一种覆冰预测准确性评价方法及系统与流程

1.本发明涉及输电线路覆冰预测的技术领域，尤其涉及一种覆冰预测准确性评价方法及系统。


背景技术：

2.覆冰预测评价指标旨在准确地度量预测覆冰与真实覆冰的拟合程度，便于公平地对比预测算法的表现性能，进而帮助选择最优预测模型。
3.基于rmse和mae这类回归误差评测指标存在着各终端的评价指标之间不易对比，不能直观反映线路是否覆冰以及覆冰状态的预测准确情况。而基于是否覆冰的分类指标评测偏定性为主。综上，为准确直观反映覆冰预测模型预测准确性，本项目提出一种基于覆冰浮动区间的准确率评测指标。
4.基于rmse和mae评测指标的缺陷：
5.(1)覆冰监测终端覆盖多个电压等级，受档距、导线型号差异的影响各终端拉力数值的量程尺度不一，基于rmse和mae评测会受数据尺度影响从而使各终端的评价指标之间不易对比。
6.(2)rmse和mae指标不能直观反映线路是否覆冰以及覆冰状态的预测准确情况。单从mae和rmse这两个指标的数值大小并不能有效且直观的获得覆冰预测模型对该终端的拟合情况和预测的准确情况。
7.基于是否覆冰的分类指标评测缺陷：
8.基于是否覆冰的分类指标评测用于评判是否为覆冰状态，为定性分析，无法有效反映对模型是否捕获了数据中的周期性和趋势性。当覆冰预测模型能有效捕获该终端拉力的复合周期波动和上升下降的趋势波动。但由于预测的拉力值并未达到覆冰临近点而被判定为非覆冰状态，进而导致模型的precision和f1较低。
9.综上，基于传统分类误差评价指标和回归误差评价指标的缺点，本项目为更准且直观的展现线路覆冰预测结果的准确性，提出一种覆冰准确率评测指标。


技术实现要素：

10.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
11.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
12.因此，本发明解决的技术问题是：现有技术存在评价指标不易对比以及预测不准确的问题。
13.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
14.第一方面，本发明实施例提供了一种覆冰预测准确性评价方法，其特征在于，包括：
15.基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；
16.基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；
17.基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。
18.作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：所述覆冰比值等于等值覆冰厚度除以线路设计冰厚，计算覆冰比值从0至2，每间隔0.1所对应的等值覆冰厚度ds。
19.作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：根据等值覆冰厚度ds计算导线的垂直比载γs，表示为：
[0020][0021]
其中，gz为导线单位长度自重，表示为gz＝mg；gs为覆冰厚度为ds的冰重，表示为gs＝0.0009πds(ds+d)g，其中d为导线直径；gf为覆冰厚度为ds风荷载，表示为gf＝0.000625v2(d+2ds)μvf，其中v为风速，vf为线路风压系数，μ导线受风体型系数，分别表示为：
[0022][0023][0024]
作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：所述等值覆冰厚度状态上的导线水平应力σ0和垂直比载γ0分别表示为：
[0025][0026][0027]
其中，σ0为导线水平应力，f为导线破断力，e为导线安全系数，a为导线截面积，γ0为设计冰厚状态下的导线垂直比载；gz＝mg为导线单位长度自重；g0＝0.0009π
·
d0·
(d0+d)
·
g为考虑设计冰厚状态下的冰重，其中d0为设计冰厚，d为导线直径；gf＝0.000625
v2
(d+2d0)
·
μ
·
vf为考虑设计冰厚状态下的风荷载，其中v为风速。
[0028]
作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：所述等值覆冰厚度为ds时弧垂最低点处的应力σs表示为：
[0029][0030]
其中，σ0、γ0、t0分别为线路在设计覆冰厚度状态下的弧垂最低点处的应力、比载、温度；σs、γs、ts分别为待求气象条件下线路弧垂最低点处的应力、比载、温度；α为电线的温度膨胀系数、e为电线的弹性系数、t0为电线设计时的工况温度、l为杆塔水平档距、ts为覆冰
厚度ds导线温度。
[0031]
作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：所述等值覆冰厚度为ds时导线所受的合力fs表示为：
[0032][0033][0034][0035][0036]
其中，xlv导线设计时垂直档距，h1、h2分别为监测终端悬挂点与前后杆塔的高度差，l1、l2为监测终端所在杆塔与前后杆塔的水平档距，g1为绝缘子串重力，为不同覆冰厚度条件下导线垂直方向总荷载变量。
[0037]
作为本发明所述的覆冰预测准确性评价方法的一种优选方案，其中：评价预测结果，包括：
[0038]
预测拉力值为f
yc
，真实拉力值为f
