專利名稱：冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，特別適合于分 析和計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下架空輸電線路斷線事故的發(fā)生概率。
背景技術(shù)：
自架空輸電線路開始大規(guī)模建設(shè)以來，冰風(fēng)暴災(zāi)害造成架空輸電線路的 災(zāi)害性破壞不斷發(fā)生。與低溫雨雪冰凍災(zāi)害相比，冰風(fēng)暴災(zāi)害除引起電力覆 冰外，所帶來的強(qiáng)風(fēng)暴也嚴(yán)重威脅著架空輸電線路的安全運(yùn)行。冰風(fēng)暴對架 空輸電線路的威脅主要包括電力線和電力鐵塔的冰荷載和風(fēng)荷載超出其所 能承受的最大荷載，電力線覆冰舞動，電力線覆冰脫落跳躍，架空輸電線路 的塔-線耦合振動等。冰風(fēng)暴災(zāi)害可導(dǎo)致架空輸電線路的斷線倒塔，造成電力 系統(tǒng)大面積的停電甚至導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)的癱瘓。冰風(fēng)暴災(zāi)害對輸電系統(tǒng)造 成的災(zāi)害性破壞在加拿大、美國、歐洲中西部、中國、日本、孟加拉等國時
有發(fā)生。1998年1月，冰風(fēng)暴襲擊加拿大魁北克省，造成1000多基電力鐵 塔倒塌；2007年3月，冰風(fēng)暴襲擊中國遼寧省，造成大量用戶和工商企業(yè)停 電，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約145.9億元。冰風(fēng)暴給世界各國架空輸電系統(tǒng)的安 全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響并帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。
面對冰風(fēng)暴災(zāi)害造成的巨大電力損失，目前國內(nèi)外的研究主要集中在給 定冰風(fēng)暴條件下電力線的受力特性分析，提出相應(yīng)的預(yù)防措施等方面。對于 冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算問題，國內(nèi)外尚無相關(guān)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決由冰風(fēng)暴所引起的電力斷線的概率計(jì)算的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)電力系 統(tǒng)的災(zāi)害損失控制，本發(fā)明提供一種冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法, 具有計(jì)算可靠，精確度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟
1)對凍雨量P的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行極值分布擬合，構(gòu)建凍雨量廣義極值分布 F(尸)為
=exp.—
."1 .
上式中A為凍雨量廣義極值分布的位置參數(shù)，q為凍雨量廣義極值分布的規(guī)
模參數(shù)，^為凍雨量廣義極值分布的形狀參數(shù)；
2)對風(fēng)速7的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行極值分布擬合，構(gòu)建風(fēng)速廣義極值分布 剛為
-I/I
F(7) = exp.一
."2 .
上式中"2為風(fēng)速廣義極值分布的位置參數(shù)，C72為風(fēng)速廣義極值分布的規(guī)模參
數(shù)，|2為風(fēng)速廣義極值分布的形狀參數(shù)；
3) 從凍雨量廣義極值分布中抽取一個凍雨量數(shù)據(jù)，從風(fēng)速廣義極值分布 中抽取一個風(fēng)速數(shù)據(jù)；
4) 利用下述公式計(jì)算覆冰厚度i :
解
上式中A為冰密度，y^為水密度；5) 利用下述公式計(jì)算電力線冰荷載2i:
ri=^4z) + 2i02-i)2lL 1 576 L、7 r
上式中D為電力線直徑，I為電力線長度；
6) 利用下述公式計(jì)算電力線風(fēng)荷載r2:
丄blMJ
上式中《為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，^為風(fēng)壓高度系數(shù)，^e為電力線的體型系數(shù)，
A為電力線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，^為風(fēng)向與電力線的夾角；
7) 重復(fù)步驟3)-6)M次，得到M個電力線冰荷載記為[7i]，得到A/個電 力線風(fēng)荷載記為[r2];
8) 計(jì)算[ i]的概率分布"，計(jì)算[7^的概率分布w;
9) 利用下述公式計(jì)算電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率 分布C""，w):
("， vv) = exp|~ [(- In m " + (— In w, 上式中e為Copula聯(lián)合概率分布的聯(lián)接參數(shù)；
10) 從電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布中抽取一 個電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載數(shù)據(jù)組(7i',r^);
11) 利用下述公式計(jì)算電力線總荷載/^:
上式中7b為電力線自重，^為電力線的密度，g為重力常數(shù)；
12) 重復(fù)步驟10)-11)AT次，得到AT個電力線總荷載；
13) 利用下述公式計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率上式中Wi為電力線所能承受的最大荷載，為電力線總荷載大于的個數(shù)。 上述步驟7)中M的范圍為A/a: 10000 。
上述步驟9)中Copula聯(lián)合概率分布的聯(lián)接參數(shù)0的范圍為1.76~3.28。 上述步驟12)中AT的范圍為AT ^ 10000 。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于提出冰風(fēng)暴災(zāi)害下凍雨量廣義極值分布和風(fēng)速 廣義極值分布，從電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布中抽 取電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載數(shù)據(jù)組,計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率。 本發(fā)明通過構(gòu)建Copula聯(lián)合概率分布可有效捕獲電力線冰荷載和電力線風(fēng) 荷載之間動態(tài)的、非對稱的概率相關(guān)性，提高測算精度。本發(fā)明為冰風(fēng)暴災(zāi) 害下電力系統(tǒng)的應(yīng)急管理和緊急調(diào)度提供技術(shù)支撐，并降低冰風(fēng)暴造成的電 力損失。本發(fā)明具有測算精確度高和實(shí)時性強(qiáng)的特點(diǎn)，徹底解決了冰風(fēng)暴災(zāi) 害下電力斷線的概率計(jì)算的技術(shù)難題。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。


