由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電線路加強(qiáng)方案的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電線路加強(qiáng)方案的方法。該方法采用廣義極值理論對(duì)區(qū)域的歷史覆冰數(shù)據(jù)建模，得到特定覆冰厚度下該區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率；根據(jù)金屬形變理論，建立基于輸電線路的物理受力分析的線路故障率函數(shù)，進(jìn)一步借鑒模糊停運(yùn)率的思想，建立線路的模糊故障率模型；綜合考慮特定覆冰厚度的區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率以及該區(qū)域內(nèi)線路的模糊故障率，得到線路的綜合故障率；利用綜合故障率計(jì)算差異化“減損”效益，在此基礎(chǔ)上建立經(jīng)差異化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)體系，進(jìn)而確定線路的分段加強(qiáng)方案。本發(fā)明對(duì)差異化規(guī)劃中線路差異化分段加強(qiáng)方案的制定具有重要的指導(dǎo)作用，對(duì)提高電網(wǎng)抗災(zāi)能力具有重要意義。
【專利說明】由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電線路加強(qiáng)方案的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的差異化規(guī)劃領(lǐng)域，更具體地涉及由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng) 估指標(biāo)確定輸電線路分段加強(qiáng)方案的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 全球氣象條件的變化，導(dǎo)致極端氣候事件在各地頻繁發(fā)生，其中尤以冰雪災(zāi)害對(duì) 電網(wǎng)造成的破壞性最大，1998年加拿大魁北克省遭受暴風(fēng)雪襲擊，2008年中國(guó)南方大部分 地區(qū)遭遇罕見的雨雪冰凍襲擊，2014年湖北西北部電網(wǎng)遭遇罕見冰凍災(zāi)害，造成局部電廠 外送通道中斷。這些頻發(fā)的自然災(zāi)害事故嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如何減少氣象災(zāi) 害給電網(wǎng)帶來的破壞性后果引起眾多學(xué)者關(guān)注。
[0003] 提高電網(wǎng)尤其是以大容量遠(yuǎn)距離傳輸為特點(diǎn)的特高壓等級(jí)輸電網(wǎng)的抗災(zāi)能力，需 要依據(jù)電網(wǎng)差異化規(guī)劃原則和思想，在對(duì)電網(wǎng)面臨實(shí)際氣象地質(zhì)條件及元件退運(yùn)故障的可 能性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建核心骨干網(wǎng)架，同時(shí)合理評(píng)估與選擇關(guān)鍵線路的加強(qiáng)建設(shè)等 級(jí)，然而在差異化規(guī)劃領(lǐng)域研宄缺乏相應(yīng)理論及技術(shù)方法的深入研宄。黎燦兵等在電力 系統(tǒng)自動(dòng)化2009，24 (33) : 11 -15發(fā)表的《電網(wǎng)差異化規(guī)劃新方法》；馬欽國(guó)等在陜西電力 2008，36 (8) : 15-17發(fā)表的《陜西電網(wǎng)差異化規(guī)劃的研宄》；徐國(guó)新等在電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2010, 34(03) :17-21發(fā)表的《抗災(zāi)型電網(wǎng)規(guī)劃模式與模型》等論文中對(duì)電網(wǎng)差異化規(guī)劃的 基本概念和流程做了介紹，但是對(duì)于差異化規(guī)劃中關(guān)鍵的問題一一如何實(shí)現(xiàn)差異化規(guī)劃， 即對(duì)骨干網(wǎng)架中的各元件進(jìn)行何種級(jí)別的差異化加強(qiáng)，仍沒有提出具體解決方案。
