多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法及相关装置与流程

本公开涉及电力系统，尤其涉及一种多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、雷电活动是危害电网安全稳定运行的最主要自然因素。传统的输电线路防雷设计以及避雷器（或称防雷绝缘子）的选型，通常基于单次雷击（单重雷）模型。然而，自然界的对地闪电有相当大比例为多重雷击，即一次雷云对地放电过程中包含多次连续的电流脉冲，脉冲间隔在几毫秒至几百毫秒之间。多个雷电流脉冲在极短时间内连续作用于线路同一位置，会导致金属氧化物电阻片因能量累积而温度急剧升高，使其通流能力下降，最终引发故障。

2、现有技术中，避雷器的通流参数选取多依赖于经验或仅考虑单重雷的耐雷水平，导致在多重雷多发地区，即使安装了符合现行标准的100ka避雷器，其故障率依然居高不下，频繁的故障更换和停电事故带来了巨大的运维成本和经济损失。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法、装置、设备及介质。

2、本公开实施例提供了一种多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法，该方法包括：获取目标区域的雷电监测数据，并基于雷电监测数据将目标区域划分为多个防雷等级区域；其中，雷电监测数据包括地闪密度和多重雷击占比；开展多重雷的试验，分别获得具有不同流通参数的多个候选避雷器对应的极限吸收能量；在输电线路的电磁暂态仿真模型中，以极限吸收能量为依据进行仿真计算，得到每个候选避雷器的耐雷水平；对于每个防雷等级区域，结合耐雷水平和雷电监测数据计算候选避雷器的故障率；基于故障率和故障率阈值构建安全性收益函数，基于避雷器的初始成本和成本上限构建经济性收益函数，以安全性收益函数和经济性收益函数乘积最大化为目标，从候选避雷器中确定最优避雷器，将最优避雷器对应的流通参数作为防雷等级区域的最优防雷参数。

3、在一种可能的实现方式中，开展多重雷的试验，分别获得具有不同流通参数的多个候选避雷器对应的极限吸收能量，包括：通过单重雷击试验获取候选避雷器中电阻片的单重极限吸收能量；通过多重雷击试验获取候选避雷器中电阻片的多重极限吸收能量，并拟合得到多重极限吸收能量与单重极限吸收能量的关系模型，得到避雷器极限能量耐受模型；结合候选避雷器中电阻片的串联数量和避雷器极限能量耐受模型计算候选避雷器的极限吸收能量。

4、在一种可能的实现方式中，耐雷水平包括临界雷电流幅值，在输电线路的电磁暂态仿真模型中，以极限吸收能量为依据进行仿真计算，得到每个候选避雷器的耐雷水平，包括：在雷击杆塔工况下，按照电磁暂态仿真模型进行仿真，求解得到候选避雷器吸收能量达到极限吸收能量对应的第一临界雷电流幅值；在雷击导线工况下，按照电磁暂态仿真模型进行仿真，求解得到候选避雷器吸收能量达到极限吸收能量对应的第二临界雷电流幅值。

5、在一种可能的实现方式中，结合耐雷水平和雷电监测数据计算候选避雷器的故障率，包括：在输电线路的电磁暂态仿真模型中，基于地闪密度确定雷击总次数，结合耐雷水平和多重雷击占比确定雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率；结合雷击总次数和雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率计算总线路年跳闸率；结合雷击总次数、雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率、防雷绝缘子数量和击杆率分别计算雷击杆塔工况的第一避雷器年损坏率和雷击导线工况的第二避雷器年损坏率，计算第一避雷器年损坏率与第二避雷器年损坏率的和，得到总避雷器年损坏率。

6、在一种可能的实现方式中，基于故障率和故障率阈值构建安全性收益函数，基于避雷器的初始成本和成本上限构建经济性收益函数，以安全性收益函数和经济性收益函数乘积最大化为目标，包括：基于故障率和故障率阈值的比值计算风险指数，计算安全性最高成本与风险指数的差值，得到安全性收益函数；基于初始成本和成本上限的比值计算经济指数，计算经济性最高成本与经济指数的差值，得到经济性收益函数；计算安全性收益函数和经济性收益函数的纳什乘积，得到总收益函数，并以总收益函数最大化为目标进行求解；其中，安全性收益函数和经济性收益函数的权重是基于风险指数确定的。

