CN104614783A - 一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，属于电力系统运行分析与决策技术领域。以待测杆塔为中心，按照设定区域半径分级，分别建立当前时刻评估杆塔的雷暴风险评估方程、台风风险评估方程、山火风险评估方程和暴雨风险评估方程和覆冰风险评估方程，最后得到当前评估杆塔的环境气象综合风险结果。本发明方法基于输电线路的微气象、覆冰等在线监测装置获取的监测数据及外部气象预报信息，兼顾气象环境的恶劣程度及其与评估对象之间的距离，充分考虑到环境气象风险具有的时间、空间变化特性，采用多级评估区域的方案，可以在一定程度上更为合理、准确地体现和预估环境气象风险的时空变换趋势。

Description

一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法

技术领域

本发明涉及一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，属于电力系统运行分析与决策技术领域。

背景技术

随着电网的快速发展，气象因素对电网安全运行的影响越来越大。由于电力系统输配电线路特别是长距离高压输电线路长期处在复杂的天气环境中，恶劣环境气象条件下发生故障的可能性增大，因此研究输电线路在不同气象条件下的风险评估方法，便于实现在线风险预警，提前做好安全措施，有利于实现电力系统的稳定性。

随着对气象、设备状态等参数的监测水平的不断进步，环境气象风险评估依据的参数更为精确及丰富，包括输电线路杆塔上安装的微气象、覆冰等在线监测装置获取的监测数据及外部气象预报信息。评估过程及结果兼顾气象环境的恶劣程度及其与评估对象之间的距离，通过一定的仿真、计算和分析得到合理、准确的评估结果，更为全面的了解系统所处的环境气象风险等级。

福建电网公司已在2008年建立起福建电网气象信息预警系统，该系统中实现对暴雨、台风、冰雪、大雾等及其可能对电网造成的灾害进行短时临近预报和预警，但其仅仅是通过连接气象部门提供的气象信息，而并未进行进一步处理，合成并形成更直观、统一的风险指标。该系统的风险预警并未以电网具体设备为评估对象，而是在相对固定的、预先确定的评估区域进行评估。

发明内容

本发明的目的是提出一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，为负荷通道输电线路提供融合、统一而且更为直观的环境气象风险评估等级，以解决目前输电通道容量输送对环境气象风险难以量化的问题。

本发明提出的对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，包括以下步骤：

(1)以电力系统输电线路中的待评估杆塔为中心，按照设定区域半径进行0～4级不同环境气象风险评估区域的划分，得到五个等级的区域，即第4级区域、第3级区域、第2级区域、第1级区域和第0级区域；

(2)从气象系统或电力系统内部的雷电定位系统监测记录中，分别获取在当前时刻以前1小时内，待评估杆塔在第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内发生的对地闪络雷击的雷电流幅值，分别将该雷电流幅值与待评估杆塔的直击耐雷水平I_lmax进行比较，将超过待评估杆塔直击耐雷水平I_lmax的记为发生一次有效雷击，比较后得到四个等级区域中发生有效雷击的次数，并分别记为K_LR4,K_LR3,K_LR2和K_LR1；

根据四个等级区域中发生有效雷击的次数，得到当前时刻杆塔的雷暴风险K_L的评估方程如下：

K_L＝2×(K_LR4+K_LR3/4+K_LR2/9+K_LR1/16)

(3)从气象系统中，分别获取当前时刻下台风或风暴在待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的最大风速，将该最大风速与待评估杆塔导线发生最大允许风偏相对应的风速V_wmax进行比较，区域内的最大风速大于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为该区域存在台风或风暴风险，并将该区域的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为1，若该最大风速小于或等于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为待评估杆塔导线不存在台风或风暴风险，并将相应的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为0，

