CN103914737A

CN103914737A - 一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法

Info

Publication number: CN103914737A
Application number: CN201410047244.5A
Authority: CN
Inventors: 周海松; 丁雨恒; 王蕊; 薛丽芳; 黄钊华; 王亦宁; 郭宝龙; 曹翊军
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Nanjing NARI Group Corp; State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: State Grid Wuhan High Voltage Research Institute; State Grid Corp of China SGCC; NARI Group Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: CN103914737B

Abstract

本发明公开了一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法，包括以下步骤：1)输电线路全线分解模块将输电线路进行分段解析，确定代表点的线路设备位置，然后将解析出的位置信息输送到输电线路实时气象信息计算模块和输电线路预报气象信息模块；2)输电线路实时气象信息计算模块通过采集线路沿线的自动气象站数据，计算完成输电线路代表点位置的气象实时信息；3)输电线路预报气象信息计算模块通过数值天气预报的格点数据，计算完成输电线路代表点位置的气象预报信息；4)信息发布模块汇总全线路的气象实时信息和预报信息，并在电网气象系统平台进行展示。本发明的方法可生成线路现地气象实时数据、以及该地点未来1-72小时预报数据。

Description

一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法

技术领域

本发明涉及一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法，属于电力系统气象灾害告警技术领域。

背景技术

输电线路是穿行在城市、郊区、山区、高原的电力能源大动脉，近年来国家电网公司的特高压输电线路高速推进，使输电线路周围气象条件的信息越来越受到关注，但输电线路，特别是骨干网输电线路大多建立在山区，且呈狭长的线状分布，周边环境处于气象部门预报范围之外且无自动气象观测站覆盖，输电线路所在地的气象实时信息和气象预报信息无法计算，另一方面，电网气象灾害的监测预警及防治、输电线路动态容量的优化，都对输电线路气象预报信息提出了新的需求。

目前输电线路全线路气象信息计算还无法实现，替代方法是在输电线路的部分位置建设电力自动气象站或直接使用附近的气象部门气象站数据，但全线路的自动气象建设投资巨大且气象预报信息依然无法获得。现有在输电线路的部分位置建设电力自动气象站或直接使用附近的自动气象站作为输电线设备现地数据的方法，存在以下几方面限制：

1)现有方法无法对整条线路的气象信息进行汇总和分析，对于在大多分布在山区或高原的线路无法计算。

2)现有方法只能计算实时气象信息，无法计算气象预报信息，后期无法进行气象灾害预警的计算。

3)现有方法只是对周围气象站信息的简单复制，数值没有综合分析和计算，数值准确性较低。

4)在线路周围建立电力自动气象站需要较大投资，对于跨省的主干线路投资过大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法，在不增加固定资产成本的情况下，生成线路现地气象实时数据、以及该地点未来1-72小时预报数据。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法，包括以下步骤：

1)输电线路全线分解模块将输电线路进行分段解析，确定每段代表点的线路设备位置，然后将解析出的位置信息输送到输电线路实时气象信息计算模块和输电线路预报气象信息模块；

