基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法及系统

本发明涉及输电线路风险评估，具体涉及基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法及系统。

背景技术：

1、架空输电线路是电力系统中重要的组成部分，是连接发电厂和负荷中心的重要通道，其安全可靠运行对保障电力供应和社会经济发展具有重要意义。然而，在全球气候变化的背景下，极端天气气候事件频发，给架空输电线路带来了严重的威胁。输电线路在复杂多变的自然环境中，其运行状态受到雷击、强风、覆冰、暴雨、地震等恶劣气候的影响。据统计，自然灾害、气候因素是造成架空输电线路非计划停运的主要原因之一。这些灾害会导致输电线路的结构损坏、绝缘破坏、闪络跳闸等故障，甚至引发大规模停电事故。因此，对架空输电线路运行风险进行评估，增强其防范风险的能力，提高其运行可靠性，是当前电力系统安全管理的重要课题。

2、目前，国内外已有许多关于架空输电线路运行风险评估的研究成果。这些研究主要可以分为两个方向：一是对不同自然灾害、气象因素下的输电线路风险机理进行研究，以更准确地获得风险发生的可能性；二是同时考虑各种相互关联的风险，合理量化线路实际面临的综合风险，指导相关管理、维护与决策工作。这些研究在一定程度上提高了架空输电线路运行风险评估的科学性和有效性，但也存在一些不足之处。例如，有些方法过于简化或忽略了不同自然灾害对架空输电线路影响程度和危害严重程度的差异；有些方法未能充分考虑多种自然灾害共同作用下的综合风险；有些方法忽略了不同灾害之间的相互作用和叠加效应，不能反映多灾害下复杂的非线性关系；有些方法缺乏对输电线路拓扑结构和空间分布特征的考虑，不能反映不同位置和方向上输电线路所受到的灾害差异。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：传统架空输电线路运行风险评估方法忽略了不同灾害之间的相互作用和叠加效应，不能反映多灾害下复杂的非线性关系；本发明目的在于提供基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法及系统，将风险评估问题转化为图论问题，基于物元可拓理论建立关于输电线路的风险评估和动态管理模型，实现对输电线路风险水平的评估。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法，包括步骤：

4、考虑输电系统的组成部分因气象条件导致的故障，构建基于图论原理和气象因素的输电线路的风险评级模型；

5、获取待评估输电线路的基本信息；

6、将待评估输电线路的基本信息输入风险评级模型输出风险等级。

7、本方案工作原理：传统架空输电线路运行风险评估方法忽略了不同灾害之间的相互作用和叠加效应，不能反映多灾害下复杂的非线性关系；本方案提供的基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法，将风险评估问题转化为图论问题，基于物元可拓理论建立关于输电线路的风险评估和动态管理模型，实现对输电线路风险水平的评估。

8、在对输电线路的风险通过图论方法进行评估时，以各指标为基础，通过建立指标的经典域、节域和对象的评价等级，再依据指标权重及其实际数值计算分析得出待评物元与评价等级的关联程度，即可以由此来确定输电线路的相应风险等级；充分利用输电线路的拓扑结构和空间分布特征，反映出不同位置和方向上输电线路所受到的灾害差异。

9、进一步优化方案为，所述风险评级模型的构建方法包括：

10、以导线故障风险的导线潮流越限量指标、断面潮流越限量指标和节点电压越限量指标为指标构建评价指标模型；

11、基于图论原理和评价指标模型构建评价信息量化模型；

12、基于评价信息量化模型构建权重计算模型，所述权重计算模型用于评价得分向量；

13、构建物元构造模型，所述物元构造模型用于对输电线路的风险进行分级；

14、基于物元构造模型构建关联系数计算模型，所述关联系数计算模型用于表示出指标与风险的关联程度；

15、基于关联系数计算模型构建风险等级水平计算模型，所述风险等级水平计算模型用于根据指标与风险的关联程度计算输电线路的风险等级。

16、进一步优化方案为，所述评价指标模型的构建方法包括：

17、s1，以导线潮流越限量、断面潮流越限量和节点电压越限量为指标，构建评价指标模型：

18、

19、

20、

21、其中，sl表示导线潮流越限量，la表示导线a的潮流，la,max表示导线a的最大潮流上限，sf表示断面潮流越限量，lf,max表示流过断面f的最大功率上限，sv表示节点电压越限量，vb为节点b的电压，vb,max、vb,min分别为节点b的电压上下限；