根据四个等级区域中台风或风暴风险的比较结果，得到当前待评估杆塔的台风风险K_W的评估方程如下：

K_W＝K_WR1+K_WR2+K_WR3+K_WR4

(4)从气象系统中，分别获取当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的山火监控情况，根据发生山火情况，分别对待评估杆塔的的四个区域内的山火灾害风险进行判断，若在区域内存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为1，若在区域内不存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为0；

根据上述山火灾害风险判断结果，得到当前评估杆塔的山火灾害风险K_F的评估方程如下：

K_F＝K_FR1+K_FR2+K_FR3+K_FR4

(5)从气象系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的降水监测数据，将各级区域内的最大降水量依据气象部门通用标准进行分级，根据分级结果，分别对待评估杆塔的的四个区域内发生暴雨风险进行判断，若区域内发生特大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为4，若区域内发生大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为3；若区域发生暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为2；若区域内发生大雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为1；若区域内发生中雨或中雨以下降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为0，

根据上述发生暴雨风险的判断结果，得到当前评估杆塔的暴雨风险K_R评估方程如下：

K_R＝(K_RR1+K_RR2+K_RR3+K_RR4)/4

(6)从输电线路杆塔覆冰在线监测系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的覆冰平均厚度的监测结果，根据杆塔覆冰标准等级，对监测结果进行判断，若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的极度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为4；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为3；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的较严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为2；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的中等程度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为1；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的轻度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为0；

(7)根据上述步骤(2)—步骤(6)的风险评估方程，得到当前时刻待评估杆塔的环境气象综合风险方程如下：

K_EW＝(K_L+K_W+K_F+K_R+K_I)

从而得到当前待评估杆塔的环境气象综合风险结果。

本发明提出的对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，其优点是：本发明充分考虑到环境气象风险具有的时间、空间变化特性，采用多级评估区域的方案，充分利用气象设备及电力系统在线监测设备数据，并将其与线路、杆塔参数结合，通过相应的仿真计算及比较，综合各个环境气象风险类型得到待评估杆塔的环境气象综合风险结果。该结果可以在一定程度上更为合理、准确地体现和预估环境气象风险的时空变换趋势，为负荷通道输电线路杆塔提供融合、统一并更为直观的环境气象风险评估等级，可很好的满足电力系统对环境气象风险评估的实际需求，解决了目前输电通道负荷输送对环境气象风险难以量化的问题。

附图说明

图1是环境气象风险多级评估区域划分示意图。

具体实施方式

本发明提出的对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，包括以下步骤：

(1)以电力系统输电线路中的待评估杆塔为中心，按照设定区域半径进行0～4级不同环境气象风险评估区域的划分，得到五个等级的区域，即第4级区域、第3级区域、第2级区域、第1级区域和第0级区域；区域划分示意图如图1所示，其中第4级区域为以待评估杆塔为中心、半径为R₄的范围；第3区域为以待评估杆塔为中心、半径为R₃的范围；第2级区域为以待评估杆塔为中心、半径为R₂的范围；第1级区域为以待评估杆塔为中心、半径为R₁的范围；第0级区域为以待评估杆塔为中心、半径大于R₁的范围。

(2)从气象系统或电力系统内部的雷电定位系统监测记录中，分别获取在当前时刻以前1小时内，待评估杆塔在第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内发生的对地闪络雷击的雷电流幅值，分别将该雷电流幅值与待评估杆塔的直击耐雷水平I_lmax进行比较，将超过待评估杆塔直击耐雷水平I_lmax的记为发生一次有效雷击，比较后得到四个等级区域中发生有效雷击的次数，并分别记为K_LR4,K_LR3,K_LR2和K_LR1；

根据四个等级区域中发生有效雷击的次数，得到当前时刻杆塔的雷暴风险K_L的评估方程如下：

K_L＝2×(K_LR4+K_LR3/4+K_LR2/9+K_LR1/16)