圖l是輸電線路示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖1為220kV輸電線路示意圖，由Ll、 L2、 L3、 L4、 L5、 L6六檔電力線和P1、 P2、 P3、 P4、 P5、 P6、 P7七基電力鐵塔組成。參見圖 2，圖2為實(shí)施例的操作流程，收集每檔電力線所在位置的實(shí)時凍雨量和實(shí)時 風(fēng)速數(shù)據(jù)各500個，通過廣義極值分布擬合得出實(shí)時凍雨量和實(shí)時風(fēng)速的廣義極值分布。
從凍雨量廣義極值分布中抽取一個凍雨量數(shù)據(jù)，從風(fēng)速廣義極值分布中 抽取一個風(fēng)速數(shù)據(jù)，計(jì)算覆冰厚度i ，計(jì)算電力線冰荷載、電力線風(fēng)荷載。
重復(fù)上述實(shí)施過程10000次，得到10000個電力線冰荷載記為[Tl]，得 到10000個電力線風(fēng)荷載記為[72]。利用Matlab計(jì)算[T1]的概率分布"和[7^2] 的概率分布w，程序語句分別為"-fcwfe"s^([7i]，;aV^x"/ow和 w = ik /m X[:r2]，;d，'/i/"criort'，'a//'),然后計(jì)算電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷 載的Copula聯(lián)合概率分布，程序語句為<9 = Co戸/fl^('g"附he/'，(i/，w))。
從Copula函數(shù)中抽取一個電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載數(shù)據(jù)組，抽樣語 句為(71'，r〗)=Cop"/flA7^('g"m^/'，6/，1)，通過電力線的自重表達(dá)式計(jì)算電力線 的自重7b，從而計(jì)算電力線總荷載/^。 '
重復(fù)上述實(shí)施過程10000次，得到10000個電力線總荷載。統(tǒng)計(jì)電力線 總荷載大于^:的個數(shù)A^，并計(jì)算7^在電力線總荷載的個數(shù)10000中所占的
比例，即為冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率，計(jì)算結(jié)果列于表l。
表l
電力線編號L2L3L4L5L6
冰風(fēng)暴災(zāi)害下電 力斷線的概率25.63%25.89%26.32%26.19%25.92%25.74%
從表l中可以看出，該概率計(jì)算方法可有效計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線 的概率，非常適用于冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算。
9
權(quán)利要求
1、一種冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，具有如下步驟1)對凍雨量P的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行極值分布擬合，構(gòu)建凍雨量廣義極值分布F(P)為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>F</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>&xi;</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>&sigma;</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>u</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msub> <mi>&xi;</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></msup><mo>}</mo> </mrow>]]></math></maths>上式中u1為凍雨量廣義極值分布的位置參數(shù)，σ1為凍雨量廣義極值分布的規(guī)模參數(shù)，ξ1為凍雨量廣義極值分布的形狀參數(shù)；2)對風(fēng)速V的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行極值分布擬合，構(gòu)建風(fēng)速廣義極值分布F(V)為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>F</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>&xi;</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>&sigma;</mi><mn>2</mn> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>u</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msub> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow></msup><mo>}</mo> </mrow>]]></math></maths>上式中u2為風(fēng)速廣義極值分布的位置參數(shù)，σ2為風(fēng)速廣義極值分布的規(guī)模參數(shù)，ξ2為風(fēng)速廣義極值分布的形狀參數(shù)；3)從凍雨量廣義極值分布中抽取一個凍雨量數(shù)據(jù)，從風(fēng)速廣義極值分布中抽取一個風(fēng)速數(shù)據(jù)；4)利用下述公式計(jì)算覆冰厚度R<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>i</mi></msub><mi>&pi;</mi> </mrow></mfrac><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <msub><mi>&rho;</mi><mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mn>0.26</mn> <msup><mi>VP</mi