[發明專利]基于大數據和神經網絡的架空線路雷擊跳閘率計算方法

在審

• 申請號: 201811316228.6
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109460602A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 王冉冉;徐靜;王振海;陳明;周其朋;蘇寧;王亞麗;賈秀發;尹孟;徐靖波
• 申請（專利權）人: 山東農業大學;國網山東省電力公司諸城市供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/08
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 吳風江

1.一種基于大數據和神經網絡的架空線路雷擊跳閘率計算方法，其特征在于：所述計算方法基于大數據和神經網絡，所述神經網絡均使用三層BP神經網絡，包括一個輸入層、一個隱含層和一個輸出層；

將雷擊跳閘率分為反擊跳閘率和繞擊跳閘率兩部分進行計算：

A、計算反擊跳閘率

輸入層所包含節點：桿塔高度、橫擔高度、避雷線高度、導線高度、桿塔分流系數、導線和避雷線耦合系數、桿塔接地電阻、U50%放電電壓；

隱含層根據計算，根據公式，選取較小的訓練值為4開始試驗，根據訓練結果得出節點數量；

訓練前，首先利用規程法計算反擊閃絡率，計算雷擊塔頂反擊的耐雷水平，如公式（1）

式中：為桿塔高度，m；

為橫擔對地高度，m；

為避雷線對地平均高度，m；

為導線平均高度，m；

為桿塔分流系數；

為導線和避雷線間的耦合系數；

為導線和避雷線間的幾何耦合系數；

為桿塔沖擊接地電阻，Ω；

為雷電波形的波頭時間，μS；

為絕緣子串正極性50%沖擊放電電壓；

然后根據耐雷水平，計算雷擊概率：

最后計算雷擊跳閘率如公式（2）：

根據計算結果，確定權值并對神經網絡閾值進行約束，通過電力系統大數據的存儲系統，選用近10年雷擊反擊閃絡率數據、使用至少20組樣本數據對神經網絡進行訓練；

輸出層只有一個節點，即反擊閃絡率；

B、計算繞擊跳閘率

輸入層所包含節點：避雷線高度、導線高度、保護角、桿塔所在地的海拔高度、桿塔所在地面傾角、U50%放電電壓；

隱含層根據計算，得出節點數量；

訓練前利用改進的Eriksson電氣幾何模型算法，計算繞擊閃絡率，從而確定神經網絡的閾值和權值；

Eriksson提出的計算方法如公式（3）所示：

式中：h 為導線平均高，m；

I 為雷電流幅值，kA；

雷電先導發展到架空導線側邊時，會受到地面形狀的影響，導線和地面被雷擊的可能性都存在，雷電先導對地擊距同對導線擊距的比值(擊距系數)隨著導線高度的增加而減小，IEEE工作組提出的導線平均高度在<40 m的對地擊距如公式（4）所示：

對于超特高壓線路，由于桿塔高度較高，先導對大地的擊距與其對避雷線和導線的擊距是不相等的，因此當導線高度>40m時，對地擊距如公式（5）所示：

隨著雷電流增加，雷擊導線的區域減小，當雷電流達到一定程度幾時，或擊中避雷線，或擊中大地，不再發生繞擊，則稱為最大繞擊電流，相應的擊距稱為最大擊距；

與桿塔的尺寸、地形及地貌有關，通用的計算式為（6）

式中：為避雷線和導線平均高度；

為避雷線平均保護角；

為桿塔處的地面傾角；

為擊距系數，

通過最大擊距計算最大繞擊電流；

根據電氣幾何模型，繞擊率計算還需要的公式如下：

根據計算結果，確定權值并對神經網絡閾值進行約束，通過電力系統大數據的存儲系統，選用近10年雷擊反擊閃絡率數據、使用至少20組樣本數據對神經網絡進行訓練；

輸出層只有一個節點，即繞擊閃絡率；

C、根據規程法計算建弧率，利用建弧率和所得到的輸出層節點計算繞擊跳閘率和反擊跳閘率；

D、計算所得的繞擊跳閘率和反擊跳閘率之和即為雷擊跳閘率。

2.根據權利要求1所述的基于大數據和神經網絡的架空線路雷擊跳閘率計算方法，其特征在于：所述BP神經網絡進行樣本訓練時，每一組樣本都需要電力系統長期觀測和記錄，規定使用近十年數據，采用神經網絡的誤差算法使用相對誤差，根據這一原則，誤差算法采用公式（11）：

同時，選取激活函數如公式（12）：

。

3.根據權利要求1所述的基于大數據和神經網絡的架空線路雷擊跳閘率計算方法，其特征在于：計算反擊跳閘率過程中，其隱含層得出的最佳效果節點數量為6個。