(3)从气象系统中，分别获取当前时刻下台风或风暴在待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的最大风速，将该最大风速与待评估杆塔导线发生最大允许风偏相对应的风速V_wmax进行比较，区域内的最大风速大于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为该区域存在台风或风暴风险，并将该区域的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为1，若该最大风速小于或等于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为待评估杆塔导线不存在台风或风暴风险，并将相应的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为0，

根据四个等级区域中台风或风暴风险的比较结果，得到当前待评估杆塔的台风风险K_W的评估方程如下：

K_W＝K_WR1+K_WR2+K_WR3+K_WR4

(4)从气象系统中，分别获取当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的山火监控情况，根据发生山火情况，分别对待评估杆塔的的四个区域内的山火灾害风险进行判断，若在区域内存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为1，若在区域内不存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为0；

根据上述山火灾害风险判断结果，得到当前评估杆塔的山火灾害风险K_F的评估方程如下：

K_F＝K_FR1+K_FR2+K_FR3+K_FR4

(5)从气象系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的降水监测数据，将各级区域内的最大降水量依据气象部门通用标准进行分级，根据分级结果，分别对待评估杆塔的的四个区域内发生暴雨风险进行判断，若区域内发生特大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为4，若区域内发生大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为3；若区域发生暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为2；若区域内发生大雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为1；若区域内发生中雨或中雨以下降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为0，

根据上述发生暴雨风险的判断结果，得到当前评估杆塔的暴雨风险K_R评估方程如下：

K_R＝(K_RR1+K_RR2+K_RR3+K_RR4)/4

(6)从输电线路杆塔覆冰在线监测系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的覆冰平均厚度的监测结果，根据杆塔覆冰标准等级，对监测结果进行判断，若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的极度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为4；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为3；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的较严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为2；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的中等程度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为1；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的轻度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为0；

(7)根据上述步骤(2)—步骤(6)的风险评估方程，得到当前时刻待评估杆塔的环境气象综合风险方程如下：

K_EW＝(K_L+K_W+K_F+K_R+K_I)

从而得到当前待评估杆塔的环境气象综合风险结果。

本发明方法中，由于小编号区域包含其对应的大编号区域，同一个告警事件可以对其所在的多个不同评估区域的告警值产生影响。本发明方法中的环境气象综合风险中，待评估杆塔的环境气象综合风险结果按四舍五入取整，如果风险等级结果大于4，则记录为4。

下面结合实施例对本发明的内容做进一步详细说明：

对于环境气象风险评估，实施方案要点在于：

(1)以评估对象为中心，根据其周边系统长期运行数据设定0～4级区域半径，得到如下划分标准：

评估区域划分	评估区域半径	区域内告警值
			4级区域	R4：小于等于5km	K4
3级区域	R3：小于等于10km	K3
			2级区域	R2：小于等于30km	K2
1级区域	R1：小于等于100km	K1
			0级区域	大于100km

(2)对某时刻评估对象及其评估区域内的各类环境气象参数记录如下表：

(3)根据前述风险评估规则，得到各类环境气象风险结果如下：

雷暴风险评估：

K_L＝2×(K_LR4+K_LR3/4+K_LR2/9+K_LR1/16)＝2×(0+0+1/9+3/16)＝0.597

台风风险评估：

K_W＝K_WR1+K_WR2+K_WR3+K_WR4＝1+0+0+0＝1

山火风险评估：

K_F＝K_FR1+K_FR2+K_FR3+K_FR4＝0+0+0+0＝0

暴雨风险评估：

K_R＝(K_RR1+K_RR2+K_RR3+K_RR4)/4＝(1+1+0+0)/4＝0.5

覆冰风险评估：

K_I＝0

(4)根据前述各类环境气象风险结果，得到环境气象综合风险结果如下：

K_EW＝(K_L+K_W+K_F+K_R+K_I)＝(0.597+1+0+0.5+0)＝2.097≈2

最终计算结果为2.097，按照四舍五入的原则，环境气象综合风险结果为2。

如上述方法所描述，即可得到评估对象环境气象综合风险评估结果。

需要说明的是，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种对电力系统输电杆塔周边环境的气象风险确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)以电力系统输电线路中的待评估杆塔为中心，按照设定区域半径进行0～4级不同环境气象风险评估区域的划分，得到五个等级的区域，即第4级区域、第3级区域、第2级区域、第1级区域和第0级区域；

