一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法及系统与流程

1.本发明涉及电力防灾减灾技术领域，具体涉及一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法及系统。


背景技术：

2.西南低涡是我国西南地区的独特低压系统，与高空槽配合可产生局地强降水，就其所引起的暴雨天气的强度、频数和范围而言，西南低涡是我国仅次于台风的暴雨系统，西南低涡不仅影响源地的天气，当它外移发展时，影响源地以东地区，这也是影响夏半年西南地区最重要的灾害性天气系统。西南低涡活动季节变化明显，春夏多，秋冬少。西南低涡产生的区域性暴雨往往造成洪涝、泥石流、山体滑坡等次生灾害，许多我国历史上罕见的特大洪涝灾害，都与西南低涡活动密切相关。一方面，由于地形地质差异，在同时存在洪涝、强降水等极端天气的情况下，如再加之滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、煤矿采空塌陷、边坡失稳等地质灾害频发，造成变电站、台区故障停运，杆塔、配变损坏，以及输配电线路跳闸。特别是因为配电线路长时间停运，影响可靠供电。另一方面，随着气象科学、信息技术的发展，在天气监测、气象探测、资料同化分析、天气预报、灾害预警等方面取得了长足进步，中国已经初步建成了包括气象监测、中尺度分析、临近预报(0～2小时)、短时预报(0～12小时)、短期预报(0～72小时)、中期预报(3～10天)和延伸期预报(10～30天)等无缝衔接的天气预报业务体系，可供电网企业生产监控指挥中心开展防风防汛应急工作，准确评估和预警西南低涡等气象对配电线路的风险，支撑做好电网规划设计、调度运行、运维检修和应急抢险等工作。
3.鉴于此，有必要在省级电网的电力生产监控指挥中心利用先进算法和信息系统，评估西南低涡及其暴雨对配电线路造成的风险，进而术支撑防控内涝灾害造成的配电线路停运。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法及系统，归集来自所在地省级气象台短时临近预警中心的临近预报及短时预报数据，通过神经网络模型分析历史受灾数据及最新风速大小、降水量大小，评估西南涡对配电线路的风险大小和危害，并通过系统的网页服务器对外发布预警信息。本发明技术方案如下：
5.提供一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法，包括：
6.获取历史受灾影响程度h；
7.获取风速影响程度w；
8.获取降水量影响程度p；
9.构建配电线路神经网络模型；所述配电线路神经网络模型根据叠加所述历史受灾影响程度h、风速影响程度w和降水量影响程度p加权计算得出预测量l
t
；所述历史受灾影响
程度h的权重为20％，所述风速影响程度w的权重为20％，所述降水量影响程度p的权重为60％；
10.根据所述预测量l
t
判定风险等级，所述预测量l
t
为：预测量l
t
≥0.8计为ⅰ级风险，0.6≤预测量l
t
＜0.8计为ⅱ级风险，预测量l
t
＜0.6为不计为风险；
11.输出所述风险等级，完成面向西南低涡的配电线路风险评估。
12.优选地，所述历史受灾影响程度h根据配电线路在近五年因风涝损坏的年份量获取如下：
13.风涝损失的年份量(年)012345历史受灾影响程度h00.20.40.60.81
14.所述风涝损坏是指配电线路因倒杆、断线、外力破坏导致停电的情况。
15.优选地，所述风速影响程度w根据风速w
t
数据获取如下：
16.风速w
t
(米/秒)8.0
‑
10.710.8
‑
13.813.9
‑
17.117.2
‑
20.720.8
‑
24.4风速影响程度w0.10.20.30.40.5风速w
t
(米/秒)24.5
‑
28.428.5
‑
32.632.7
‑
36.937.0
‑
41.4≥41.5风速影响程度w0.60.70.80.91
17.所述风速w
t
是指在某一时刻t，平均离地10米高处的风速(米/秒)的数值，函数关系如下：
18.w
t
＝f(w
t
‑
δt,w
t
‑
2δt,
…
,w
t
‑
nδt)，
19.式中，
△
t是指时间增量。
20.优选地，所述降水量影响程度p根据降水量p
t
获取如下：
21.降水量p
t
(毫米)3.0
‑
9.910.0
‑
14.915.0
‑
22.923.0
