Early Warning for Transmission Line Damage Under Typhoon Disaster Based on Random Wind Field Probability Weighting

Hui HOU; Shiwen YU; Xianqiang LI; Hongbin WANG; Yong HUANG; Xixiu WU

doi:10.7500/AEPS20200115021

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Early Warning for Transmission Line Damage Under Typhoon Disaster Based on Random Wind Field Probability Weighting

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Early Warning for Transmission Line Damage Under Typhoon Disaster Based on Random Wind Field Probability Weighting
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 7, Pages: 140-147(2021)
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学自动化学院，湖北省武汉市 430070
  2.广州供电局有限公司，广东省广州市 510620
  3.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东省广州市 510080
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20200115021
  CLC：
- Received：15 January 2020，
  
  Revised：2020-08-13，
  
  Published Online：28 December 2020，
  
  Published：10 April 2021
- 稿件说明：
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侯慧,于士文,李显强等.基于随机风场概率加权的台风灾害下输电线路损毁预警[J].电力系统自动化,2021,45(7):140-147.

HOU Hui,YU Shiwen,LI Xianqiang,et al.Early Warning for Transmission Line Damage Under Typhoon Disaster Based on Random Wind Field Probability Weighting[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(7):140-147.
侯慧,于士文,李显强等.基于随机风场概率加权的台风灾害下输电线路损毁预警[J].电力系统自动化,2021,45(7):140-147. DOI： 10.7500/AEPS20200115021.

HOU Hui,YU Shiwen,LI Xianqiang,et al.Early Warning for Transmission Line Damage Under Typhoon Disaster Based on Random Wind Field Probability Weighting[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(7):140-147. DOI： 10.7500/AEPS20200115021.

摘要

为解决台风灾害下输电线路损毁预测精度和数据利用率低的问题，建立了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型。该模型综合考虑了气象、微地形、杆塔运行和实时损毁等空间多源异构信息的融合。首先，使用极值Ⅰ型概率分布进行阵风的风值模拟，通过柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫假设检验证明了其具有较高的精度；其次，利用蒙特卡洛法实现了随机风场的概率生成；最后，利用随机森林法预测每个风场下的线路损毁概率，实现了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测，该预测结果可为电力部门提供有效的预警决策支持。以台风“山竹”为实例，验证了所提基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型的科学性及有效性。

Abstract

To address the problem of low prediction accuracy and data utilization rate of transmission line damage under typhoon disaster

a hybrid model for the probability prediction of transmission line damage based on random wind field probability weighting is built. This model comprehensively considers the fusion of spatial multi-source heterogeneous information such as weather

micro-topography

tower operation

and real-time damage. Firstly

the Gumbel distribution is used to simulate the wind value of gusts

and Kolmogorov-Smirnov test proves its high accuracy. Secondly

the Monte Carlo method is used to realize the probability generation of random wind fields. Finally

the random forest method is used to predict the probability of line damage in each wind field

realizing the probability prediction of transmission line damage based on random wind field probability weighting. The prediction result can provide effective early warning decision support for the sectors of power industry. An example of the typhoon “Mangkhut” verifies the scientific nature and validity of the proposed hybrid model for the probability prediction of transmission line damage based on random wind field probability weighting.

关键词

Keywords

references

广东省人民政府应急管理办公室 . 广东全力以赴应对强台风“彩虹”袭击［J］. 中国应急管理， 2015 （ 10 ）： 16 - 17 .

Emergency Management Office， the People’s Government of Guangdong Province . Guangdong is doing its best to cope with typhoon “Mujigae” ［J］. China Emergency Management ， 2015 （ 10 ）： 16 - 17 .

广东电网有限责任公司电力科学研究院 . 广东电网公司应对台风“山竹”总结分析报告［R］. 2018 .

Electric Power Research Institute， Guangdong Power Grid Co.， Ltd. Summary and analysis report of Guangdong Power Grid Co.， Ltd. ， in response to typhoon “Mangkhut” ［R］. 2018 .

吴勇军，薛禹胜，谢云云，等 . 台风及暴雨对电网故障率的时空影响［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 2 ）： 20 - 29 .

WU Yongjun ， XUE Yusheng ， XIE Yunyun ， et al . Space-time impact of typhoon and rainstorm on power grid fault probability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 2 ）： 20 - 29 .

