一种基于层次分析法的海上风电场受灾风险评价方法

本发明涉及风电场受灾风险评价，尤其涉及一种基于层次分析法的海上风电场受灾风险评价方法。

背景技术：

1、海上风机结构直接暴露于多变甚至极端气候环境条件中，容易造成风机结构的损坏。现阶段大多数工作着眼于海洋自然灾害对某一区域或产业的致灾风险分析或损失评估。他们对于危险性的刻画是较为成熟的，通常将其拆解成最具代表性的几个致灾因子，如定义台风危险性为：风速、台风浪、持续时间等，定义风暴潮危险性为：增水、淹没水深等。但在这些研究体系内的承灾体往往不是单一的，而是由人员以及多种建筑结构等组合，这也就导致了评价体系中对于暴露性、脆弱性的指标选取不够细致，将二者合并考虑称为“易损性”，并且没有依据承灾体的动力响应特点去拆解、选取指标，而是笼统地将易损性直接定义为某建筑物的易损性甚至某行业的易损性。

2、基于上述原因，本发明提出一种基于层次分析法的海上风电场受灾风险评价方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的海上自然灾害致灾风险评价研究中出现的研究对象宽泛、指标选取粗放、难以应用于海上风电场这一特定承灾体的缺点，而提出的一种基于层次分析法的海上风电场受灾风险评价方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于层次分析法的海上风电场受灾风险评价方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，建立包括目标层、准则层以及指标层的三级风险评价指标体系；

5、步骤s2，基于层次分析法构建各指标之间的综合判断矩阵，并计算指标权重；

6、步骤s3，搜集历史台风数据及风电场数据，构建指标历史数据集；

7、步骤s4，基于指标权重和指标历史数据集对指标进行归一化赋分，计算台风作用下海上风电场受灾的风险性得分；

8、步骤s5，对风险性得分进行划分，得到风险等级划分表，对比风险性得分以及风险等级划分表得到台风作用下海上风电场受灾风险等级，完成风险评价。

9、对于本发明进一步的方案，步骤s1中，建立的三级风险评价指标体系的过程如下：

10、步骤s11，定义由受灾风险性构成目标层；

11、步骤s12，定义由危险性、暴露性、脆弱性构成准则层；

12、步骤s13，定义由台风中心附近最高风速的指标h1、台风中心附近最低气压的指标h2、台风持续时间的指标h3、研究区域最大波高的指标h4、研究区域最大增水的指标h5、风机数量的指标e1、风电场面积的指标e2、风电场水深的指标e3、台风距风电场的指标e4、风轮直径的指标v1、轮毂高度的指标v2、塔筒最大直径的指标v3、钢材强度的指标v4、混凝土强度的指标v5，构成指标层；

13、所构成的指标层中，指标h1-指标h5为危险性的指标，指标e1-指标e4为暴露性的指标，指标v1-指标v5为脆弱性的指标。

14、对于本发明进一步的方案，步骤s2中，基于层次分析法构建各指标之间的综合判断矩阵，计算指标权重的过程如下：

15、步骤s21：设计指标重要程度调查问卷，发放并统计问卷结果，对回收的问卷结果进行处理，根据重要程度进行记分数，并统计所有问卷结果各指标的平均得分，按照平均得分高低对指标进行排序，不同准则层内的指标分别进行比较，分别计算高排序指标得分相对其所有低排序指标得分的差值，将差值划分为多个区间，每个区间对应一个标度值；

16、步骤s22：基于指标重要程度，组成综合判断矩阵，进行一致性检验；

17、用表示指标与指标相比的重要程度，则表示指标与指标相比的重要程度，与互为倒数，表达公式如下式所示：

18、；

19、；

20、上式中，表示指标与指标经过重要性比较后的标度值；

21、各准则层内的指标两两比较，构建综合判断矩阵，见下式：

22、；

23、上式中，表示指标1与指标1相比的重要程度，表示指标1与指标相比的重要程度，表示指标与指标1相比的重要程度,表示指标与指标相比的重要程度，表示对应的重要性标度，表示对应的重要性标度，表示对应的重要性标度，表示对应的重要性标度；、、和均表示分块矩阵；