‑
29.9降水量影响程度p0.10.20.30.4降水量p
t
(毫米)30.0
‑
49.950.0
‑
69.970.0
‑
104.9105.0
‑
139.9降水量影响程度p0.50.60.70.8降水量p
t
(毫米)140.0
‑
169.9≥170.0
ꢀꢀ
降水量影响程度p0.91
ꢀꢀ
22.所述降水量pt是指在某一时刻t，12小时内降水总量(毫米)的数值，函数关系如下：
23.p
t
＝f(p
t
‑
δt,p
t
‑
2δt,
…
,p
t
‑
nδt)，
24.式中，
△
t是指时间增量。
25.优选地，所述配电线路神经网络模型由输入层、隐含层和输出层组成；
26.所述输入层为节点x包括采集所述风涝损失的年份量、n个时刻风速w
t
和n个时刻降水量p
t
，即n
×
2 1个输入神经元。
27.所述隐含层为基于所述历史影响程度h、风速影响程度w和降水量影响程度p的权重，综合计算配电线路风险大小；
28.所述输出层为节点y在t时刻的预测量l
t
为神经网络的输出，即1个输出神经元的不同时刻输出。
29.本发明还提供一种面向西南低涡的配电线路风险评估系统，包括，
30.构建模块，用于承载配电线路风险评估方法，构建面向西南低涡、涵盖省级电网各供电局35千伏、10千伏配电线路的风险预警体系；
31.采集模块，用于通过前置服务器采集所在地省级气象台短时临近预警中心的临近预报、短时预报数据(包括0～2小时内和0～12小时内的风速、降水量数据)；采集资产管理系统中配电线路的历史缺陷和事故事件信息；采集电力地理信息系统中配电线路的坐标数据。
32.数据库，包括关系库、实时库服务器两部分，用于存储涉及配电线路风险评估的相关数据；关系库用于存储配电线路历史缺陷和事故事件信息、配电线路的坐标数据；实时库用于存储临近预报、短时预报数据。
33.评估模块，用于通过应用服务器部署采用神经网络构建的配电线路风险评估模型，在输入层输入所述风涝损失的年份量、风速w
t
和降水量p
t
；在隐含层基于所述历史影响程度h、风速影响程度w和降水量影响程度p的权重，综合计算配电线路风险大小；在输出层输出风险评估结果。
34.发布模块，用于通过网页服务器发布面临ⅰ级风险或ⅱ级风险的配电线路。
35.优选地，所述前置服务器、应用服务器、数据库服务器和网页服务器部署在生产监控中心的信息机房内。
36.本发明的有益效果是：
37.本发明提供了一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法，基于配电线路神经网络模型；一种面向西南低涡的配电线路风险评估系统，包括：采集模块、数据库、评估模块和发布模块。配电线路风险评估方法实现了基于风涝损坏的年份量、风速和降水量的风险评估预测，克服了针对配电线路运行风险短时临近预警的技术难题，提高了生产监控指挥中心防风防汛应急工作效率，适于在电网企业内推广应用。配电线路风险评估系统结构简单，维护方便，且扩展性好，适于研判和预警西南低涡对配电线路造成的风险。
附图说明
38.图1为本发明一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法的流程图；
39.图2为本发明一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法中配电线路神经网络模型的示意图；
40.图3为本发明一种面向西南低涡的配电线路风险评估系统的结构图。
具体实施方式
41.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
42.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
43.如图1所示，一种面向西南低涡的配电线路风险评估方法，步骤如下：
44.s1：输入时间变量输入时间变量m，判断所处时段是否正值4月～9月的汛期；
45.s2：输入天气变量s，判断所面临的天气是否形成向东南移动的西南低涡；
46.s3：输入风涝损失的年份量，获取历史受灾影响程度h；
47.s4：输入风速w
t
，获取风速影响程度w；
48.s5：输入降水量p
t
，获取降水量影响程度p；
49.s6：加权计算：历史受灾影响程度h的权重为20％，风速影响程度w的权重为20％，降水量影响程度p的权重为60％；综合计算得出预测量l
t
；
50.s7：根据预测量l
t
判定风险等级，预测量l