黄伟，黄廷城，王立勇 . 基于态势感知的电网台风预警防御框架研究综述［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 11 ）： 162 - 169 .

HUANG Wei ， HUANG Tingcheng ， WANG Liyong ， et al . Research on typhoon early warning and defense framework of power grid based on situation awareness ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 11 ）： 162 - 169 .

薛禹胜，赖业宁 . 大能源思维与大数据思维的融合：（一）大数据与电力大数据［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 1 ）： 1 - 8 .

XUE Yusheng ， LAI Yening . Integration of macro energy thinking and big data thinking： Part one big data and power big data ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 1 - 8 .

薛禹胜，赖业宁 . 大能源思维与大数据思维的融合：（二）应用及探索［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 40 （ 8 ）： 1 - 13 .

XUE Yusheng ， LAI Yening . Integration of macro energy thinking and big data thinking： Part two applications and explorations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 40 （ 8 ）： 1 - 13 .

王永明，殷自力，李琳，等 . 台风灾害场景下考虑运行状态的配电网风险评估方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2018 ， 30 （ 12 ）： 60 - 65 .

WANG Yongming ， YIN Zili ， LI Lin ， et al . Risk assessment method for distribution network considering operation state in the scene of typhoon disaster ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2018 ， 30 （ 12 ）： 60 - 65 .

包博，程韧俐，熊小伏，等 . 一种计及微地形修正的输电线台风风险预警方法［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 14 ）： 79 - 86 .

BAO Bo ， CHENG Renli ， XIONG Xiaofu ， et al . A typhoon risk early warning method for power transmission line considering micro-terrain correction ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 14 ）： 79 - 86 .

何迪，章禹，郭创新，等 . 一种面向风险评估的输电线路故障概率模型［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 7 ）： 69 - 76 .

HE Di ， ZHANG Yu ， GUO Chuangxin ， et al . Failure probability model of transmission lines for risk assessment ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 7 ）： 69 - 76 .

韩畅，林振智，杨莉，等 . 台风条件下区域电力系统的重要线路多维度辨识［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 15 ）： 118 - 125 .

HAN Chang ， LIN Zhenzhi ， YANG Li ， et al . Multi-dimensional critical line identification for regional power systems under typhoon ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 15 ）： 118 - 125 .

黄勇，魏瑞增，周恩泽，等 . 台风灾害下输电线路损毁预警方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 23 ）： 142 - 147 .

HUANG Yong ， WEI Ruizeng ， ZHOU Enze ， et al . Early warning method of transmission line damage under typhoon disaster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 23 ）： 142 - 147 .

WANG Jianhui ， HAMID G . Power grid resilience ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 7 ）： 1199 - 1201 .

AMIN G ， FARROKH A ， MOHAMMAD S . Front lines against the darkness： enhancing the resilience of the electricity grid through microgrid facilities ［J］. IEEE Electrification Magazine ， 2016 ， 4 （ 1 ）： 18 - 24 .

YUAN Wei ， WANG Jianhui ， QIU Feng ， et al . Robust optimization-based resilient distribution network planning against natural disasters ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 6 ）： 2817 - 2826 .

MA Shanshan ， LI Shiyang ， WANG Zhaoyu ， et al . Resilience-oriented design of distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2880 - 2891 .

GAO Haixiang ， CHEN Ying ， MEI Shenwei ， et al . Resilience-oriented pre-hurricane resource allocation in distribution systems considering electric buses ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 7 ）： 1214 - 1233 .

ALIREZA I ， SHAHRAM S H . Risk-adaptive strategic network protection in disaster scenarios ［J］. Journal of Communications and Networks ， 2017 ， 19 （ 5 ）： 509 - 520 .

LI Gengfeng ， ZHANG Peng ， PETER B L ， et al . Risk analysis for distribution systems in the Northeast U.S. under wind storms ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2014 ， 29 （ 2 ）： 889 - 898 .

ALI A ， EYLEM T ， AMIN K ， et al . System hardening and condition-based maintenance for electric power infrastructure under hurricane effects ［J］. IEEE Transactions on Reliability ， 2016 ， 65 （ 3 ）： 1457 - 1470 .

尹超雄，唐武勤，温灵锋，等 . 台风天气下配电网可靠性的新型评估算法［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 4 ）： 138 - 143 .