2)输电线路实时气象信息计算模块通过采集输电线路沿线的自动气象站数据，计算完成输电线路代表点位置的气象实时信息；

3)输电线路预报气象信息计算模块通过数值天气预报的格点数据，计算完成输电线路代表点位置的气象预报信息；

4)信息发布模块汇总全输电线路的气象实时信息和预报信息，并在电网气象系统平台进行展示。

本发明所达到的有益效果：本发明首先参考数值天气预报的网格分隔要求，将需要计算的输电线路全线路分割成不同段，对每一段用临近自动气象站和数值格点预报信息，利用距离权重法分别计算各段代表点的现地气象数据。本发明解决了以下技术问题：1)解决了输电线路气象信息无基础计算依据的难题。针对输电线路气象信息需求，本发明引入临近自动气象站和气象部门的数值天气预报格点化数据作为计算基础，使输电线路现地气象信息的计算成为可能。2)解决了输电线路现地气象信息计算方法，按照本专利的实时气象信息和预报气象信息的映射算法，可计算输电线路任意指定点的现地气象信息。3)解决了输电线路全线路气象信息计算的难题，按照本专利的算法，将全线路划分为距离小于10公里的线段，针对线段中代表点信息计算现地气象信息，并集中汇总整条线路的气象环境信息以及预报信息，为输电线路气象灾害预警的高级应用提供基础和依据。4）建立全线路气象信息数据，全部数据基于目前的电力自动气象站和气象部门已有自动气象站，以及气象部门提供的数值预报产品，不需增加固定资产投资，本发明生成的数据包括线路现地气象实时数据、以及该地点未来1-72小时预报数据。

附图说明

图1为单个站点矢量风的分解示意图；

图2为格点的覆盖情况示意图；

图3为输电线周围的格点情况示意图；

图4为本发明输变电线路全线路现地气象信息计算方法框架示意图。

具体实施方式

本发明的输变电线路全线路现地气象信息计算方法，包括以下步骤：

1)输电线路全线分解模块将输电线路进行分段解析，确定代表点的线路设备位置，然后将解析出的位置信息输送到输电线路实时气象信息计算模块和输电线路预报气象信息模块；

2)输电线路实时气象信息计算模块通过采集线路沿线的自动气象站数据，计算完成输电线路代表点位置的气象实时信息；

4)信息发布模块汇总全线路的气象实时信息和预报信息，并在电网气象系统平台进行展示。

如果所求输电线路代表点现地建设有电力自动气象站（或气象部门自动气象站），则使用该自动气象站数据作为输变电设备的气象信息数据。

如无自动气象站，则以代表点为圆心以十公里（依据《中国气象局业务技术体制改革气象综合观测体系分方案》）为半径范围内寻找自动气象站，在十公里内有自动气象站，则选距输变电设备代表点最近自动气象站作为气象信息数据；如十公里内无自动站，在10-20公里内范围内寻找自动气象站，如有，则选择范围内所有自动气象站的值参加计算。计算方法如下：

不同气象要素（分为标量要素计算方法和矢量要素计算方法）的计算方法不同，每段输电线路的代表点（雨量、温度、湿度、气压气象要素）标量要素计算方法使用距离权重算术平均法：

A_{n} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} (A_{i} \times S_{i})

公式1

其中：A_n为输变电设备所在地气象要素值，N为10-20公里内有自动气象站数，A_i为10-20公里内自动气象站气象要素值，S_i为10-20公里内自动气象站以距离每段输电线路的代表点（设备现地）点的距离为依据的权重取值。S_i的取值采用如下模糊数学模型：

每段输电线路的代表点（风速、风向气象要素）矢量要素计算方法使用矢量平均法计算，10-20公里内单个自动气象站的风速风向V，都可以分解为用Vx和Vy两个分量表示其大小,其计算公式是:Vx=Vcosd，Vy=Vsind,d称为风速风向的方位角如图1所示，Vx，Vy为矢量V在x轴和y轴方向上的分量，x轴和y轴分别代表东西方向和南北方向；

使用矢量平均方法计算代表点风速风向方位角和模（模即风速，矢量的大小也叫模长）：

\overset{&OverBar;}{U} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} L_{i} \sin (d_{i})

公式2

\overset{&OverBar;}{V} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} L_{i} \cos (d_{i})

公式3

d_{z} = \arctan (\overset{&OverBar;}{U} / \overset{&OverBar;}{V})

公式4

V_{z} = \sqrt{{\overset{&OverBar;}{U}}^{2} + {\overset{&OverBar;}{U}}^{2}}

公式5

其中：d_i为第i个自动气象站风速风向的方位角,L_i为第i个自动气象站风速矢量的模，d_z为线路代表点风速风向方位角，V_z为线路代表点风速风向的模，N为范围内自动气象站个数，为线路代表点风速东西方向上的分量，为线路代表点风速在南北方向上的分量。

如在0-20公里内无自动气象站，则取10*10公里格点数值预报值中未来1小时预报值作为自动气象站设备近似实时气象值，计算方法见每段输电线路的代表点的预报值气象信息计算方法中公式6-公式14。

