CN106203718B - 基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,包括设置数值模式网格、网格点海拔高度计算、邻近网格参数确定、海拔高度排序、网格点覆冰预测、0℃的海拔高度计算和预测点覆冰预测的步骤。本发明具有能够预测微地形区域覆冰情况、适用性强、预测精确性高、预测效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及输配电技术领域,具体涉及一种基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法。
背景技术
随着电网规模不断扩大,电压等级不断提升,越来越多的输电线路不可避免经过重冰区,而输电线路覆冰是电网安全运行的重要威胁之一,覆冰预报在电网防冰抗冰过程中扮演越来越重要的角色。
近年来,数值计算技术快速发展,电网覆冰预报由传统的人工依靠经验公式对某一地点的预测转变为采用数值预报模式对区域进行预测,显著提升了电网分布预测的自动化水平。然而,现有的数值预报模式由于预测区域范围较大,数值预报模式的网格分辨率较粗,无法辨识网格内小尺度覆冰情况。而当提高分辨率时,导致数值预报模式计算时间大大超过预报时效,预报结果无法指导电网安全生产。由此可见,在目前的计算条件下,预报精度与预报时效之间的矛盾不可调和,导致微地形微气象区域一些重要的输电线路覆冰预报与实际覆冰情况偏差较大。因此,亟需对小于数值网格尺度的网格内覆冰进行预测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足,提供一种能够预测微地形区域覆冰情况、适用性强、预测精确性高、预测效率高的基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,包括以下步骤:
(A)设置预测区域范围A,将区域范围A划分成若干正方形网格,其中,区域范围A内纬向有m个网格,经向有n个网格,区域范围A内每一个网格点的经纬度为(ai,bj),其中ai为经度,bj为纬度,i=1…n,j=1…m;
(B)收集预测区域范围A内的数字高程数据,并采用双线性插值法计算获得预测区域范围A中各网格点的海拔高度;
(C)确定输电线路预测点的经纬度,记为(fa,fb),根据步骤(B)收集的数字高程数据和双线性插值法,确定该点(fa,fb)的海拔,记为H;同时,根据步骤(A)设定的网格,提取点(fa,fb)所在网格的四个网格点的经纬度坐标和海拔,四个网格点的海拔按由小至大的顺序依次记为H1、H2、H3、H4,按海拔由小至大的顺序四个网格点的经纬度坐标依次记为(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4);
(D)将步骤(C)中预测点的海拔和预测点所在网格的四个网格点的海拔按照由小至大的顺序排列,共有以下排列情况:
情况1:H≤H1<H2<H3<H4;
情况2:H1<H≤H2<H3<H4;
情况3:H1<H2<H≤H3<H4;
情况4:H1<H2<H3<H≤H4;
情况5:H1<H2<H3<H4<H;
(E)按照步骤(A)设定的区域范围A和网格分辨率,设置数值模式,并进行预测,并从预测结果中选取步骤(C)所确定的四个网格点的温度、有无覆冰情况;
(F)制作温度-海拔图,将四个网格点的温度及海拔绘制在温度-海拔图上,并对绘制的4个点进行线性拟合,得到拟合函数为0℃的海拔高度
(G)根据步骤(D)的排序结果、步骤(E)的各网格点覆冰预测结果以及步骤(F)的0℃的海拔高度H0,按照以下条件判断预测点有无覆冰:
如满足步骤(D)的情况1:
当格点(fa1,fb1)预测为无覆冰时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,且预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,但预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况2:
当格点(fa2,fb2)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa2,fb2)和格点(fa1,fb1)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况3:
当格点(fa3,fb3)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa3,fb3)和格点(fa2,fb2)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况4:
当格点(fa4,fb4)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa4,fb4)和格点(fa3,fb3)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况5:
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰。
上述的基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,优选的,所述步骤(A)中,区域范围A内正方形网格的分辨率大小为0.25°×0.25°。
