CN103336860A - 一种电网风速分布图生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网防灾减灾中的输电线路设计和运行维护技术领域，更具体涉及一种电网风速分布图生成方法。本方法通过对采集风观测等数据、确定基本风速和非常规风的基本风速修正生成电网风速分布图。本方法结合风速分级的划分，充分考虑台风、下击暴流风等非常规风对输电线路的危害，提出了风速观测数据与输电线路典型风害记录相结合的绘图方法，与以往的电网风速分布图绘制方法相比，具有更好的适用性和更高的精度。

Description

一种电网风速分布图生成方法

技术领域：

本发明涉及电网防灾减灾中的输电线路设计和运行维护技术领域，更具体涉及一种电网风速分布图生成方法。

背景技术：

根据国内外资料表明，强风对电网造成的灾害较为严重。为了提高输电线路设计的经济型和安全性，通过电网风灾分布图生成方法绘制电网风速分布图，可以为输电线路的设计选线及风荷载取值、线路运维检修提供依据。

目前，我国输电线路设计风速取值主要依据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），其条文4.0.1规定，当沿线的气象与附录A典型气象区接近时，宜采用典型气象区所列数值。按此条文规定，在进行架空输电线路杆塔抗风设计时，对于设计基本风速的取值更多的还是参照附录A进行。而附录A中提供的9种典型气象区，基本风速分级较为笼统，对于那些跨区输电线路而言，存在实际风速与设计风速相差较大的情况。且在沿线气象资料不足和运行经验缺乏的情况下，还需进行相应的气象资料统计工作，这也给输电线路设计和运维检修工作带来了困难。此外，该规范也未对台风、下击暴流风（飑线风）等非常规风予以考虑。故提出本发明的电网风速分布图生成方法，以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种电网风速分布图生成方法。本方法结合风速分级的划分，充分考虑台风、下击暴流风等非常规风对输电线路的危害，提出了风速观测数据与输电线路典型风害记录相结合的绘图方法，与以往的电网风速分布图绘制方法相比，具有更好的适用性和更高的精度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电网风速分布图生成方法，包括以下步骤：

（1）采集数据；

（2）确定基本风速；

（3）非常规风的基本风速修正；

（4）电网风速分布图生成。

本发明提供的一种电网风速分布图生成方法，所述步骤（1）中的数据包括历年风观测数据资料、输电线路设计与运行经验数据资料、地形图底图数据资料和输电线路底图数据资料。

本发明提供的一种电网风速分布图生成方法，所述步骤（2）中以气象台站每年时距10分钟平均最大风速作样本，采用极值I型分布模型概率计算重现期为30年、50年和100年的基本风速。

本发明提供的另一优选的一种电网风速分布图生成方法，气象台站的风速仪高度与标准高度10m不同时，将气象台站的所述最大风速按下式转化为标准最大风速，

$v=v_z{\left(\frac{10}{z}\right)}^{\mathrm{\α}}---\left(1\right)$

式中z为风速仪实际高度（m），v_z为风速仪观测风速（m/s），α为空旷平坦地区粗糙度指数，取0.16。

本发明提供的再一优选的一种电网风速分布图生成方法，所述气象台站最大风速有异常记录时，采用异常气象台站与邻近气象台站最大风速的差值或比值进行替代或修正。

本发明提供的又一优选的一种电网风速分布图生成方法，将所述基本风速按照23.5m/s、25m/s、27m/s、29m/s、31m/s、33m/s、35m/s、37m/s、39m/s、41m/s、43m/s、45m/s、50m/s、大于50m/s分为14个等级，所述基本风速小于23.5m/s时统一按照23.5m/s考虑。

本发明提供的又一优选的一种电网风速分布图生成方法，对于无可信实测资料区域，则以建筑结构荷载规范的全国基本风压图为参考，按不同重现期最大风速比对所述最大风速进行内插法修正。

本发明提供的又一优选的一种电网风速分布图生成方法，所述步骤（3）非常规风包括台风和下击暴流风；

将基于有限时间和空间内得到的实测台风数据，采用GPD广义帕累托分布概率模型进行台风梯度风风场、边界层风剖面及极值风速的模拟构建；

所述台风数据资料，至少有5个在同地不同年份内的7～8月间过境的台风数据；

所述下击暴流风的水平风速竖向风剖面采用Vicroy模型，径向风剖面采用Holmes&Oliver模型。

本发明提供的又一优选的一种电网风速分布图生成方法，所述步骤（4）通过所述地形图底图、所述输电线路图、所述步骤（2）中的基本风速和所述步骤（3）中非常规风基本风速生成电网风速分布图。