sc
；
[0039]
根据真实拉力值f
sc
计算得到的覆冰比值上下浮动0.1，得到所对应的拉力值范围为[f
s1
，f
s2
]；
[0040]
若f
yc
落在[f
s1
，f
s2
]，则预测正确，否测预测错误。
[0041]
第二方面，本发明实施例提供了一种覆冰预测准确性评价系统，其特征在于，包括：
[0042]
计算模块，基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；
[0043]
实测模块，基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；
[0044]
评价模块，基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。
[0045]
第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括：
[0046]
存储器和处理器；
[0047]
所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任一实施例所述的覆冰预测准确性评价方法。
[0048]
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述的覆冰预测准确性评价方法。
[0049]
本发明的有益效果：本发明提供的一种覆冰预测准确性评价方法，通过确定线路的理论拉力值，可以准确直观反映覆冰预测模型预测的准确性。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它
的附图。其中：
[0051]
图1为本发明一个实施例所述的覆冰预测准确性评价方法的整体流程图；
[0052]
图2为本发明一个实施例所述的覆冰预测准确性评价方法的系统架构示意图；
[0053]
图3为本发明一个实施例所述的覆冰预测准确性评价方法的预测评价示意图。
具体实施方式
[0054]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0055]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0056]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0057]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0058]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0059]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0060]
实施例1
[0061]
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种覆冰预测准确性评价方法，包括：
[0062]
s100：基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；
[0063]
更进一步的，覆冰比值等于等值覆冰厚度除以线路设计冰厚，计算覆冰比值从0至2，每间隔0.1所对应的等值覆冰厚度ds。
[0064]
s200：基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；
[0065]
更进一步的，根据等值覆冰厚度ds计算导线的垂直比载γs，表示为：
[0066][0067]
其中，gz为导线单位长度自重，表示为gz＝mg；gs为覆冰厚度为ds的冰重，表示为gs＝0.0009πds(ds+d)g，其中d为导线直径；gf为覆冰厚度为ds风荷载，表示为gf＝0.000625v2(d+2ds)μvf，其中v为风速，vf为线路风压系数，μ导线受风体型系数，分别表示为：
[0068][0069][0070]
更进一步的，等值覆冰厚度状态上的导线水平应力σ0和垂直比载γ0分别表示为：
[0071][0072][0073]
其中，σ0为导线水平应力，f为导线破断力，e为导线安全系数，a为导线截面积，γ0为设计冰厚状态下的导线垂直比载；gz＝mg为导线单位长度自重；g0＝0.0009π
·
d0·
(d0+d)
·
g为考虑设计冰厚状态下的冰重，其中d0为设计冰厚，d为导线直径；gf＝0.000625
v2
(d+2d0)
·
μ
·
vf为考虑设计冰厚状态下的风荷载，其中v为风速。
[0074]
更进一步的，等值覆冰厚度为ds时弧垂最低点处的应力σs表示为：
[0075][0076]
其中，σ0、γ0、t0分别为线路在设计覆冰厚度状态下的弧垂最低点处的应力、比载、温度；σs、γs、ts分别为待求气象条件下线路弧垂最低点处的应力、比载、温度；α为电线的温度膨胀系数、e为电线的弹性系数、t0为电线设计时的工况温度、l为杆塔水平档距、ts为覆冰厚度ds导线温度。
[0077]
更进一步的，等值覆冰厚度为ds时导线所受的合力fs表示为：
[0078][0079][0080][0081][0082]
其中，xlv导线设计时垂直档距，h1、h2分别为监测终端悬挂点与前后杆塔的高度差，l1、l2为监测终端所在杆塔与前后杆塔的水平档距，g1为绝缘子串重力，为不同覆冰厚度条件下导线垂直方向总荷载变量。
[0083]
s300：基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。