[0004] 我國(guó)500kV以上主網(wǎng)輸電路徑普遍跨越多個(gè)氣象條件區(qū)域，以單一氣象條件進(jìn)行 故障概率計(jì)算顯然不符合實(shí)際；其次，在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，線路和元件出現(xiàn)故障的可能性 是一個(gè)復(fù)雜概率，需要綜合計(jì)及氣象條件發(fā)生概率以及在該氣象條件下元件出現(xiàn)退運(yùn)的概 率。鄒欣等在電力系統(tǒng)自動(dòng)化2011，35(13) :7-11，71上發(fā)表的《基于線路運(yùn)行可靠性模型 的電力系統(tǒng)連鎖故障概率評(píng)估》;.楊洪明等在電網(wǎng)技術(shù)2012, 36(4) :213-215上發(fā)表的《冰 風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路故障概率預(yù)測(cè)》；段濤等在電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013, 41 (15) :59-67 上發(fā)表的《計(jì)及氣象因素的輸電線路故障概率的實(shí)時(shí)評(píng)估模型》等論文中，基于實(shí)時(shí)運(yùn)行條 件進(jìn)行線路故障率計(jì)算，雖然涉及氣象因素的影響，但對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃來說，這些文獻(xiàn)都未將 氣象條件對(duì)線路故障概率的影響關(guān)系清楚表示出來，因此不適用于電網(wǎng)規(guī)劃中。
[0005] 對(duì)跨越多氣象條件的輸電線路的分段加強(qiáng)級(jí)別的選擇，需要在考慮氣象條件的基 礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算和評(píng)估。柳璐等在電力系統(tǒng)自動(dòng)化2012, 36 (15) :45-50發(fā)表的 《基于全壽命周期成本的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法》提出了基于全壽命周期成本的電力系 統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法，但該方法只針對(duì)常規(guī)的電網(wǎng)規(guī)劃，對(duì)差異化后的電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 并不適用；
[0006] 宋春麗等在電網(wǎng)技術(shù)2013, 37(7) : 1849-1855發(fā)表的《基于差異化全壽命周期成 本的電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法》提出了適用于電網(wǎng)差異化規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估體系和評(píng)估指 標(biāo)，但這些指標(biāo)中涉及到的線路故障率采用的η年一遇對(duì)應(yīng)的年均故障率，相對(duì)較簡(jiǎn)單，以 此得到的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的結(jié)果不精確。本發(fā)明基于廣義極值分布理論和金屬形變理論，，在滿 足線路加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)可靠性的基礎(chǔ)上，依據(jù)線路經(jīng)濟(jì)性的最大凈收益指標(biāo)得出線路加強(qiáng)方案以 此得到的線路故障率相較以前的方法更加精確，基于此的線路經(jīng)濟(jì)性評(píng)估更加具體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電 線路加強(qiáng)方案的方法。該方法采用廣義極值理論對(duì)區(qū)域的歷史覆冰數(shù)據(jù)建模，得到特定覆 冰厚度下該區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率，根據(jù)金屬形變理論，建立基于輸電線路的物理受力分析 的線路故障率函數(shù)，進(jìn)一步借鑒模糊停運(yùn)率的思想，建立線路的模糊故障率模型，綜合考慮 特定覆冰厚度的區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率以及該區(qū)域內(nèi)線路的模糊故障率，得到線路的綜合故 障率，利用綜合故障率計(jì)算差異化"減損"效益，在此基礎(chǔ)上建立經(jīng)差異化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 指標(biāo)體系，進(jìn)而確定線路的分段加強(qiáng)方案。本發(fā)明對(duì)差異化規(guī)劃中線路差異化分段加強(qiáng)方 案的制定具有重要的指導(dǎo)作用，對(duì)提高電網(wǎng)抗災(zāi)能力具有重要意義。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電線路加強(qiáng)方案的方法，該方法包含下列步 驟：