YIN Chaoxiong ， TANG Wuqin ， WEN Lingfeng ， et al . A new method for reliability evaluation of distribution network considering the influence of typhoon ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 4 ）： 138 - 143 .

CASLETON E ， OSTHUS D ， VAN B K . Imputation for multisource data with comparison and assessment techniques ［J］. Applied Stochastic Models in Business and Industry ， 2017 ， 34 （ 1 ）： 44 - 60 .

110~750 kV架空输电线路设计规范： GB 50545—2010 ［S］. 2010 .

Code for design of 110~750 kV overhead transmission lines ： GB 50545—2010 ［S］. 2010 .

中国南方电网有限责任公司 . 南方电网公司配电线路防风设计技术规范： Q/CSG 1201012—2016 ［S］. 2016 .

China Southern Power Grid Company Limited . Technical specification for wind protection design of distribution lines of China Southern Power Grid Company Limited ： Q/CSG 1201012—2016 ［S］. 2016 .

陈朝晖， ERIK V ，孙毅，等 . 常规风与飓风的极值风速预测模型评述［J］. 自然灾害学报， 2008 ， 17 （ 5 ）： 158 - 163 .

CHEN Zhaohui ， ERIK V ， SUN Yi ， et al . A review of model predicting extreme wind speed of normal wind and hurricane ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2008 ， 17 （ 5 ）： 158 - 163 .

唐力生，王华，刘蔚琴，等 . 极值分布理论在广东寒害重现期预测中的应用［J］. 应用生态学报， 2018 ， 29 （ 8 ）： 2667 - 2674 .

TANG Lisheng ， WANG Hua ， LIU Weiqin ， et al . Application of extreme value distribution theory in the forecast of chilling return periods of Guangdong Province， China ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology ， 2018 ， 29 （ 8 ）： 2667 - 2674 .

SHIMOKAWA T ， LIAO Min . Goodness-of-fit tests for type-Ⅰ extreme-value and 2-parameter Weibull distributions ［J］. IEEE Transactions on Reliability ， 1999 ， 48 （ 1 ）： 79 - 86 .

BREIMAN L . Random forests ［J］. Machine Learning ， 2001 ， 45 （ 1 ）： 5 .

BREIMAN L . Bagging predictors ［J］. Machine Learning ， 1996 ， 24 （ 2 ）： 123 - 140 .

李航 . 统计学习方法［M］. 北京：清华大学出版社， 2012 .

LI Hang . Statistical learning method ［J］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2012 .

周志华 . 机器学习［M］. 北京：清华大学出版社， 2016 .

ZHOU Zhihua . Machine learning ［J］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2016 .

HOU Hui ， YU Shiwen ， WANG Hongbin ， et al . Risk assessment and its visualization of power tower under typhoon disaster based on machine learning algorithms ［J］. Energies ， 2019 ， 12 （ 2 ）： 1 - 23 .

李文沅 . 电力系统风险评估——模型、方法和应用［M］. 北京：科学出版社， 2006 .

LI Wenyuan . Risk assessment of power systems： model， method and application ［M］. Beijing ： Science Press ， 2006 .

广东电网有限责任公司电力科学研究院 . 台风“山竹”气象分析报告［R］. 2018 .

Electric Power Research Institute， Guangdong Power Grid Co.， Ltd . Meteorological analysis report of typhoon “Mangkhut” ［R］. 2018 .

温州台风网— 201822 山竹（Mangkhut）［EB/OL］.［ 2018-12-02 ］. http：//www.wztf121.com/ http://www.wztf121.com/ .

Wenzhou typhoon net— 201822 Mangkhut ［EB/OL］. ［ 2018-12-02 ］. http：//www.wztf121.com/ http://www.wztf121.com/ .

黄勇华 . 台风背后的南网智慧与电网标准［EB/OL］.［ 2020-03-16 ］. http：//shupeidian.bjx.com.cn/news/20170829/846315.shtml http://shupeidian.bjx.com.cn/news/20170829/846315.shtml .

HUANG Yonghua . Wisdom of China Southern Power Grid and grid standards behind typhoons ［EB/OL］. ［ 2020-03-16 ］. http：//shupeidian.bjx.com.cn/news/20170829/846315.shtml http://shupeidian.bjx.com.cn/news/20170829/846315.shtml .

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