t
为：预测量l
t
≥0.8计为ⅰ级风险，0.6≤预测量l
t
＜0.8计为ⅱ级风险，预测量l
t
＜0.6为不计为风险；
51.s8：输出风险等级，面向西南低涡的配电线路风险评估结束。
52.其中，s1或s2为否时，面向西南低涡的配电线路风险评估结束。
53.其中，s3、s4和s5中历史受灾影响程度h、风速影响程度w和降水量影响程度p获取方法见上述发明内容，此处不再赘述。
54.如图2所示，在配电线路神经网络模型的输入层输入风涝损失的年份量、风速wt和降水量pt；输入层为节点x包括采集风涝损失的年份量、n个时刻风速wt和n个时刻降水量pt，即n
×
2 1个输入神经元。在隐含层综合评估涵盖历史受灾影响程度h、风速影响程度w、降水影响程度p，并加权评估计算配电线路风险；在输出层输出综合风险评估结果。输出层为节点y在t时刻的预测量l
t
为神经网络的输出，即1个输出神经元的不同时刻输出。
55.如图3所示，配电线路风险评估系统包括前置服务器、数据库服务器、应用服务器、网页服务器、工程师站、操作员站、无线通信基站以及交换机，相互之间通过光纤连接，并部署在省级电网生产监控指挥中心。
56.前置服务器、应用服务器和网页服务器的数量为1套，数据库服务器的数量为2套，均部署在省级电网生产监控指挥中心的信息机房内。
57.前置服务器、网页服务器和数据库服务器均配置有4颗8核xeon e7 v4系列cpu，支持超线程，缓存不小于25兆字节，原始主频不小于1.9吉赫兹；内存配置为不小于128吉字节的ddr4型内存，最大内存插槽总数不小于64；硬盘配置为4块600吉字节、10000转/分钟的串行连接scsi硬盘；网卡配8个独立10/100/1000m
‑
baset的以太网口。
58.应用服务器配置有4颗10核xeon e7 v4系列cpu，支持超线程，缓存不小于20兆字节，原始主频不小于2.0吉赫兹；内存配置为不小于128吉字节的ddr4型内存，最大内存插槽总数不小于64；硬盘配置为2块600吉字节、10000转/分钟的串行连接scsi硬盘。
59.前置服务器承载采集模块，其数据交换、定制协议、部署架构、数据传输安全规范、防护机制应符合q/csg1210017《内外网数据安全交换平台技术规范》、q/csg1210007《数据传输安全标准》、q/csg1204009《电力监控系统安全防护技术规范》的规定，通过无线通信基站采集省级气象台短时临近预警中心采集的临近预报(0～2小时内)、短时预报(0～12小时内)的风速、降水数据，并为数据库服务器(实时库)提供数据服务；通过交换机采集资产管理系统中配电线路的历史缺陷和事故事件信息，采集电力地理信息系统中配电线路的坐标数据，并为数据库服务器(关系库)提供数据服务。
60.数据库服务器包括关系库、实时库服务器两部分，用于存储涉及配电线路风险评
估的相关数据；其数据交换、定制协议、数据传输安全规范、防护机制应符合gb/t 20273《数据库管理系统安全技术要求》、q/csg 1210007《数据传输安全标准》的规定，其关系库用于存储配电线路历史缺陷和事故事件信息、配电线路的坐标数据；实时库用于存储临近预报、短时预报数据，并通过交换机为应用服务器提供数据服务。
61.应用服务器部署采用神经网络构建的配电线路风险评估模型，在输入层输入风速、降水量和风涝损失的年份量；在隐含层基于上述指标组合权重，综合计算配电线路风险大小，并通过交换机为网页服务器提供数据服务。
62.网页服务器承载发布模块，其访问控制措施应符合q/csg 1204009《电力监控系统安全防护技术规范》的规定，通过交换机为各级生产监控指挥相关人员提供数据监视服务,用户访问网页服务器时，系统针对用户的访问验证应符合gb/t 20272《操作系统安全技术要求》的规定。
63.交换机的数量为1套，部署在省级电网生产监控指挥中心信息机房内。配置有24个10/100/1000兆字节自适应电口，交换容量不小于150兆位/秒，二、三层包转发能力不小于95兆位/秒，并发流统计数量不小于40万条，数据报文转发时延小于1ms，并支持ldp md5、vrrp md5、ntp md5加密认证。交换机用于通过由光纤构成的电力综合数据网连接数据库服务器、应用服务器、网页服务器、工程师站、操作员站和无线通信基站。交换机与数据库服务器、前置服务器、应用服务器、网页服务器、工程师站、操作员站和无线通信基站的物理接口、协议、互联互通及兼容性要求应符合q/csg1204016.3《第3部分：数据网络设备技术要求》的规定，数据库服务器、前置服务器、应用服务器、网页服务器、工程师站、操作员站、交换机和无线通信基站的配置、设置、分区要求宜符合q/csg 212001《电力监控系统安全防护管理办法》、q/csg 1204009《电力监控系统安全防护技术规范》、q/csg 1203029《220kv～500kv变电站计算机监控系统技术规范》的规定。