[0010] a、對(duì)僅考慮冰災(zāi)影響的輸電線路，線路L穿越m個(gè)不同覆冰程度的氣象區(qū)域，將這 些氣象區(qū)域分別設(shè)為區(qū)域1，2,3, ···，!!!，且位于區(qū)域i的長(zhǎng)度Ii占線路總長(zhǎng)度Ls的比例 為Qi。
[0011] b、采用廣義極值理論對(duì)區(qū)域i的歷史覆冰數(shù)據(jù)建模，得到特定覆冰厚度下該區(qū)域 發(fā)生冰災(zāi)的概率。廣義極值分布的標(biāo)準(zhǔn)化分布函數(shù)為：

【權(quán)利要求】
1.由綜合故障率和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估確定輸電線路加強(qiáng)方案的方法，其特征在于，該方法包 含以下步驟： a、 對(duì)僅考慮冰災(zāi)影響的輸電線路，線路L穿越m個(gè)不同覆冰程度的氣象區(qū)域，將這些氣 象區(qū)域分別設(shè)為區(qū)域1、2、3、…、m，位于區(qū)域i的長(zhǎng)度Ii占線路總長(zhǎng)度L￡的比例為qi，i =1、2、3、…、m; b、 采用廣義極值理論對(duì)區(qū)域i的歷史覆冰數(shù)據(jù)建模，得到特定覆冰厚度下該區(qū)域發(fā)生 冰災(zāi)的概率，廣義極值分布的標(biāo)準(zhǔn)化分布函數(shù)為：
式（1)中，δ為尺度參數(shù)，β為位置參數(shù)，k為形狀參數(shù)； 采用L-矩估計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)廣義極值分布的參數(shù)估計(jì)。 概率權(quán)重矩的三階權(quán)重矩可寫為：
計(jì)算上述三式的線性組合，即L矩，分別為：
廣義極值分布參數(shù)的估計(jì)公式為：
通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)R和均方誤差Ss對(duì)廣義極值分布模型的擬合效果進(jìn)行檢驗(yàn)，其中：
式中，Xi為理論頻率，yi為經(jīng)驗(yàn)頻率，X為理論頻率的平均值，J為經(jīng)驗(yàn)頻率的平均 值； 采用區(qū)間概率計(jì)算特定覆冰厚度Xp下該區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率P(XPIF)P(F)，其計(jì)算方 法為：
其中，d為線路設(shè)計(jì)覆冰厚度； c、根據(jù)金屬形變理論，基于輸電線路的物理受力分析得到的線路故障率函數(shù)如下：
式中，X為冰厚，d為線路設(shè)計(jì)覆冰厚度； 運(yùn)用模糊停運(yùn)率的思想，結(jié)合指數(shù)故障率的數(shù)據(jù)，建立模糊故障率模型： 定義邏輯變量Exp表征輸電線路的冰力荷載，其論域如下：
與冰力荷載相對(duì)應(yīng)的輸電線路故障概率邏輯變量RFR(Exp)，其論域如下：
其中為設(shè)計(jì)冰厚，0. 68表示在覆冰厚度為4倍設(shè)計(jì)冰厚的情況下，該線路段有0. 68 的可能性發(fā)生故障； d、 綜合考慮特定覆冰厚度下區(qū)域發(fā)生冰災(zāi)的概率以及一定覆冰條件下的線路故障概 率，得到線路綜合故障率為：
(8)式中，P(XpIF)P(F)表示覆冰厚度為Xp的冰災(zāi)發(fā)生概率，仏/別/'）表示在一定覆冰 厚度下線路對(duì)應(yīng)的故障率，λ表不覆冰厚度為Xp下線路的綜合故障率； 在設(shè)計(jì)冰厚為ηΑρ發(fā)生覆冰為ndy且η 位于不同區(qū)域的各段線路的 故障率為Xi，將線路可能采用的差異化加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)a分為l〇amm(a= 1，2, 3);設(shè)置線路分 段對(duì)應(yīng)編號(hào)為1、2、3、……，m;而在第i個(gè)區(qū)域中，由其氣象條件決定的線路綜合故障率為 '表示在第i個(gè)區(qū)域中，對(duì)應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為時(shí)線路的綜合故障率；分段加強(qiáng)線路的綜合故障 率米用下列計(jì)算方法： 1) 首先對(duì)跨越不同氣象區(qū)域的線路段進(jìn)行分段，依托于線路跨區(qū)域的氣象條件展開分 段，得到新的線路段劃分：lUi)，i= 1、2、3、···、!!!