一種基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，包括如下步驟：將輸電線舞動(dòng)的內(nèi)因進(jìn)行分類，并按分類結(jié)果對(duì)輸電線歷史舞動(dòng)事故下的氣象特征因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；根據(jù)被預(yù)測(cè)的輸電線路信息，選擇與輸電線舞動(dòng)內(nèi)因分類結(jié)果中對(duì)應(yīng)的一類，以該類中歷史舞動(dòng)事故條件下的氣象特征因素信息記錄構(gòu)成訓(xùn)練樣本集，以Adaboost集成學(xué)習(xí)算法形成分類器，再將輸電線舞動(dòng)氣象特征因素的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為輸入，通過分類器得到輸電線路舞動(dòng)預(yù)警結(jié)果；根據(jù)預(yù)警結(jié)果，判定得到輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)。本發(fā)明綜合考慮了影響輸電線舞動(dòng)的內(nèi)因和外因，充分利用輸電線歷史舞動(dòng)信息和氣象預(yù)報(bào)信息，更符合實(shí)際；且所用算法泛化能力強(qiáng)、易編碼，預(yù)警結(jié)果準(zhǔn)確度高。
【專利說明】-種基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的架空輸電線的故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言是一種基 于Adaboost算法的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線舞動(dòng)是指導(dǎo)線在風(fēng)力及（或）不對(duì)稱覆冰的作用下引起的低頻率、大幅度 的自激振動(dòng)，是一種空氣動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。輸電線舞動(dòng)多發(fā)生在冬季，其能量很大，且持續(xù)時(shí) 間長(zhǎng)，易對(duì)輸電線路造成機(jī)械損壞和電氣故障，輕則引起相間閃絡(luò)、損傷導(dǎo)線、地線及金具 等，重則導(dǎo)致斷股、斷線、甚至倒塔等惡劣事故，嚴(yán)重威脅著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003] 運(yùn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料表明，我國是輸電線舞動(dòng)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。隨著我國 電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展和惡劣天氣的頻繁出現(xiàn)，輸電線舞動(dòng)事故的發(fā)生頻率和危害程度均有明顯 的增加，且輸電線舞動(dòng)區(qū)域已不僅局限在少數(shù)范圍內(nèi)，也遍及到國家電網(wǎng)的大部分地區(qū)。因 此，對(duì)輸電線舞動(dòng)及其預(yù)防措施的研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
[0004] 近些年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)輸電線舞動(dòng)激發(fā)機(jī)理、計(jì)算仿真及輸電線防舞動(dòng)措施等 進(jìn)行了多方面研究，取得了很多重要成果并應(yīng)用于實(shí)際工程。遺憾的是，由于輸電線和氣流 相互作用所造成的耦合以及輸電線的大幅運(yùn)動(dòng)所造成的幾何非線性等，使輸電線舞動(dòng)問題 變得十分復(fù)雜，迄今為止尚無統(tǒng)一、普適的輸電線舞動(dòng)激發(fā)理論。
[0005] 現(xiàn)行的輸電線防舞動(dòng)措施概括起來可分為三大類：一是從氣象條件考慮，避開易 于形成舞動(dòng)的覆冰區(qū)域與線路走向；二是從機(jī)械與電氣的角度，設(shè)計(jì)提高線路系統(tǒng)的抗舞 動(dòng)能力；三是采取各種防舞裝置，抑制舞動(dòng)的發(fā)生，對(duì)于已建成的線路，更是唯一可行的辦 法。但值得注意的是，目前的輸電線舞動(dòng)防御措施尚有以下不足：
[0006] 1)考慮到節(jié)省線路走廊的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要求以及施工便宜性等因素，使得部分輸電 線路是無法完全避開舞動(dòng)區(qū)的；