上述的基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,优选的,所述步骤(B)中,具体是收集区域范围A内分辨率为30m×30m的数字高程数据。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明综合考虑了网格点海拔高度和覆冰、温度数值预测情况,预测网格内的点是否发生覆冰,能够精确预测网格内输电线路覆冰情况,从而科学、有效的指导微地形区域覆冰预测。使用该方法可大大提升覆冰数值预测效率,为保障输电线路在雨雪冰冻期间安全运行提供科学指导。并且该方法调理清晰、可操作性强、计算效率高,填补了快速预测网格内覆冰技术空白;适用性广,能够预测网格内不同微地形区域覆冰情况;能够提升输电线路覆冰预测的精细化水平,为开展电网抗冰提供了更纤细的参考依据。
附图说明
图1为实施例1中预测点及其所在网格周围的四个网格点的示意图。
图2为实施例1中的温度-海拔图。
图3为实施例2中的温度-海拔图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
一种基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,包括以下步骤:
(A)数值模式网格设置。设置数值模式预测区域范围A(24°N-30°N,109°E-114°E),将区域范围A划分成若干正方形网格,正方形网格的分辨率大小为0.25°×0.25°,其中,区域范围A内纬向有24个网格,经向有20个网格,区域范围A内每一个网格点的经纬度为(ai,bj),其中ai为经度,bj为纬度,i=1…20,j=1…24;
(B)网格点海拔高度计算。根据步骤(A)确定的预测区域范围A,收集预测区域范围A(24°N-30°N,109°E-114°E)内分辨率为30m×30m的数字高程数据(海拔高程数据),并采用双线性插值法计算获得预测区域范围A中各网格点的海拔高度;
(C)邻近网格参数确定。确定输电线路预测点的经纬度(27.5253°N,110.7526°E),记为(fa,fb),根据步骤(B)收集的数字高程数据和双线性插值法,确定该点(fa,fb)的海拔,记为H=1396m;同时,根据步骤(A)设定的网格,提取点(fa,fb)所在网格周围的四个网格点的经纬度坐标和海拔(参见图1),四个网格点的海拔按由小至大的顺序依次记为H1、H2、H3、H4,其中H1=50m,H2=206m,H3=762m,H4=1203m,按海拔由小至大的顺序四个网格点的经纬度坐标依次记为(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4);
(D)海拔排序。将步骤(C)中预测点的海拔和预测点所在网格周围的四个网格点的海拔按照由小至大的顺序排列,共有以下排列情况:
情况1:H≤H1<H2<H3<H4;
情况2:H1<H≤H2<H3<H4;
情况3:H1<H2<H≤H3<H4;
情况4:H1<H2<H3<H≤H4;
情况5:H1<H2<H3<H4<H;
本实施例的排列结果为情况5:H1<H2<H3<H4<H;
(E)网格点覆冰预测。按照步骤(A)设定的区域范围A和网格分辨率,设置WRF数值模式,并进行预测,预报开始时间为2016年1月19日,预报2016年1月21日情况,并从预测结果中选取步骤(C)所确定的四个网格点(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4)的温度,温度记录为T1=4.5℃、T2=2.8℃、T3=0.2℃、T4=-2.7℃;并根据各网格点的温度得到各网格点的覆冰预测结果,当温度大于0℃时为无覆冰,当温度小于0℃时为有覆冰;四个格点的覆冰预测结果为无覆冰、无覆冰、无覆冰、有覆冰。
(F)0℃的海拔高度计算。制作温度-海拔图,将四个网格点的温度及海拔绘制在温度-海拔图上,并对绘制的4个点进行线性拟合,得到拟合函数为h=-170.75T+766.9,0℃的海拔高度H0=766.9m,参见图2;
(G)覆冰预测。根据步骤(D)的排序结果、步骤(E)的各网格点覆冰预测结果以及步骤(F)的0℃的海拔高度H0,按照以下条件判断预测点有无覆冰:
如满足步骤(D)的情况1:
当格点(fa1,fb1)预测为无覆冰时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,且预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,但预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况2:
当格点(fa2,fb2)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa2,fb2)和格点(fa1,fb1)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况3:
当格点(fa3,fb3)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa3,fb3)和格点(fa2,fb2)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况4:
当格点(fa4,fb4)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa4,fb4)和格点(fa3,fb3)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况5:
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰。
本实施例属于情况5,由于网格点(fa4,fb4)的预测温度小于0℃,预测有覆冰,且预测点(fa,fb)海拔H=1396m≥H0=766.9m,则预测点(fa,fb)有覆冰。
实施例2:
步骤(A)和(B)同实施例1;