，對(duì)應(yīng)線路段占線路總長(zhǎng)度的比例分別 為qi，i= 1、2、3、···、!!!，對(duì)應(yīng)各段加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為IOai,對(duì)應(yīng)各段故障率為Ai; 2) 分段線路的綜合故障率取為：
e、 利用綜合故障率計(jì)算差異化"減損"效益，進(jìn)而建立經(jīng)差異化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)體 系，確定跨不同氣象區(qū)域的線路分段加強(qiáng)方案； 運(yùn)用災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué)中的"有無對(duì)比"原則，分解全壽命周期差異化成本，可得： Qlcc=IC+OC+MC+DC(10) 式（10)中IC為差異化投資成本，OC為差異化維護(hù)成本，MC為差異化運(yùn)行成本，DC為 差異化廢棄成本； 在第i個(gè)區(qū)域中，對(duì)應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)為％，單位造價(jià)為Ciai，從而分段加強(qiáng)線路的差異化投 資成本為：
其中，差異化維護(hù)成本和運(yùn)行成本可按差異化投資成本百分比進(jìn)行估算： 0C+MC= 〇ICa (12) 式（12)中，〇為運(yùn)維成本比例系數(shù)； 差異化報(bào)廢成本折合為差異化投資成本的表達(dá)式為：
式（13)中，右邊第一項(xiàng)表示線路處理成本，第二項(xiàng)表示線路在壽命周期末的殘值，ω為線路處理成本系數(shù)，r為年均折舊系數(shù)，N為設(shè)備壽命周期； 對(duì)輸電線路a，設(shè)其壽命周期為N，在全壽命周期的第k年，其差異化累計(jì)成本為：
式（14)中，Q(a，k)表示線路α在第k年的差異化累計(jì)成本，右邊第一項(xiàng)表示考慮資 金的時(shí)間價(jià)值時(shí)，折算至第k年的線路投資成本，右邊第二項(xiàng)表示線路到第k年時(shí)累計(jì)運(yùn)行 維護(hù)成本，右邊第三項(xiàng)表示線路在第N年報(bào)廢后的處理成本和殘值； 差異化"減損"效益DB包括直接效益E1和間接效益E2: DB(a) =λ*(Ε1+Ε2)α (15) 式（15)中，E1為線路損壞所帶來的直接線路電價(jià)收入損失，E2S因線路損壞停電造成 的工農(nóng)商生產(chǎn)帶來的間接損失，λ為考慮覆冰概率條件下線路1的綜合故障率； 差異化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)如下：。 1) 差異化累計(jì)成本Q(a，k):衡量第k年時(shí)線路進(jìn)行差異化規(guī)劃累計(jì)需要投入的成 本； 2) 差異化累計(jì)效益W(k，α):衡量到第k年時(shí)線路由于進(jìn)行差異化規(guī)劃累計(jì)得到的效 益，W(k，a) =k*DB(a); 3) 差異化累計(jì)凈收益H(a，k):衡量到第k年時(shí)線路除去差異化成本后累計(jì)所得凈收 益，H(a，k) =W(a，k)-Q(a，k) =k*DB(a)-Q(a，k); 比較線路不同分段加強(qiáng)方案的差異化規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)，確定線路差異化累計(jì)凈收 益H(a，k)最大，經(jīng)濟(jì)性最好的分段加強(qiáng)方案。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104462837SQ201410788158
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】趙紅生, 黃涌, 劉滌塵, 吳軍, 董飛飛, 徐敬友, 喬立, 熊秀文, 王浩磊, 朱學(xué)棟, 汪凱 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 武漢大學(xué)