22、s2，按照下式将各指标的实际数值进行量化处理：

23、

24、x为指标经监测装置读取的实际数值，a、b为指标的阈值，f(x)为指标量化处理后的数值。

25、进一步优化方案为，所述评价信息量化模型的构建方法包括：

26、以图的点表征各指标的重要程度，图的边表征联系各指标与评价行为之间的关联关系，建立点-边的图模型：

27、v∈{sl，sf，sv

28、

29、

30、

31、其中，v为评估输电线路时的评分向量，包含sl、sf、sv三个典型指标；为每个评价者的评分向量，k为第k个指标，z为对第k个指标的评分，α为评分制，为第m名评价者全体指标评价信息的矩阵，aαn×an为整个输电系统的评分矩阵。

32、进一步优化方案为，所述权重计算模型的构建方法包括：

33、将评分矩阵aαn×an降维到一维得到矩阵a，并根据perron-frobinus定理，矩阵a的投影目标函数有唯一非负解，为一维向量w；

34、将一维向量w按照指标进行分割，并针对每一分割的单元逐一进行归一化运算，将归一化运算与相应的分数先求积再求和，得到反映各指标重要性的评价数值v1,v2,…，vn，得到指标权重λs,i为：

35、

36、

37、其中，优化的目标函数为矩阵a在一维向量w上的投影，ωi是一维向量w的第i个元素，vi为指标i重要性，λs,i为指标i权重。

38、进一步优化方案为，所述物元构造模型的构建方法包括：

39、将输电线路的风险分为y个等级，以n个指标开展评估，风险评估经典域、风险评估节域和风险评估待评物元为：

40、

41、

42、

43、其中，rn为风险评估经典域，pj为输电线路的风险水平在第j等级(j＝1,2,…,n)，ci为等级pi的第i个指标(i＝1,2,…,n)，(aji,bji)为当风险为第j等级时指标ci的范围；rp为风险评估节域，p为设定的全体风险水平的等级，(api,bpi)为指标ci的整体取值范围，即节域表示评价指标整体取值范围；r0为风险评估待评物元，p0为待评物元，v1、v2、…、vn为各指标的无量纲化数值。

44、进一步优化方案为，关联系数计算模型的构建方法包括：

45、指标i与输电线路风险等级的关联度的计算模型为：

46、

47、

48、其中，rj(vi)为指标i相对于风险等级j的关联度，vi为指标i的无量纲数值，vij为指标i在等级j下的经典域范围；vpi为指标i节域范围；ρ(vi,vij)为指标i的无量纲数值vi与对应经典域量值范围vij的有限区间的距离；ρ(vi,vpi)为指标i的无量纲数值vi与对应节域量值范围vpi的有限区间的距离。

49、进一步优化方案为，风险水平等级计算模型的构建方法包括：

50、在关联度kj(p0)最大值时，对应的风险水平等级为j，风险水平等级计算模型为：

51、

52、其中，kj(p0)为输电线路与风险等级j的关联度；λi为指标i的权重。

53、进一步优化方案为，输电线路的风险等级包括：iv级、iii级、ii级和i级4个等级，不同等级对应导线潮流越限量指标sl、断面潮流越限量指标sf和节点电压越限量指标sv的评估经典域rn范围(aji,bji)为：

54、

55、本方案还提供基于图论的多灾害下输电线路风险评估系统，用于实现上述的基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法，包括：

56、模型构建?？?，用于考虑输电系统的组成部分因气象条件导致的故障，构建基于图论原理和气象因素的输电线路的风险评级模型；

57、采集?？?，用于获取待评估输电线路的基本信息；

58、评估?？?，用于将待评估输电线路的基本信息输入风险评级模型得到风险等级。

59、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

60、本发明提供的基于图论的多灾害下输电线路风险评估方法及系统，在对输电线路的风险通过图论方法进行评估时，以各指标为基础，通过建立指标的经典域、节域和对象的评价等级，再依据指标权重及其实际数值计算分析得出待评物元与评价等级的关联程度，即可以由此来确定输电线路的相应风险等级；本发明将风险评估问题转化为图论问题，基于物元可拓理论建立关于输电线路的风险评估和动态管理模型，实现对输电线路风险水平的评估；充分利用输电线路的拓扑结构和空间分布特征，反映出不同位置和方向上输电线路所受到的灾害差异。