24、为检验各指标之间重要度的协调性，采用下式对综合判断矩阵进行一致性检验：

25、；

26、；

27、上式中，为一致性核验系数；为一致性指标；为综合判断矩阵最大特征值，为综合判断矩阵阶数；表示平均一致性指标；

28、步骤s23：按下式计算指标权重：

29、；

30、上式中，为指标相对其他指标标度的几何平均数。

31、对于本发明进一步的方案，步骤s3中，搜集历史台风数据及风电场数据，构建指标历史数据集的过程为：

32、步骤s31，统计研究区域的历史台风数据信息，提取台风中心附近最高风速的指标h1、台风中心附近最低气压的指标h2、台风持续时间的指标h3、研究区域最大波高的指标h4、研究区域最大增水的指标h5以及台风距风电场的指标e4的历史数据；

33、步骤s32，统计海上风电场数据信息，提取风机数量的指标e1、风电场面积的指标e2、风电场水深的指标e3、轮直径的指标v1、轮毂高度的指标v2、塔筒最大直径的指标v3、钢材强度的指标v4、混凝土强度的指标v5的历史数据；

34、步骤s33，根据步骤s31统计的历史台风数据信息和步骤s32统计的海上风电场数据信息所提取的历史数据，构建指标历史数据集。

35、对于本发明进一步的方案，步骤s4，基于指标权重及指标历史数据集对指标进行归一化赋分，计算台风作用下海上风电场受灾的风险性得分的过程如下：

36、步骤s41，判断指标属性：

37、正向指标包括：台风中心附近最高风速的指标h1、台风持续时间的指标h3、研究区域最大波高的指标h4、研究区域最大增水的指标h5、风机数量的指标e1、风电场面积的指标e2、风电场水深的指标e3、轮直径的指标v1和轮毂高度的指标v2；

38、负向指标包括：台风中心附近最低气压的指标h2、台风距风电场的指标e4、塔筒最大直径的指标v3、钢材强度的指标v4和混凝土强度的指标v5；

39、步骤s42，基于指标历史数据集，对指标进行归一化赋分：

40、通过对指标历史数据集中的最大值和最小值以及各指标的原始数据进行归一化赋分处理形成正向指标和负向指标，采用下式计算：

41、；

42、上式中，表示指标在本场台风下归一化后的赋分，表示指标在本场台风下的原始值，表示指标历史数据集中的最小值，表示指标历史数据集中的最大值；

43、步骤s43，采用以下公式计算台风作用下海上风电场受灾的风险性得分：

44、；

45、；

46、；

47、；

48、其中，、、分别表示危险性得分、暴露性得分和脆弱性得分，表示危险性指标的权重，表示危险性指标的赋分，表示暴露性指标的权重，表示暴露性指标的赋分，表示脆弱性指标的权重，表示脆弱性指标的赋分，表示台风作用下海上风电场受灾的风险性得分。

49、对于本发明进一步的方案，步骤s5中，对台风作用下海上风电场受灾的风险性得分进行划分，得到风险等级划分表，对比风险性得分以及风险等级划分表，得到台风作用下海上风电场受灾风险等级的过程为：

50、步骤s51，对准则层的危险性、暴露性、脆弱性采取等间距分隔，按照不利性由低到高分为“低”、“较低”、“较高”、“高”四个分级；

51、步骤s52，对应的将风险性得分由低到高分为低风险”、“较低风险”、“较高风险”和“高风险”四个分级，每一级的风险性得分上下限由对应的危险性、暴露性、脆弱性分级的得分上下限相乘得到，得到风险等级划分表；

52、步骤s53，对比步骤s4得到的风险性得分以及步骤s52得到的风险等级划分表，得到此时的风险等级，完成台风作用下海上风电场受灾风险评价。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有海上自然灾害致灾风险评价研究中出现的研究对象宽泛、指标选取粗放、难以应用于海上风电场这一特定承灾体的问题。依据承灾体的动力响应特点去拆解选取指标，建立三级风险评价体系细化了指标选取，弥补了现有研究难以适用单一、特定承灾体的不足；针对特定承灾体，搜集了足够的历史数据，保证了历史数据集的合理性，考虑到计算公式的非线性，构建了不均匀的风险等级划分表，可以直观评判台风作用下海上风电场受灾风险程度。