[0007] 2)在實(shí)際應(yīng)用中，輸電線質(zhì)量提高技術(shù)及抗舞設(shè)計(jì)尚不夠詳實(shí)和規(guī)范，經(jīng)濟(jì)性以 及可操作性較差，同時(shí)也缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；
[0008] 3)防舞器是基于不同輸電線舞動(dòng)機(jī)理開發(fā)得到，導(dǎo)致目前應(yīng)用較多的幾種防舞裝 置，都具有其明顯的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用局限性，防舞效果也存在很大差異。
[0009] 顯然，要想完全制服輸電線舞動(dòng)還需很長(zhǎng)一段時(shí)間的努力，目前迫切需要一種主 動(dòng)性更強(qiáng)、應(yīng)用范圍更廣的輸電線防舞動(dòng)輔助決策方法，來減輕輸電系統(tǒng)遭受的舞動(dòng)災(zāi)害。 近年來輸電線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置和方法得到了蓬勃發(fā)展，而輸電線舞動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成 功運(yùn)行為研究輸電線舞動(dòng)積累了寶貴的氣象資料；此外，近年來氣象預(yù)報(bào)的精細(xì)化程度以 及準(zhǔn)確度都有較大提升，與電網(wǎng)合作越來越密切，使利用氣象信息來實(shí)現(xiàn)輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn) 預(yù)警是一種可行的、科學(xué)的途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)上述分析的現(xiàn)有措施的不足，本發(fā)明提供了一種基于Adaboost的輸電線舞 動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸電線舞動(dòng)氣象特征因素的預(yù)報(bào)信息和輸電線路的結(jié)構(gòu)參數(shù) 等相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，并輸出所在區(qū)域的輸電線舞動(dòng)災(zāi)害預(yù)警分析結(jié)果。
[0011] 為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0012] 一種基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，包括以下步驟；
[0013] (1)、將輸電線舞動(dòng)的內(nèi)因進(jìn)行分類，并按分類結(jié)果對(duì)輸電線歷史舞動(dòng)事故下的 氣象特征因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；
[0014] 其中內(nèi)因分類結(jié)果包括有：①線路的類型，分為單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線；②線路的截 面積，分為大、中、小截面線路；③線路檔距，分為大、中、小檔距線路；
[0015] 氣象特征因素包括有：①風(fēng)速；②風(fēng)向?qū)?dǎo)線軸向的夾角；③溫度；④相對(duì)濕度；
[0016] (2)、根據(jù)被預(yù)測(cè)的輸電線路信息，選擇與輸電線舞動(dòng)內(nèi)因分類結(jié)果中對(duì)應(yīng)的 一類，并以該類中歷史舞動(dòng)事故條件下的氣象特征因素信息記錄構(gòu)成訓(xùn)練樣本集，以 Adaboost集成學(xué)習(xí)算法形成分類器，再將從氣象部門獲取的步驟1中描述的輸電線舞動(dòng) 氣象特征因素的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為輸入，通過分類器得到輸電線路舞動(dòng)預(yù)警輸出結(jié)果和置信度 margin 值；
[0017] (3)、根據(jù)步驟2所述的預(yù)警輸出結(jié)果，根據(jù)輸電線舞動(dòng)預(yù)測(cè)結(jié)果的置信度margin 值，判定得到輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)。
[0018] 其中所述的步驟⑵具體如下：
[0019] 2. 1)、輸入：訓(xùn)練樣本集X，其中應(yīng)包括樣本類別標(biāo)簽；N為訓(xùn)練樣本數(shù)；T為訓(xùn)練 次數(shù)，也即弱分類器個(gè)數(shù)；其中弱分類器分類算法為C，樣本類別標(biāo)簽中規(guī)定1表示輸電線 發(fā)生舞動(dòng)，-1表不輸電線未發(fā)生舞動(dòng)；
[0020] 2. 2)、初始化：樣本權(quán)值分布W1⑴=1/N，i = 1，2,…，N ;
[0021] 2.3)、it = l，2，...，T:
[0022] ①根據(jù)第t次的樣本權(quán)值分布wt (i)從原始樣本集X中進(jìn)行有放回的抽樣，生成 新的樣本集合Xt;
[0023] ②在Xt上訓(xùn)練弱分類器Ct (X)，并用Ct⑴對(duì)原始樣本集X進(jìn)行分類；
[0024] ③計(jì)算弱分類器Ct (X)的分類錯(cuò)誤率；

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟； (1) 、將輸電線舞動(dòng)的內(nèi)因進(jìn)行分類，并按分類結(jié)果對(duì)輸電線歷史舞動(dòng)事故下的氣象特 征因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； 其中內(nèi)因分類結(jié)果包括有：①線路的類型，分為單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線；②線路的截面積， 分為大、中、小截面線路；③線路檔距，分為大、中、小檔距線路； 氣象特征因素包括有：①風(fēng)速；②風(fēng)向?qū)?dǎo)線軸向的夾角；③溫度；④相對(duì)濕度； (2) 、根據(jù)被預(yù)測(cè)的輸電線路信息，選擇與輸電線舞動(dòng)內(nèi)因分類結(jié)果中對(duì)應(yīng)的一類，并 以該類中歷史舞動(dòng)事故條件下的氣象特征因素信息記錄構(gòu)成訓(xùn)練樣本集，以Adaboost集 成學(xué)習(xí)算法形成分類器，再將從氣象部門獲取的步驟1中描述的輸電線舞動(dòng)氣象特征因素 的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為輸入，通過分類器得到輸電線路舞動(dòng)預(yù)警輸出結(jié)果和置信度margin值； (3) 、根據(jù)步驟2所述的預(yù)警輸出結(jié)果，根據(jù)輸電線舞動(dòng)預(yù)測(cè)結(jié)果的置信度margin值， 判定得到輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Adaboost的輸電線舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法，其特征在于：所 述的步驟（2)具體如下： 2. 1)、輸入：訓(xùn)練樣本集X，其中應(yīng)包括樣本類別標(biāo)簽；N為訓(xùn)練樣本數(shù)；T為訓(xùn)練次數(shù)， 也即弱分類器個(gè)數(shù)；其中弱分類器分類算法為C，樣本類別標(biāo)簽中規(guī)定1表示輸電線發(fā)生舞 動(dòng)，-1表輸電線未發(fā)生舞動(dòng)； 2. 2)、初始化：樣本權(quán)值分布W1 (i) = 1/N，i= 1，2,…，N; 2. 3)、當(dāng)t= 1，2,…，丁 ： ① 根據(jù)第t次的樣本權(quán)值分布Wt (i)從原始樣本集X中進(jìn)行有放回的抽樣，生成新的 樣本集合Xt ; ② 在Xt上訓(xùn)練弱分類器Ct (X)，并用Ct⑴對(duì)原始樣本集X進(jìn)行分類； ③ 計(jì)算弱分類器Ct(X)的分類錯(cuò)誤率； I_丄
式⑴中，當(dāng)Ct(Xi)尹Yi時(shí)，I(g)為1，其余則為0 ; ④ 計(jì)算弱分類器Ct(X)的系數(shù)； at-~^nL (2) ⑤ 更新權(quán)值分布；
式（3)中，Z,二;是歸一化因子，使得fWi+1(/) = 1; z=lM 2. 4)、最終分類器：
式（4)中，函數(shù)sgn(·)為符號(hào)函數(shù)，其具體數(shù)學(xué)表達(dá)式為
則輸電線舞動(dòng)預(yù)警輸出包含分類器預(yù)測(cè)結(jié)果y和置信度margin(X，y):
t 式中，X為輸電線舞動(dòng)氣象特征因素的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)；ye{-1，+1}，為分類器預(yù)測(cè)結(jié)果：1 為預(yù)測(cè)該輸電線將發(fā)生舞動(dòng)，-1為預(yù)測(cè)該輸電線將不發(fā)生舞動(dòng)；margine[-1，+1]，較大的 正邊界表示預(yù)測(cè)該線路發(fā)生舞動(dòng)的可信度高，較大的負(fù)邊界表示預(yù)測(cè)該線路不發(fā)生舞動(dòng)的 可信度高，較小的邊界則表示預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度較低。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104239970SQ201410448630
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】梁允, 熊小伏, 周寧, 翁世杰, 王建, 苑司坤 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 重慶大學(xué)