7、本公开实施例还提供了一种多重雷区域防雷参数的博弈优化选取装置，该装置包括：获取模块，用于获取目标区域的雷电监测数据，并基于雷电监测数据将目标区域划分为多个防雷等级区域；其中，雷电监测数据包括地闪密度和多重雷击占比；极限吸收能量计算模块，用于对于每个防雷等级区域，开展多重雷的试验，分别获得具有不同流通参数的多个候选避雷器对应的极限吸收能量；仿真计算模块，用于在输电线路的电磁暂态仿真模型中，以极限吸收能量为依据进行仿真计算，得到每个候选避雷器的耐雷水平；对于每个防雷等级区域，结合耐雷水平和雷电监测数据计算候选避雷器的故障率；防雷参数选取模块，用于基于故障率和故障率阈值构建安全性收益函数，基于避雷器的初始成本和成本上限构建经济性收益函数，以安全性收益函数和经济性收益函数乘积最大化为目标，从候选避雷器中确定最优避雷器，将最优避雷器对应的流通参数作为防雷等级区域的最优防雷参数。

8、在一种可能的实现方式中，极限吸收能量计算模块，包括：单雷击试验单元，用于通过单重雷击试验获取候选避雷器中电阻片的单重极限吸收能量；多雷击试验单元，用于通过多重雷击试验获取候选避雷器中电阻片的多重极限吸收能量，并拟合得到多重极限吸收能量与单重极限吸收能量的关系模型，得到避雷器极限能量耐受模型；极限吸收能量计算单元，用于结合候选避雷器中电阻片的串联数量和避雷器极限能量耐受模型计算候选避雷器的极限吸收能量。

9、在一种可能的实现方式中，仿真计算模块，包括：雷击杆塔工况仿真单元，用于在雷击杆塔工况下，按照电磁暂态仿真模型进行仿真，求解得到候选避雷器吸收能量达到极限吸收能量对应的第一临界雷电流幅值；雷击导线工况仿真单元，用于在雷击导线工况下，按照电磁暂态仿真模型进行仿真，求解得到候选避雷器吸收能量达到极限吸收能量对应的第二临界雷电流幅值。

10、在一种可能的实现方式中，仿真计算模块，包括：概率计算单元，用于在输电线路的电磁暂态仿真模型中，基于地闪密度确定雷击总次数，结合耐雷水平和多重雷击占比确定雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率；总线路年跳闸率计算单元，用于结合雷击总次数和雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率计算总线路年跳闸率；总避雷器年损坏率计算单元，用于结合雷击总次数、雷电流幅值超过线路耐雷水平的概率、防雷绝缘子数量和击杆率分别计算雷击杆塔工况的第一避雷器年损坏率和雷击导线工况的第二避雷器年损坏率，计算第一避雷器年损坏率与第二避雷器年损坏率的和，得到总避雷器年损坏率。

11、在一种可能的实现方式中，防雷参数选取模块，包括：安全性收益函数构建单元，用于基于故障率和故障率阈值的比值计算风险指数，计算安全性最高成本与风险指数的差值，得到安全性收益函数；经济性收益函数构建单元，用于基于初始成本和成本上限的比值计算经济指数，计算经济性最高成本与经济指数的差值，得到经济性收益函数；总收益函数构建和求解单元，用于计算安全性收益函数和经济性收益函数的纳什乘积，得到总收益函数，并以总收益函数最大化为目标进行求解；其中，安全性收益函数和经济性收益函数的权重是基于风险指数确定的。

12、本公开实施例还提供了一种计算设备，计算设备包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开实施例提供的多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法。

13、本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开实施例提供的多重雷区域防雷参数的博弈优化选取方法。

14、在该实现方式中，通过根据地闪密度、多重雷击占比划分多个不同防雷等级区域，对每个区域分别选取最优的防雷参数。针对每个区域，通过考虑不同候选避雷器的极限吸收能量并结合仿真得到真实耐雷水平，量化多重雷能量累积效应带来的避雷器故障率。分别构建兼顾设备运行安全的安全性收益函数与兼顾建设运维投入的经济性收益函数开展多目标协同优化求解，得到安全性和经济性兼顾、整体收益最大化的防雷方案。能够实现避雷器通流参数差异化最优配置，降低设备故障故障率与运营成本，实现输电线路防雷配置安全、可靠、全周期经济的最优平衡。