每段输电线路的代表点的预报气象信息计算如下：

使用气象格点数值预报信息，格点数值预报包括了10*10公里格点预报值，每个格点带1-72小时预报序列（内容为温度、湿度、气压、雨量、风速、风向），整个预报分为近地面、850hPa（约海拔1500米左右）、500hPa（约海拔5500米左右）三个等压面层，格点覆盖区域和覆盖电网情况如下图2和图3所示：图2为格点的覆盖情况示意图；图3输电线周围的格点情况示意图。

以每段输电线路的代表点所在的10*10公里正方形网格为计算单元，根据代表点所在网格四个格点预报值，计算每段输电线路的代表点现地未来1-72小时预报序列，计算方法为：

雨量、温度、湿度、气压气象要素使用权重算术平均法并根据线路海拔高度H进行计算：

H<200m时

A_{n}^{j} = \frac{1}{4} \times (Σ_{i = 1}^{4} ({F_{i}}^{j} \times S_{i}))

公式6

200m<H<1500m时

A_{n}^{j} = \frac{1}{8} \times (Σ_{i = 1}^{4} ({F_{i}}^{j} \times S_{i}) + Σ_{i = 1}^{4} (M_{i}^{j} \times S_{i}))

公式7

1500m<H<3500m时

A_{n}^{j} = \frac{1}{8} \times (Σ_{i = 1}^{4} ({M_{i}}^{j} \times S_{i}) + Σ_{i = 1}^{4} (N_{i}^{j} \times S_{i}))

公式8

3500m<H时

A_{n}^{j} = \frac{1}{4} \times Σ_{i = 1}^{4} (N_{i}^{j} \times S_{i})

公式9

其中：为输电线路代表点所在地未来j时刻的气象要素预报值、为近地面平面j时刻现地点周围四个格点气象要素值预报值，为850hpa平面j时刻现地点周围四个格点气象要素值预报值，为500hPa平面j时刻现地点周围四个格点气象要素值预报值，S_i为四个格点和代表点（设备现地）在不同高度平面投影点距离的权重取值。S_i的取值采用如下模糊数学模型：

代表点未来1-72小时风速、风向使用矢量平均法计算：网格四个点预报风速风向V分解为用Vx和Vy两个分量表示其大小,其计算公式是:Vx=Vcosd，Vy=Vsind，d称为风速风向的方位角，如图1矢量风的分解所示，为保证算法的实用性，首先将代表点电网海拔高度和三个等压面做匹配，本算法规定：

H<1000m时使用近地面数据；

1000m<H<2500m时使用850hPa等压面数据；

2500m<H时使用500hPa等压面数据；

在确定等压面后，使用针对该等压面的矢量平均计算（范围内全部风矢量的合成方向）方法：

{\overset{&OverBar;}{U}}^{j} = \frac{1}{4} \times Σ_{i = 1}^{4} L_{i}^{j} \sin (d_{i}^{j})

公式10

{\overset{&OverBar;}{V}}^{j} = \frac{1}{4} \times Σ_{i = 1}^{4} L_{i}^{j} \cos (d_{i}^{j})

公式11

{d^{j}}_{z} = \arctan ({\overset{&OverBar;}{U}}^{j} / {\overset{&OverBar;}{V}}^{j})

公式12

{V^{j}}_{z} = \sqrt{{\overset{&OverBar;}{U^{j}}}^{2} + {\overset{&OverBar;}{V^{j}}}^{2}}

公式13

其中：为四个格点中第i个格点未来j时刻风速风向的方位角,为四个格点中第i个格点未来j时刻风速风向的模，为线路代表点未来j时刻风速风向方位角，为线路代表点未来j时刻风速风向的模，为代表点未来j时刻东西方向上的分量，为代表点未来j时刻在南北方向上的分量。

