恶劣天气下架空输电线路荷载风险建模及预测

摘要

架空输电线路是电力系统的重要组成部分，是输送电能的大动脉，架空线路的安全运行关乎整个电网能否安全稳定运行。架空输电线路常年曝置在大气自然环境中运行，容易受到强风、冰雪、暴风雨、寒流冰冻等恶劣天气影响，而各种恶劣天气的频发则可能造成架空线路断线、倒塔等严重情况，甚至导致大面积停电事故，因此建立架空线路风险评估与预警系统对保障架空线路的安全稳定运行具有非常重要的实际意义。目前国内外针对架空线路风险评估问题主要考虑覆冰对线路的影响，对极端天气下架空线路可靠性研究较少。本文将架空线路的本体作为主要研究对象，根据线路荷载计算理论，风险评估理论和模糊预测理论，首先建立极端天气下计及气温变化影响的架空线路风险评估模型，然后对覆冰有风、暴风雨及大风三种极端天气下架空线路荷载风险进行预测，在MATLAB环境中对所提出理论与方法进行实例建模论证。本文的研究内容主要包括以下三个方面： 1）架空输电线路计及温差变化的等值荷载建模。基于架空线路的基本设计理论，详细推导架空线路状态方程，由状态方程导出一组气温变化差值与比载变化差值，通过最小二乘法对其进行拟合，建立架空线路温差变化的等值荷载模型。 2）极端天气下架空输电线路风险评估。假定架空线路强度和荷载均服从正态分布，通过对架空线路联合概率密度函数的分析，结合线路荷载—强度的随机特性和应力强度干涉理论，就三种极端天气对架空线路荷载进行风险评估。 3）进行架空输电线路荷载模糊预测。根据架空线路的失效概率对架空线路荷载状态进行划分，结合划分的状态建立降雨强度、风速以及覆冰厚度的作输入变量，定义荷载的作输出变量。采用GA优化TS-FNN模型推理出架空线路荷载值，根据预测荷载值对架空线路荷载风险进行评估，得到有效的预警信息。 本文最后通过实例分析验证了所建立模型的准确性以及所提出方法的正确性，对架空输电线路的安全分析具有重要的现实意义与实用价值。

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