山火灾害下电网输电线路跳闸风险评估研究

发布时间：2020-06-10 06:54

【摘要】：近年来,随着负荷增长和电网发展,我国电网的不断扩张,特别是特高压技术的日益成熟,使得大容量、长距离的跨区域输电线路不断投入应用,线路走廊逐渐延伸至山火多发地区,山火灾害引发的问题愈发突出。每年的山火多发季节或多或少都将出现山火引起输电线路跳闸的事故,并且大多数情况下重合闸失败。山火灾害具有蔓延区域广、爆发时间密集等特点,能够造成域内多条线路连锁式跳闸故障,其对电网的冲击会影响电网安全稳定运行,造成电网结构失衡,降低供电可靠性,甚至导致大范围线路输电中断,造成大面积地区突然出现停电事故,威胁电力系统正常运行。可以说,山火灾害已成为输电线路跳闸停运的重要原因之一。为了降低山火灾害下电网故障的风险,提高山火灾害防治的效率和针对性,及时有效地指定电网故障应急处置策略,本文以火点动态亮温阈值值判识技术、三重嵌套气象数值计算模式和电网安全稳定分析方法为基础,以山火条件下输电线路跳闸的概率计算和电网线路关键性分析为切入点,重点研究了由山火灾害下电网输电线路跳闸风险评估方法及应对策略,主要研究内容如下:(1)研究了多种电网典型自然灾害的灾害故障机理、灾害模型及防治措施,分析了各种灾害的致灾因子及典型特征;在此基础上对电网灾害风险评估基础理论进行了详细阐述,包括如何定义和表述风险,如何针对灾害特点进行电网故障风险管理等;最后,介绍了电网灾害预警技术和灾害障应对与防治措施,作为突发性自然灾害引起的电网故障应急处理指导依据。电网自然灾害险及预防基础理论研究有利于理解自然灾害与电网故障风险之间的联系,是电气学、气象学、物理学、化学等多学科交义研究的理论基础,对后续山火灾害下电网的故障风险评估研究具有重要指导意义。(2)凭借真型大容量输电线路山火跳闸试验场的良好试验条件与测量优势,对输电线路山火跳闸现场的试验数据进行了统计分析,论述了温度、颗粒以及电子离子浓度对间隙击穿的影响,并考虑上述影响条件对火焰燃烧时电网线路间隙击穿机理进行了研究,由此构建了输电线路间隙击穿模型通过大量历史统计数据,总结了山火的时间与空间(地理)分布规律,并以人为致火因素为分析重点,闸述了山火高发期与人类生产、祭祀等活动的关联性;基于山火网格密度预报酸法,提出了输电线路山火预警方法,实现了线路走廊山火的定量预测。(3)针对现有的山火监测方法无法广域实时监测火点和获取线路所处微地形区域的小尺度气象数据,难以准确实时地分析山火条件下线路跳闸概率的问题,本文提出一种考虑山火灾害的输电线路跳闸概率实时分析方法。基于同步卫星技术实现了输电线路附近山火的实时监测,提出了多重嵌套的中小尺度气象预报模式以解决气象数值预测精确度与时效性的矛盾,并基于上述研究基础提出了综合考虑降水、植被、风场等各种环境因素的线路跳闸概率实时计算模型。以某省历史山火高发期的案例验证了模型的准确性,结果表明,该方法能够实时、准确地分析输电线路山火跳闸概率,为大范围山火灾害下电网的安全运行和应急处置提供重要的数据支撑。(4)针对现有关键路辨识方法评估角度单一,且指标权重选取多依靠主观经验的问题,提出了电网输电线路关键性评估方法,从线路的运行特征与跳闸后果两个角度总结和建立了线路关键性评价标集;基于超效率数据包络分析模型,构建了多角度的关键线路综合评估指标体系。以某省历史山火高发期为案例分析该方法的有效性,结果表明该方法能够实时、有效地辨识出大范围灾害下电网中的关键线路,为大范围山火灾害下电网的安全运行提供辅助决策指导。(5)通过统筹分析输电线路山火跳闸概率及线路在电网中的重要程度,提出了大规模山火灾害下输电线路风险评估方法。在此基础上,基于博弈论原理,以故障风险作为支付函数,求解了电网山火故障应对策略,以此提供能够将风险降到最低的对策。在该策略的指导下,从应急处置和主动防范两个角度出发,提出了基于火点动态阈值判识的山火应急处置方法和基于需求侧响应的负荷转移策略。算例结果表明,上述方法可有效量化火点对电网安全稳定的影响程度,优化人员、物资、装备的分布和调用;改善电网负荷曲线,从根本上降低电网山火事故的风险,保障电网的安全稳定运行。
【图文】：