64.无线通信基站的数量为1套，部署在省级电网生产监控指挥中心的通信机房内，用于通过基于lte技术的无线通信专网与所在地省级气象台短时临近预警中心之间交互数据和指令。其在安全接入区内与无线通信网络的加密认证措施应符合q/csg 1204009《电力监控系统安全防护技术规范》的规定，可选用1.8吉赫兹频段的td
‑
lte型、230兆赫兹频段的lte230型无线通信基站设备。
65.具体选型的差别如下：
66.当无线通信基站采用选用1.8吉赫兹频段的td
‑
lte型无线通信基站设备时，采用室内基带处理单元(base band unit，bbu) 射频拉远单元(remote raido unit，rpu)分布式架构，支持的频段为1785至1805兆赫兹，子载波间隔为15千赫兹，基站需支持1.4兆赫兹、3兆赫兹、5兆赫兹、10兆赫兹和20兆赫兹的工作带宽。无线通信基站单通道正常工作发射功率最大不低于12瓦(36通道配置)或20瓦(18通道)，并支持以1db的颗粒度调整发射功率。
67.当无线通信基站选用230兆赫兹频段的lte230型无线通信基站设备时，采用室内基带处理单元(base band unit，bbu) 射频拉远模块(remote raido unit，rpu)分布式架构，支持的频段为223.025至235兆赫兹，频率间隔为25千赫兹。无线通信基站单通道正常工作发射功率最大不低于6瓦。
68.工程师站的数量为1台，部署在生产监控指挥中心的监控室内，选用thinkstation p920系列的双路工作站。工程师站的配置原则、技术要求应符合q/csg 1203005《电力二次
装备技术导则》关于计算机监控系统的要求，并用于为系统管理员提供维护配电线路风险评估系统的服务。
69.操作员站的数量为1台，部署在生产监控指挥中心的监控室内，选用thinkstation p720系列的塔式工作站。操作员站的配置原则、技术要求应符合q/csg 1203005《电力二次装备技术导则》关于计算机监控系统的要求，并用于为系统管理员、安全监管人员提供开展防风防汛应急和预警配电线路风险的服务。
70.配电线路风险评估系统的安全功能要求应符合gb/t 20271《信息安全技术信息系统通用安全技术要求》的规定。配电线路风险评估系统的主要性能指标应符合gb/t 16260.2《软件工程产品质量第2部分：内部质量》、gb/t 16260.3《软件工程产品质量第3部分：外部质量》、q/csg1204016.3《数据网络技术规范第3部分数据网络设备技术要求》的规定。
71.在配电线路风险评估系统的具体安装部署过程中，首先将数据库服务器、应用服务器、网页服务器、工程师站、操作员站和交换机部署在省级电网生产监控指挥中心信息机房内的屏柜中，各类设备的数量是有且仅有一套。其次，将无线通信基站部署在省级电网生产监控指挥中心通信机房屏柜内，经身份鉴别、数据加密后远程采集省级气象台短时临近预警中心采集的临近预报(0～2小时内)、短时预报(0～12小时内)的风速、降水量数据采集的数据，并进行远程监控。
72.各级电网企业生产监控指挥中心的技术人员按照dl/t 1883《配电网运行控制技术导则》所规定的运行控制原则、目标，提出预防、处理各种故障和隐患的决策建议，必要时建议调整配电网运行方式。具体组织内容如下：
73.各级电网企业生产监控指挥中心的技术人员根据评估方法梳理配电线路风险，针对存在风险的配电线路，基于电力设施场地标高与所在地区历史洪水位比较、与历史最高水位比较、与设施外自然地面高低比较的防内涝设计标准和历史水浸情况、防内涝设施情况五个维度的评估结果，将配电线路内涝灾害风险分为高、中、低风险三级，形成防内涝管控清单。配电线路所属单位结合内涝风险分布图及运行经验，全面组织对存在内涝、水浸风险的设备设施开展排查，对存在隐患的区域尽早立项开展整改，并按照轻重缓急逐步予以实施。
74.以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。