本发明提供的又一优选的一种电网风速分布图生成方法，所述历年风观测数据资料包括国家级气象台站和区域自动气象站的强风日数、平均风速、极值风速、国家级气象台站的地理坐标和海拔高程数据；

风速数据资料为25年以上的数据；当无法满足时，所述风速资料至少为10年以上的数据；

所述输电线路设计与运行经验数据资料包括220kV及以上电压等级输电线路走廊区域内的设计风速、经纬度、地形信息、输电线路风偏故障和倒塔等风害事故数据。

由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是：

1、本发明中将基本风速分为14级，可提高输电线路设计的经济性和安全性；

2、本发明中规定了台风、下击暴流风等非常规风的风速修正方法，为非常规风区域输电线路设计和运行维护提供了依据；

3、本发明中将220kV及以上电压等级输电线路叠加在底图中，规定了倒塔、风偏故障的标识方法，便于设计和运行维护人员查阅；

4、本发明提出了风速观测数据与输电线路典型风害记录相结合的绘图原则，规定了常规观测资料的异常订正方法，保证了统计风速的准确性和合理性。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为河北南部50年一遇电网风区示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：如图1-2所示，本例的发明电网风速分布图生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采集数据；

（2）确定基本风速；

（3）非常规风的基本风速修正；

（4）电网风速分布图生成。

所述步骤（1）中，数据包括本地区历年风观测资料数据、输电线路设计与运行经验数据、地形图底图资料数据和220kV及以上电压等级输电线路底图资料数据。

所述本地区历年风观测资料包括国家级气象台站和区域自动气象站的强风日数、平均风速和极值风速等观测资料，还应包括国家级气象台站的地理坐标和海拔高程等数据。风速数据一般应有25年以上的资料；当无法满足时，至少也应有不少于10年的风速资料。观测采集得到的台风数据资料，应至少包括5个分别在本地区不同年份内的7～8月份之间过境的台风数据，以此保证统计数据的多样性和有效性。

所述本地区输电线路设计与运行经验数据包括220kV及以上电压等级输电线路走廊区域内的设计风速、经纬度和地形信息，以及输电线路风偏故障、倒塔等风害事故资料数据。

所述步骤（2）中以气象台站每年时距10分钟平均最大风速作样本，采用极值I型分布（耿贝尔分布）模型概率计算重现期为30年、50年和100年的基本风速。所述极值I型分布的概率分布函数为：

F(x)=exp{-exp[-α(x-u)]}    （2）

式中u为分布的位置函数，即其分布的众值；α为分布的尺度函数。u、α的计算方法可参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附录E.3。

所述气象台站风速仪高度与标准高度10m不同时，将气象台站所述最大风速按下式转化为标准最大风速，

$v=v_z{\left(\frac{10}{z}\right)}^{\mathrm{\α}}---\left(1\right)$

式中z为风速仪实际高度（m），v_z为风速仪观测风速（m/s），α为空旷平坦地区粗糙度指数，取0.16。

对于无可信实测资料区域，则以《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附录E.5全国基本风压图为参考，按不同重现期最大风速比对最大风速进行内插法修正。

对于诊断出某气象台站最大风速有异常记录时，应结合台站附近输电线路运行经验，采用异常站与邻近站最大风速的差值或比值进行替代或修正。

根据《国家电网公司输变电工程通用设计》中关于风速分级的规定，综合考虑内陆和沿海区域的大风特点，将所述基本风速按照23.5m/s、25m/s、27m/s、29m/s、31m/s、33m/s、35m/s、37m/s、39m/s、41m/s、43m/s、45m/s、50m/s、>50m/s分为14个等级，所述基本风速小于23.5m/s时统一按照23.5m/s考虑。

所述步骤（3）非常规风包括台风和下击暴流风；台风和下击暴流风风速修正如下：

（1）基于有限时间和空间内得到的实测台风数据，采用GPD广义帕累托分布模型，进行台风梯度风风场、边界层风剖面及极值风速的模拟构建。GPD概率分布模型的分布函数为：

G(x)=1-[1+c(x-u)/b]^-1/c    （3）

式中u为阈值，b，c为尺度参数和形状参数，且满足b>0，1+c(x-u)/b>0。c>0，c=0，c<0分别对应极值Ⅱ型、极值I型和极值Ⅲ型吸引域。

（2）下击暴流风的水平风速具有竖直剖面和径向风剖面，竖向风剖面采用Vicroy模型，径向风剖面采用Holmes&Oliver模型。其中Vicroy模型的表达式为：

