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摘要：输电线路大部分处于户外，恶劣天气条件下发生故障的可能性较大，研究输电线在不同气象条件下的风险分析方法，便于实现在线风险预警，提前做好安全措施。气象因素对输电线路故障率及电网可靠性有着重要影响，鉴于气象因素的多变性及复杂性，本文建立了计及不同气象等级和不同气象因素的输电线路故障率模型，提出一种基于灰色模糊理论的多气象因素组合的输电线路风险分析方法。
关键词：多气象；因素组合；输电线路；风险；
在过去的研究中主要从电网的离线可靠性评估要求出发对考虑气象条件的输电线可靠性模型进行了较多研究，而对输电线在线风险分析和预警方法的研究较少。建立计及气象等级的多因素输电线路风险分析方法，拟通过灰色模糊综合评判得到贴近实际的风险评判结果。
一、概述
近年来电网的规模不断扩大，结构日趋复杂，地理跨度不断增加，同时全国各地气象灾害频发，雷电、大风、冰雪、山火、台风等气象灾害对暴露在外部环境中的输电网产生了重大影响。一是输电设备风险评估是深入掌握输电设备在电力系统中的运行状况的主要手段，是规划设计、设备制造、安装调试、生产运行、检修维护、生产管理等环节综合水平的度量。二是模拟评价方面，从结构可靠性方面进行建模，分析输电线或杆塔的可靠性。输电杆塔在环境荷载作用下发生疲劳损伤、疲劳破坏的可靠度分析方法；建立了计及地形因素的分时段冰力载荷模型和考虑覆冰影响的分时段风力载荷模型，并形成冰冻灾害可靠性综合模型。模拟评价主要针对的是物理失效，而对于失效比例极高的电气失效，如雷击、风偏放电、污闪、冰闪等，其方法不具有适用性。
二、气象因素的输电线路维修风险评估模型
为了在维修决策过程中计及对系统运行风险的影响，需要进行定量的风险评估以确定某条线路因维修退出运行后对系统可靠性的影响。维修会引起其他线路潮流增加导致线路失效率增大，线路停运率随潮流变化的折线模型和双曲线模型，但均未考虑气象因素对线路失效停运的影响。输电线路物理参数受环境直接影响，如大气等因素影响线路额定容量，还会影响线路潮流越限下阈值和上阈值。不同地区、不同月份的天气条件对输电线路失效率的影响大小不同，例如某地区1、2月份雨雪冰冻灾害天气导致线路失效率很高，因此在输电线路维修风险评估中有必要计及输电线路维修期间的气象因素对其他线路可靠性的影响。在输电设备维修风险评估模型中必须要进行预想故障分析和最优潮流的计算，以识别系统失效状态并计算负荷削减量。风险评估的目的是在线路维修停运期间通过可靠性评估得到可靠性指标，如期望缺供电量、负荷供应能力、电力不足概率等。本文采用期望缺供电量作为风险指标，这样可把失效频率与失效后果结合为统一的风险指标进行风险评估。在电力系统可靠性评估中期望缺供电量可用下式计算： 
，式中：S 为给定时间区间内不能满足负荷需求的系统状态全集；Ci 为状态i条件下削减的负荷功率；Fi 为系统处于状态i 的频率；Di为状态i 的持续时间。传统的电力系统可靠性评估模型反映系统长期的可靠性水平，对单个元件的失效频率通常用年平均失效次数来估计。
三、多气象因素的输电线路故障风险灰色模糊综合评判模型
1.建立综合评判模型的基本思路。在统计分析各个气象因素在不同气象等级下的故障率时，由于各个气象因素的信息充分度各不相同，使其具有很大程度的灰色性，如雷电数据可以直接测量获得，而覆冰只能通过其它气象信息推断获得。同样，依据天气预报得到的下一时段气象条件，由于气象条件的复杂多变性和多样性，使下一时段综合气象具有一定的模糊性。因此，采用灰色模糊综合评判可使评判结果更加客观可信。其基本思路如下步骤：一是建立与输电线路故障率有关的气象评判因素集；二是 根据下一时段的气象条件，获取各个气象因素的故障率；三是通过经典的隶属度函数来表征因素集与评判集之间的模糊关系利用改进的层次分析法确定权重；利用灰色模糊理论进行输电线路风险等级综合评判。
2.输电线路风险等级评判因素的确定。导致输电线路发生故障的气象因素很多，但根据电力部门多年的数据收集表明，引起线路故障的气象因素一般是雷电ｍ１、覆冰ｍ２、降雨ｍ３、风ｍ４、气温ｍ５、台风ｍ６、冰雹ｍ７、雪ｍ８。因此，本文就以这８种作为输电线路风险等级评判因素集，用故障率作为每种气象因素在某种气象等级下的评判取值。
3.表示评判结果等级的评判集的建立。评判集的等级划分视实际情况而定，等级太少会影响评判精度，太多则将增加运算的复杂度。本文将输电线路的风险等级划分为4个等级，即Ｖ＝｛Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４｝，集合中各元素依次对应高风险、较高风险、一般风险和低风险。
4.灰色模糊评判矩阵的建立在模糊理论中，隶属度函数是用来表征因素集与评判集之间的模糊关系，其中，对于定量描述因素采用连续性赋值，对于定性描述因素则采用离散化赋值。在确定模糊部分时，各评判因素所能收集到的信息量不同，会造成所确定的模糊关系也存在不可信度。考虑到这种不可信度对风险等级判断的影响，在模糊关系矩阵中引入灰色部分，并使用一些描述性的语言来对应一定的灰度范围。
5.权重集的确定。由于各因素对线路故障的影响程度不尽相同，将各因素用权重的方式来定量反映在整体风险等级评判中所占的比重。本文采用改进的层次分析法来处理各气象因素权重的确定方法，即把要解决的问题分为２层，目标层为输电线路风险等级，下一层为可能导致线路故障的８个气象因素，权重集的确定简化为确定８个气象因素的权重。根据经验对于风险等级的相对重要性两两比较，按表1所示１－９标度表示。
6.灰色模糊综合评判。输电线路的风险等级评判是对综合气象因素引起的风险变化趋势的分析，在模糊部分运算中采用算子，而灰色部分运算中采用（⊙，＋）算子合成的综合评判结果为：
，式中：Ｗ表示权重集；Ｒ表示与之对应的灰色模糊评判矩阵；；μｉｔ、νｉｔ为各指标的隶属度及对应点灰度;ｔ＝1，2，3，4。
7.评判结果的处理。对评判结果的处理一般采用２种方法：一是采用区间数的形式，转化为排序可能性矩阵，最后确定出可能性最大的评判因素，但是此方式计算较复杂；二是直接利用隶属度最大原则和点灰度最小原则进行判断，但此方法在隶属度最大目点灰度也较大时很难下结论。针对这些不足，采用内积法和最大隶属度相结合的方法进行处理。
输电线路风险预警是电网安全预警的主要内容之一，其难点在于如何建立预警方法和预警模型。本文首先建立了影响输电线路安全的主要气象因素的故障率模型，在此基础上应用灰色模糊理论构建了多气象因素组合的输电线路风险评判方法，由此可利用气象预报数据对未来时段输电线路风险作出综合评判，为制定安全预案和事故处理对策提供依据。
参考文献
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论文作者:成国兴,刘建刚,许书平
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
标签：线路论文; 因素论文; 气象论文; 风险论文; 模糊论文; 等级论文; 可靠性论文; 《电力设备》2016年第5期论文;