[0084]
更进一步的，评价预测结果，包括：
[0085]
预测拉力值为f
yc
，真实拉力值为f
sc
；
[0086]
根据真实拉力值f
sc
计算得到的覆冰比值上下浮动0.1，得到所对应的拉力值范围为[f
s1
，f
s2
]；
[0087]
若f
yc
落在[f
s1
，f
s2
]，则预测正确，否测预测错误。
[0088]
应说明的是，预测拉力值通过输电线路覆冰预测模型得到，所述输电线路覆冰预测模型包括：
[0089]
(1)点预测评价指标
[0090]
①
回归误差评价指标
[0091]
回归误差评测指标通常用于评价回归算法的预测精度。评价回归算法的好坏，通常通过回归误差评价指标来计算该回归模型的预测结果与真实结果的差异大小。在回归算法中，最常用的评估指标有：平均绝对误差(mae)，均方误差(mse)，均方根误差(rmse)，平均绝对百分比误差(mape)等。常见的回归误差评价指标计算公式如下：
[0092][0093][0094][0095][0096]
其中，m表示为m个覆冰样本，yi表示真实覆冰数据，表示预测覆冰数据。
[0097]
②
分类误差评价指标
[0098]
使用混淆矩阵衡量覆冰事件的预测准确率、召回率、误报率。混淆矩阵的定义如下：
[0099]
若一个样本是覆冰，并且被预测为覆冰，即为真正类tp；
[0100]
若一个样本是覆冰，但被预测为无覆冰，即为假负类fn；
[0101]
若一个样本是无覆冰，但被预测为覆冰，即为假正类fp；
[0102]
若一个样本是无覆冰，并且被预测为无覆冰，即为真负类tn；
[0103]
如表1所示，混淆矩阵的每一行是样本的预测分类，每一列是样本的真实分类。
[0104]
表1混淆矩阵表
[0105] 预测正例预测反例
真实正例tpfn真实反例fptn
[0106]
基于该混淆矩阵，可以计算模型在有无覆冰问题上的以下指标：
[0107]
准确率：预测正确的样本数量占总量的百分比，即预测准确有无覆冰的样本比例，具体的公式如下：
[0108][0109]
精准率(1-误报率)：是针对预测结果而言的一个评价指标。在模型预测为覆冰样本的结果中，真正是覆冰样本所占的百分比，具体公式如下：
[0110][0111]
召回率(1-漏报率)：是针对原始样本而言的一个评价指标。在实际为覆冰样本中，被预测为覆冰样本所占的百分比。具体公式如下：
[0112][0113]
f1 score：针对精准率和召回率都有其自己的缺点；如果阈值较高，那么精准率会高，但是会漏掉很多数据；如果阈值较低，召回率高，但是预测的会很不准确。那么当不同模型的recall和precision各有优势时该如何选择模型？此时可以通过f1 score来比较。f1 score是精准率和召回率的调和平均值，它定义为：
[0114][0115]
(2)区间误差评价
[0116]
假定有n个终端，预测未来t步的拉力，预测结果为y∈r
n*t
。预测准确率的计算公式为：
[0117][0118]
其中，y为真实拉力值，为预测拉力值，σ1为下浮动区间，σ2为上浮动区间，acc＝1表示预测正确，acc＝0表示预测错误。
[0119]
上述为本实施例的一种覆冰预测准确性评价方法的示意性方案。需要说明的是，该覆冰预测准确性评价系统的技术方案与上述的覆冰预测准确性评价方法的技术方案属于同一构思，本实施例中覆冰预测准确性评价系统的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述覆冰预测准确性评价方法的技术方案的描述。
[0120]
图2是本发明提供的一种覆冰预测准确性评价系统的结构示意图，本实施例可适用于覆冰预测准确性评价方法的情况。
[0121]
参见图2，本实施例中覆冰预测准确性评价系统，包括：
[0122]
计算模块101，基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；
[0123]
实测模块201，基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；
[0124]
评价模块301，基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。
[0125]
本实施例还提供一种计算设备，适用于覆冰预测准确性评价方法的情况，包括：
[0126]
存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的覆冰预测准确性评价方法。
[0127]
该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、运营商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0128]
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的覆冰预测准确性评价方法。
[0129]
本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的数据存储方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。
[0130]
实施例2
[0131]