$V\left(z\right)=1.22\&times;[e^{(-0.15\frac{z}{z_{\max }})}-e^{(-3.2175\frac{z}{z_{\max }})}]\&times;V_{\max }---\left(4\right)$

式中V_max为下击暴流的最大水平风速，z为高度，z_max为最大水平风速的产生高度。

Holmes&Oliver模型的表达式为：

$V_r\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}{V}_{r,\max }\&times;(r/r_{\max })& (0<r\&le;r_{\max })\\ V_{r,\max }\&times;\exp (-[(r-r_{\max })]/R^2)& (r>r_{\max })\end{array}\right.0---\left(5\right)$

式中R为径向尺度，r为到暴风中心的距离，r_max为风速最大处与雷暴中心径向距离，V_r,max为径向最大水平风速。

所述台风数据资料，至少有5个在同地不同年份内的7～8月间过境的台风数据；

所述步骤（4）中，以本省气象部门现有风速分布图对应的行政区划图为底图，叠加220kV及以上电压等级输电线路图，依据步骤（2）和步骤（3）确定的基本风速，绘制电网风速分布图。风速颜色无须过渡，在相应区域中心标注风速或风速数值。为保证风速图的协调，交界区各方应及时沟通，联合确定交界区的风速，风速宜取交界各方较大值。

电网风速分布图的风速分级及色标规定如下表1所示：

表1

对于曾发生下击暴流风输电线路灾害的地区，应根据灾害现场调研情况和附近台站气象记录，在风速分布图底图上进行标注和说明，标识为“

”。

对于发生强风倒塔的区域，应采用“

”加“倒塔数量”标识在底图上进行标注；对于发生强风致风偏故障的区域，应采用“▽”加“跳闸次数”标识在底图上进行标注。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）采集数据；

（2）确定基本风速；

（3）非常规风的基本风速修正；

（4）电网风速分布图生成。

2.如权利要求1所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述步骤（1）中的数据包括历年风观测数据资料、输电线路设计与运行经验数据资料、地形图底图数据资料和输电线路底图数据资料。

3.如权利要求1所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述步骤（2）中以气象台站每年时距10分钟平均最大风速作样本，采用极值I型分布模型概率计算重现期为30年、50年和100年的基本风速。

4.如权利要求3所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：气象台站的风速仪高度与标准高度10m不同时，将气象台站的所述最大风速按下式转化为标准最大风速，

$v=v_z{\left(\frac{10}{z}\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}---\left(1\right)$

式中z为风速仪实际高度（m），v_z为风速仪观测风速（m/s），α为空旷平坦地区粗糙度指数，取0.16。

5.如权利要求3或4所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述气象台站最大风速有异常记录时，采用异常气象台站与邻近气象台站最大风速的差值或比值进行替代或修正。

6.如权利要求1或3所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：将所述基本风速按照23.5m/s、25m/s、27m/s、29m/s、31m/s、33m/s、35m/s、37m/s、39m/s、41m/s、43m/s、45m/s、50m/s、大于50m/s分为14个等级，所述基本风速小于23.5m/s时统一按照23.5m/s考虑。

7.如权利要求3所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：对于无可信实测资料区域，则以建筑结构荷载规范的全国基本风压图为参考，按不同重现期最大风速比对所述最大风速进行内插法修正。

8.如权利要求1所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述步骤（3）非常规风包括台风和下击暴流风；

将基于有限时间和空间内得到的实测台风数据，采用GPD广义帕累托分布概率模型进行台风梯度风风场、边界层风剖面及极值风速的模拟构建；

所述台风数据资料，至少有5个在同地不同年份内的7～8月间过境的台风数据；

所述下击暴流风的水平风速竖向风剖面采用Vicroy模型，径向风剖面采用Holmes&Oliver模型。

9.如权利要求2所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述步骤（4）通过所述地形图底图、所述输电线路图、所述步骤（2）中的基本风速和所述步骤（3）中非常规风基本风速生成电网风速分布图。

10.如权利要求2所述的一种电网风速分布图生成方法，其特征在于：所述历年风观测数据资料包括国家级气象台站和区域自动气象站的强风日数、平均风速、极值风速、国家级气象台站的地理坐标和海拔高程数据；

风速数据资料为25年以上的数据；当无法满足时，所述风速资料至少为10年以上的数据；

所述输电线路设计与运行经验数据资料包括220kV及以上电压等级输电线路走廊区域内的设计风速、经纬度、地形信息、输电线路风偏故障和倒塔等风害事故数据。

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