈蚀情况，B3表示导线悬挂高度，B4表示导线弧垂偏差情况；C表示外部气象信息，C1表示温度，C2表示湿度，C3表示风速，C4表示风向。
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：构建判断矩阵的方法为：根据层次结构模型本层所有因素对上一层对应因素的相对重要性程度的比较，mij为判断矩阵的元素，表示同层因素两两比较的结果：
式中：n表示本层评价指标总数；评价法则为：若i和j同等重要，则mij＝1；若i比j重要10—50％，则mij＝2；若i比j重要50％以上，则mij＝3；
数字孪生模型体现的线路电磁特性和结构特性比外部气象条件重要，即重要性程度：线路运行情况>线路参数>气象条件，则判断矩阵为：
线路运行情况下一层A1、A2、A3的判断矩阵JA为：
线路参数下一层B1、B2、B3、B4的判断矩阵JB和气象条件下一层C1、C2、C3、C4的判断矩阵JC均为：
8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：计算判断矩阵的特征根和特征权重向量，进行层次排序的方法为：
1)将判断矩阵的每一列向量做归一处理，
2)对W'ij按行求和，
3)将W'i归一化，
4)计算最大特征根λmax，
9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：层次分析法的一致性指标CI为：
一致性比率CR为：
式中：RI表示平均随机一致性指标，n＝1或2时，RI＝0；n＝3时，RI＝0.58；n＝4时，RI＝0.90；
CI的值越大，判断矩阵的一致性越差；当CR<0.1时，则判断矩阵具有可接受的一致性。
10.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的输电线路安全状态评估方法，其特征在于：将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级的方法包括：
步骤5.1、对于线路运行情况和线路参数指标，采用直观的评分方法，评分分值为0-100，0表示完全超过检修规程设定的警戒值，100表示完全处于正常状态；
步骤5.2、通过统计线路在不同气象因素不同气象等级下的故障概率对线路进行评分，100表示当前气象条件完全不会影响设备可靠性；评分Xk的计算式为：
Xk＝100×(1-μk)
式中：k分别取C1—C4，μk表示该气象条件下输电线路的故障率；
步骤5.3、利用层次分析法得到的各指标权重计算输电线路综合性安全评估值，根据计算结果将线路分为低风险、中风险和高风险三个等级，具体为：
对线路各指标进行评分后，计算综合评价结果R，计算式为
式中：Wi、Wj表示指标k对应的第一层级和第二层级权重；
根据计算结果对线路安全评估情况进行等级划分，R∈[0,60)为高风险，R∈[60,80)为中风险，R∈[80,100]为低风险。
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