信息发布部分接收每段输电线路的代表点气象实时信息、气象预报数据的传入，并通过电网地理信息系统，在输电线路的代表点位置以数值显示。

图4为本发明的输变电线路全线路现地气象信息计算方法框架示意图；输变电线路全线路现地气象信息计算方法包括了输电线路全线分解、输电线路实时气象信息计算、输电线路预报气象信息计算、信息发布四个模块，输电线路全线分解模块负责将输电线路进行分段解析，确定代表点的线路设备位置，然后将解析出的位置信息输送到输电线路实时气象信息计算模块和输电线路预报气象信息模块。输电线路实时气象信息计算模块通过采集线路沿线的自动气象站数据，计算完成输电线路代表点位置的气象实时信息；输电线路预报气象信息计算模块通过数值天气预报的格点数据，计算完成输电线路代表点位置的气象预报信息。信息发布模块汇总全线路的气象实时信息和预报信息，并在电网气象系统平台进行展示。

Claims

1.一种输变电线路全线路现地气象信息计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的输变电线路全线路现地气象信息计算方法，其特征在于：在所述步骤1中，如果所求输电线路代表点现地建设有电力自动气象站，则使用该电力自动气象站数据作为输变电设备的气象信息数据；如果没有电力自动气象站，则以代表点为圆心以十公里为半径寻找自动气象站，如在十公里内有自动气象站，则选距输变电设备代表点最近自动气象站作为气象信息数据；如十公里内无自动站，在10-20公里内有自动气象站，则选择范围内所有自动气象站的值参加计算。

3.根据权利要求1所述的输变电线路全线路现地气象信息计算方法，其特征在于：在所述步骤2）中，每段输电线路的代表点雨量、温度、湿度、气压气象要素使用距离权重算术平均法：

A_{n} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} (A_{i} \times S_{i})

（公式1）

其中：A_n为输变电设备所在地气象要素值，N为10-20公里内有自动气象站数，A_i为10-20公里内自动气象站气象要素值，S_i为10-20公里内自动气象站以距离每段输电线路的代表点的距离为依据的权重取值；

每段输电线路的代表点风速、风向使用矢量平均法计算，10-20公里内单个自动气象站的风速风向V分解为用Vx和Vy两个分量表示其大小，其计算公式是:Vx=Vcosd，Vy=Vsind,d称为风速风向的方位角,Vx，Vy分别为矢量V在x轴和y轴方向上的分量，x轴和y轴分别代表东西方向和南北方向；

使用矢量平均方法计算代表点风速风向方位角和模：

\overset{&OverBar;}{U} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} L_{i} \sin (d_{i})

公式2

\overset{&OverBar;}{V} = \frac{1}{N} \times Σ_{i = 1}^{N} L_{i} \cos (d_{i})

公式3

d_{z} = \arctan (\overset{&OverBar;}{U} / \overset{&OverBar;}{V})

公式4

V_{z} = \sqrt{{\overset{&OverBar;}{U}}^{2} + {\overset{&OverBar;}{U}}^{2}}

公式5

其中：d_i为第i个自动气象站风速风向的方位角,L_i为第i个自动气象站风速矢量的模，d_z为线路代表点风速风向方位角，V_z为线路代表点风速风向的模，N为范围内自动气象站个数，为线路代表点风速东西方向上的分量，为线路代表点风速在南北方向上的分量；

如在0-20公里内无自动气象站，则取10*10公里格点数值预报值中未来1小时预报值作为自动气象站设备近似实时气象值。

4.根据权利要求1所述的输变电线路全线路现地气象信息计算方法，其特征在于：在所述步骤3）中，每段输电线路的代表点的预报气象信息计算方法如下：

使用气象格点数值预报信息进行计算，格点数值预报包括10*10公里格点预报值，每个格点带1-72小时预报序列，预报内容包括温度、湿度、气压、雨量、风速和风向，预报内容分为近地面、850hPa、500hPa三个等压面层，以每段输电线路的代表点所在的10*10公里正方形网格为计算单元，根据代表点所在网格四个格点预报值，计算每段输电线路的代表点现地未来1-72小时预报序列，计算方法为：

雨量、温度、湿度、气压标量气象要素使用权重算术平均法并根据代表点海拔高度H进行计算：