(2)从气象系统或电力系统内部的雷电定位系统监测记录中，分别获取在当前时刻以前1小时内，待评估杆塔在第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内发生的对地闪络雷击的雷电流幅值，分别将该雷电流幅值与待评估杆塔的直击耐雷水平I_lmax进行比较，将超过待评估杆塔直击耐雷水平I_lmax的记为发生一次有效雷击，比较后得到四个等级区域中发生有效雷击的次数，并分别记为K_LR4,K_LR3,K_LR2和K_LR1；

根据四个等级区域中发生有效雷击的次数，得到当前时刻杆塔的雷暴风险K_L的评估方程如下：

K_L＝2×(K_LR4+K_LR3/4+K_LR2/9+K_LR1/16)

(3)从气象系统中，分别获取当前时刻下台风或风暴在待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的最大风速，将该最大风速与待评估杆塔导线发生最大允许风偏相对应的风速V_wmax进行比较，区域内的最大风速大于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为该区域存在台风或风暴风险，并将该区域的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为1，若该最大风速小于或等于待评估杆塔导线发生最大允许风偏对应的风速V_wmax，则认为待评估杆塔导线不存在台风或风暴风险，并将相应的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域中的台风或风暴风险K_WR4、K_WR3、K_WR2或K_WR1记为0；

根据四个等级区域中台风或风暴风险的比较结果，得到当前待评估杆塔的台风风险K_W的评估方程如下：

K_W＝K_WR1+K_WR2+K_WR3+K_WR4

(4)从气象系统中，分别获取当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的山火监控情况，根据发生山火情况，分别对待评估杆塔的的四个区域内的山火灾害风险进行判断，若在区域内存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为1，若在区域内不存在发生山火的情况，则将该区域的山火灾害风险K_FR4、K_FR3、K_FR2或K_FR1记为0；

根据上述山火灾害风险判断结果，得到当前评估杆塔的山火灾害风险K_F的评估方程如下：

K_F＝K_FR1+K_FR2+K_FR3+K_FR4

(5)从气象系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的第4级区域、第3级区域、第2级区域和第1级区域内的降水监测数据，将各级区域内的最大降水量依据气象部门通用标准进行分级，根据分级结果，分别对待评估杆塔的的四个区域内发生暴雨风险进行判断，若区域内发生特大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为4，若区域内发生大暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为3；若区域发生暴雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为2；若区域内发生大雨降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为1；若区域内发生中雨或中雨以下降水情况，则将该区域的发生暴雨风险K_RR1、K_RR2、K_RR3或K_RR4记为0；

根据上述发生暴雨风险的判断结果，得到当前评估杆塔的暴雨风险K_R评估方程如下：

K_R＝(K_RR1+K_RR2+K_RR3+K_RR4)/4

(6)从输电线路杆塔覆冰在线监测系统中，得到当前时刻下待评估杆塔的覆冰平均厚度的监测结果，根据杆塔覆冰标准等级，对监测结果进行判断，若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的极度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为4；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为3；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的较严重覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为2；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的中等程度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为1；若杆塔覆冰平均厚度达到覆冰标准等级中的轻度覆冰情况，则将待评估杆塔的覆冰风险K_I记为0；

(7)根据上述步骤(2)—步骤(6)的风险评估方程，得到当前时刻待评估杆塔的环境气象综合风险方程如下：

K_EW＝(K_L+K_W+K_F+K_R+K_I)

从而得到当前待评估杆塔的环境气象综合风险结果。