分布图,火点,全球,分布图

Ｆｉｇ．邋１－３邋ＶＩＩＲＳ邋ａｃｔｉｖｅ邋ｆｉｒｅ邋ｇｌｏｂａｌ邋ｍａｐ逡逑与太阳轨道卫星（极轨卫星）相比，地球静止卫星（同步卫星）提供更高逡逑的时间分辨率，通常在１０到３０分钟之间［２９’３（）１，因此，这些卫星具有提供山火逡逑行为近实时监测的潜力。文献［３１］提出了一种利用地球静止运行环境卫星逡逑（ＧＯＥＳ）主动火灾数据模拟白天燃烧Ｋ域的算法。结果表明，该方法在近实逡逑时燃烧面积估计中具有潜在的应用价值。Ｃａ］ｌｅ邋Ａ．和Ｌａｎｅｖｅ邋Ｇ．等人成功使用第逡逑二代气象卫虽（Ｍｅｔｅｏｓａｔ邋Ｓｅｃｏｎｄ邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，，邋ＭＳＧ）搭载的旋转增强可视化红外逡逑成像仪（Ｓｐｉｎｎｉｎｇ邋Ｅｎｈａｎｃｅｄ邋Ｖｉｓｉｂｌｅ邋ａｎｄ邋Ｉｎｆｒａｒｅｄ邋Ｉｍａｇｅｒ，邋ＳＥＶＩＲＩ）的数据，时间逡逑分辨率为１５分钟，在希腊和葡萄牙近实时探测森林火灾［３２，３３］。２０１３年，韩国逡逑学者利用地球静ｌｈ气象卫星识别了韩国的山火，总体准确度超过了探测到的火逡逑灾活动的８５％［３４］。我国学者则利用多地球静止卫星（ＧＥＯＳ、ＭＳＧ邋ＳＥＶＩＲＩ和逡逑多用途运输卫Ｓ邋（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ，邋ＭＴＳＡＴ））获取全球生物逡逑质燃烧排放产品的数据［３（）］。然而，上述研究中使用的地球静ｉｈ卫星数据的空间逡逑分辨率一般在４公里以上，因此它们仅适用于较大规模的火灾探测，对于我国逡逑春节、清明和秋收等时节易发生的局部地区小规模山火的监测具有一定局限性。逡逑－

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华北屯力人学博Ｉ：学位论文逡逑和统计分析的基础上，评估灾害的强度或等级、不同强度下灾害发生的概率以及逡逑不同强度灾害发生后给当地电网及用户造成的影响。逡逑（二）风险的表述逡逑将电网自然灾害的风险表述为／？，可以从电网ｎ然灾害事件出现的场景、事逡逑件的概率、事件严重程度等三个方面进行描述｜｜（）１１，即逡逑^+邋Ｗ，〉｝，＃逦（２－１９）逡逑其中５＇，为电网自然灾窖事件，Ｐ，为该事件出现的可能性，Ｃ，为事件严重性，逡逑＃为电网自然灾害事件集。逡逑ｔｒ前应用最广泛的是联合国在１９９１年提出的风险概念模型表达式，该表达逡逑式较好地反映了自然灾害的风险特征及上述风险表述理念。表达式如下逡逑Ｒ＝ＨｘＥｘＶ逦（２－２０）逡逑式中为风险；打为致灾因子，即区域内可能发生的自然灾害；五为暴露于逡逑风险中的要素；Ｋ为这些要素的脆弱性。逡逑（三）风险管理逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75;TM08

【参考文献】