[发明专利]一种基于ARIMA-LSTM组合模型的输电杆塔应变时间序列预测与失稳预警方法

说明书

本发明提供了一种基于ARIMA‑LSTM组合模型的输电线路杆塔应变时间序列预测及失稳预警方法，根据输电线路杆塔应变时间序列实测数据，构建了基于ARIMA‑LSTM组合模型的杆塔钢构应变时间序列短期预测模型，通过杆塔与导线系统力学有限元仿真计算给出了测点钢构应变变化范围对应的杆塔失稳分级预警判据。依据基于ARIMA‑LSTM组合模型的杆塔钢构应变时间序列短期预测模型，可在短期内对杆塔失稳进行实时分级预警。本发明方法可为输电杆塔在极端天气条件下失稳进行实时预警，从而方便电网工作人员及时做出应对措施，一定程度上防止输电杆塔失稳对电网安全稳定运动造成不利的影响。

技术领域

本发明属于输电线路防灾减灾领域，尤其涉及一种基于ARIMA-LSTM组合模型的输电线路杆塔应变时间序列预测及失稳预警方法。

背景技术

输电线路是电网安全可靠运行的巨大动脉。我国在建在运输电线路长度长，跨度广，不可避免的会经过许多气候或地质环境恶劣的地区。覆冰、大风、地沉降等工况会严重危害输电线路杆塔的安全稳定运行，因此，开展杆塔的安全状况在线监测并及时通过监测数据对杆塔失稳进行预警有着重要的工程实用价值和研究意义。

目前，国内外学者专家提出了一些在线监测方法对杆塔状态进行评估，包括杆塔倾斜监测、形变监测以及应变监测等。前两种检测方法只能间接反映塔的整体荷载和荷载平衡状态，难以发现塔的局部失效并对杆塔失稳进行早期预警。而杆塔损坏与否主要取决于钢构所受应变大小和螺栓连接情况，因此杆塔应变在线监测已成为杆塔安全评估的重要手段。相较成熟的应变监测方法主要有电阻应变计和光纤光栅应变测量。应变监测数据只能帮助现场运维人员判断杆塔当时的安全状况，无法起到预警作用。因此如何对采集到的应变时间序列进行分析，准确预测未来短期内杆塔应变的变化状况，从而对杆塔失稳进行实时预警是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ARIMA-LSTM组合模型的输电线路杆塔应变时间序列预测及失稳预警方法。从而方便电网工作人员及时做出应对措施，一定程度上防止输电杆塔失稳对电网安全稳定运动造成不利的影响。

本发明的上述技术问题主要是通过下述的技术方案得以解决的：

一种基于ARIMA-LSTM组合模型的输电线路杆塔应变时间序列预测及失稳预警方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤S1.针对采集到的输电杆塔应变时间序列，确定ARIMA模型所用的参数，构建ARIMA模型对应变时间序列训练样本进行预测，得到ARIMA模型预测值；

步骤S2.采用LSTM模型去拟合步骤一中ARIMA模型预测之后的残差序列，得到残差序列的预测值；

步骤S3.构建另一个LSTM模型去拟合步骤一中ARIMA模型预测值、步骤二中LSTM模型拟合得到的残差序列的预测值和采集到的输电杆塔应变时间序列的关系，建立杆塔钢构应变时间序列短期预测模型；

步骤S4.通过建立输电杆塔和导线系统有限元模型，改变输电线路载荷模拟实际情况，依据仿真结果给出相应测点应变变化范围对应的杆塔安全状况分级情况；

步骤S5.针对实测的杆塔钢构应变时间序列，采用上述建立的应变时间序列短期预测模型对应变数据进行滚动预测，结合步骤S4制定的应变变化范围对应的杆塔失稳分级预警判据，对杆塔短期内未来的安全状况进行实时预警。

进一步地，所述步骤S1中ARIMA模型参数确定主要步骤包括：

S11.采用ADF单位根检验法对应变时间序列进行平稳性检验，若判定为非平稳时间序列将其处理为平稳时间序列；

S12.通过观察序列的自相关图和偏自相关图截尾和拖尾情况判定模型类型并初步确定ARIMA模型参数的取值。