><mn>0.88</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt> </mrow>]]></math></maths>上式中ρi為冰密度，ρw為水密度；5)利用下述公式計(jì)算電力線冰荷載T1<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>i</mi></msub><mi>&pi;</mi> </mrow> <mn>576</mn></mfrac><mo>[</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>D</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>R</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup><mo>]</mo><mi>L</mi> </mrow>]]></math></maths>上式中D為電力線直徑，L為電力線長度；6)利用下述公式計(jì)算電力線風(fēng)荷載T2上式中α為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，μz為風(fēng)壓高度系數(shù)，μsc為電力線的體型系數(shù)，βc為電力線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)， id="icf0006" file="A2009100443410003C2.tif" wi="3" he="3" top= "79" left = "89" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為風(fēng)向與電力線的夾角；7)重復(fù)步驟3)-6)M次，得到M個電力線冰荷載記為[T1]，得到M個電力線風(fēng)荷載記為[T2]；8)計(jì)算[T1]的概率分布u，計(jì)算[T2]的概率分布w；9)利用下述公式計(jì)算電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布Cθ(u，w)Cθ(u，w)＝exp{-[(-lnu)θ+(-lnw)θ]}1/θ上式中θ為Copula聯(lián)合概率分布的聯(lián)接參數(shù)；10)從電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布中抽取一個電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載數(shù)據(jù)組(T′1，T′2)；11)利用下述公式計(jì)算電力線總荷載HL<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>L</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>+</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>G</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mn>1</mn> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn></mfrac><mi>&pi;</mi><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup><mi>L</mi><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>l</mi></msub><mi>g</mi> </mrow>]]></math></maths>上式中TG為電力線自重，ρl為電力線的密度，g為重力常數(shù)；12)重復(fù)步驟10)-11)N次，得到N個電力線總荷載；13)利用下述公式計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>P</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>H</mi><mi>L</mi> </msub> <mo>></mo> <msub><mi>&mu;</mi><mi>L</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>N</mi><mn>1</mn> </msub> <mi>N</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths>上式中μL為電力線所能承受的最大荷載，N1為電力線總荷載大于μL的個數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，其特 征在于所述步驟7)中M的范圍為M 210000。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，其特 征在于所述步驟9)中Copula聯(lián)合概率分布C""，nO的聯(lián)接參數(shù)0的范圍為 1.76~3.28。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，其特 征在于所述步驟12)中AT的范圍為ATa:10000。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算方法，包括以下步驟提出凍雨量廣義極值分布和風(fēng)速廣義極值分布；從凍雨量廣義極值分布和風(fēng)速廣義極值分布中分別抽取數(shù)據(jù)，計(jì)算電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載；計(jì)算電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布，隨后從該Copula聯(lián)合概率分布中抽取電力線冰荷載數(shù)據(jù)和電力線風(fēng)荷載數(shù)據(jù)；最后計(jì)算冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率。本發(fā)明考慮電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載之間動態(tài)的、非對稱的概率相關(guān)性，提出電力線冰荷載和電力線風(fēng)荷載的Copula聯(lián)合概率分布，可有效測算出電力斷線的概率，具有精確度高和實(shí)時性強(qiáng)的特點(diǎn)，徹底解決了冰風(fēng)暴災(zāi)害下電力斷線的概率計(jì)算的技術(shù)難題。
文檔編號G06F17/00GK101655830SQ20091004434
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者張新華, 張永熙, 徐文軍, 楊洪明, 楊洪朝, 王媛媛, 賴明勇, 陳安裕 申請人:湖南大學(xué)