参照图3，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种覆冰预测准确性评价方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过具体的实施方式以及实施效果进行科学论证。
[0132]
本实施例具体如下，
[0133]
第一步：计算拉力值浮动区间，目的是确定预测值允许的阈值范围。
[0134]
第二步：提取覆冰监测系统记录的实时监测的拉力值
[0135]
第三步：将预测时间点的拉力值与实时监测时间的拉力值进行比对，若差值在第一步的阈值范围内，则判断预测准确，否则判断为预测不准确。
[0136]
如图3所示，为某终端hy0648的覆冰预测准确性评价结果图，红色虚线表示终端真实拉力情况，黑色实线表示模型预测拉力情况，绿色阴影部分表示拉力浮动区间，拉力浮动区间表示终端在某时间点的拉力波动范围，若预测拉力值在绿色阴影的拉力浮动区间内，则表示预测正确，若超出绿色阴影，则表示预测不准确。
[0137]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种覆冰预测准确性评价方法，其特征在于，包括：基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。2.如权利要求1所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：所述覆冰比值等于等值覆冰厚度除以线路设计冰厚，计算覆冰比值从0至2，每间隔0.1所对应的等值覆冰厚度ds。3.如权利要求2所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：根据等值覆冰厚度ds计算导线的垂直比载γ
s
，表示为：其中，g
z
为导线单位长度自重，表示为g
z
＝mg；g
s
为覆冰厚度为ds的冰重，表示为g
s
＝0.0009πds(ds+d)g，其中d为导线直径；g
f
为覆冰厚度为ds风荷载，表示为g
f
＝0.000625v2(d+2ds)μv
f
，其中v为风速，v
f
为线路风压系数，μ导线受风体型系数，分别表示为：为线路风压系数，μ导线受风体型系数，分别表示为：4.如权利要求3所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：所述等值覆冰厚度状态上的导线水平应力σ0和垂直比载γ0分别表示为：分别表示为：其中，σ0为导线水平应力，f为导线破断力，e为导线安全系数，a为导线截面积，γ0为设计冰厚状态下的导线垂直比载；g
z
＝mg为导线单位长度自重；g0＝0.0009π
·
d0·
(d0+d)
·
g为考虑设计冰厚状态下的冰重，其中d0为设计冰厚，d为导线直径；g
f
＝0.000625υ2(d+2d0)
·
μ
·
υ
f
为考虑设计冰厚状态下的风荷载，其中v为风速。5.如权利要求4所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：所述等值覆冰厚度为ds时弧垂最低点处的应力σ
s
表示为：其中，σ0、γ0、t0分别为线路在设计覆冰厚度状态下的弧垂最低点处的应力、比载、温度；σ
s
、γ
s
、t
s
分别为待求气象条件下线路弧垂最低点处的应力、比载、温度；α为电线的温度膨胀系数、e为电线的弹性系数、t0为电线设计时的工况温度、l为杆塔水平档距、t
s
为覆冰厚
度ds导线温度。6.如权利要求5所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：所述等值覆冰厚度为ds时导线所受的合力f
s
表示为：表示为：表示为：表示为：其中，xlv导线设计时垂直档距，h1、h2分别为监测终端悬挂点与前后杆塔的高度差，l1、l2为监测终端所在杆塔与前后杆塔的水平档距，g1为绝缘子串重力，为不同覆冰厚度条件下导线垂直方向总荷载变量。7.如权利要求6所述的覆冰预测准确性评价方法，其特征在于：评价预测结果，包括：预测拉力值为f
yc
，真实拉力值为f
sc
；根据真实拉力值f
sc
计算得到的覆冰比值上下浮动0.1，得到所对应的拉力值范围为[f
s1
，f
s2
]；若f
yc
落在[f
s1
，f
s2
]，则预测正确，否测预测错误。8.一种覆冰预测准确性评价系统，其特征在于，包括：计算模块(101)，基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；实测模块(201)，基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；评价模块(301)，基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果。9.一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明属于输电线路覆冰预测的技术领域，公开了一种覆冰预测准确性评价方法，包括基于输电线路覆冰比值，确定等值覆冰厚度及拉力值浮动区间；基于等值覆冰厚度，确定线路理论拉力值；基于理论拉力值判断预测拉力值，评价预测结果，有助于直观的判断输电线路覆冰预测模型预测结果的准确性。型预测结果的准确性。型预测结果的准确性。


技术研发人员：吴建蓉 何锦强 刘金森 马敏博 陈宗镭 唐楷 范强 毛先胤 王冕 张啟黎 高正浩 罗鑫 刘卓娅 颜康 黄欢 黄军凯 赵超
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/14