(C)邻近网格参数确定。确定输电线路预测点的经纬度(25.5424°N,113.0623°E),记为(fa,fb),根据步骤(B)收集的海拔高程数据和双线性插值法,确定该点(fa,fb)的海拔,记为H=430m;同时,根据步骤(A)设定的网格,提取点(fa,fb)所在网格周围的四个网格点的经纬度坐标和海拔,四个网格点的海拔按由小至大的顺序依次记为H1、H2、H3、H4,其中H1=150m,H2=200m,H3=600m,H4=1200m,按海拔由小至大的顺序四个网格点的经纬度坐标依次记为(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4);
(D)海拔排序。将步骤(C)中预测点的海拔和预测点所在网格周围的四个网格点的海拔按照由小至大的顺序排列,共有以下排列情况:
情况1:H≤H1<H2<H3<H4;
情况2:H1<H≤H2<H3<H4;
情况3:H1<H2<H≤H3<H4;
情况4:H1<H2<H3<H≤H4;
情况5:H1<H2<H3<H4<H;
本实施例的排列结果为情况3:H1<H2<H≤H3<H4;
(E)按照步骤(A)设定的区域范围A和网格分辨率,设置数值模式,并进行预测,预报开始时间为2016年1月19日,预报2016年1月21日情况,并从预测结果中选取步骤(C)所确定的四个网格点(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4)的温度,温度记录为T1=3.7℃、T2=2.9℃、T3=-0.9℃、T4=-4.5℃;并根据各网格点的温度得到各网格点的覆冰预测结果,当温度大于0℃时为无覆冰,当温度小于0℃时为有覆冰;四个格点的覆冰预测结果为无覆冰、无覆冰、有覆冰、有覆冰。
(F)0℃的海拔高度计算。制作温度-海拔图,将四个网格点的温度及海拔绘制在温度-海拔图上,并对绘制的4个点进行线性拟合,得到拟合函数为h=-127.34T+575.7,0℃的海拔高度H0=575.7m,参见图3。
(G)覆冰预测。根据步骤(D)的排序结果、步骤(E)的各网格点覆冰预测结果以及步骤(F)的0℃的海拔高度H0,按照以下条件判断预测点有无覆冰:
如满足步骤(D)的情况1:
当格点(fa1,fb1)预测为无覆冰时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,且预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,但预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况2:
当格点(fa2,fb2)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa2,fb2)和格点(fa1,fb1)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况3:
当格点(fa3,fb3)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa3,fb3)和格点(fa2,fb2)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况4:
当格点(fa4,fb4)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa4,fb4)和格点(fa3,fb3)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况5:
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰。
本实施例属于情况3,由于网格点(fa3,fb3)的预测温度小于0℃,预测有覆冰,网格点(fa2,fb2)的预测温度大于0℃,预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H=430m<H0=575.7m,则预测点(fa,fb)无覆冰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,其特征在于:包括以下步骤:
(A)设置预测区域范围A,将区域范围A划分成若干正方形网格,其中,区域范围A内纬向有m个网格,经向有n个网格,区域范围A内每一个网格点的经纬度为(ai,bj),其中ai为经度,bj为纬度,i=1…n,j=1…m;
(B)收集预测区域范围A内的数字高程数据,并采用双线性插值法计算获得预测区域范围A中各网格点的海拔高度;
(C)确定输电线路预测点的经纬度,记为(fa,fb),根据步骤(B)收集的数字高程数据和双线性插值法,确定该点(fa,fb)的海拔,记为H;同时,根据步骤(A)设定的网格,提取点(fa,fb)所在网格的四个网格点的经纬度坐标和海拔,四个网格点的海拔按由小至大的顺序依次记为H1、H2、H3、H4,按海拔由小至大的顺序四个网格点的经纬度坐标依次记为(fa1,fb1)、(fa2,fb2)、(fa3,fb3)、(fa4,fb4);
(D)将步骤(C)中预测点的海拔和预测点所在网格的四个网格点的海拔按照由小至大的顺序排列,共有以下排列情况:
情况1:H≤H1<H2<H3<H4;
情况2:H1<H≤H2<H3<H4;
情况3:H1<H2<H≤H3<H4;
情况4:H1<H2<H3<H≤H4;
情况5:H1<H2<H3<H4<H;
(E)按照步骤(A)设定的区域范围A和网格分辨率,设置WRF数值模式,并进行网格点覆冰预测,并从预测结果中选取步骤(C)所确定的四个网格点的温度、有无覆冰情况;
(F)制作温度-海拔图,将四个网格点的温度及海拔绘制在温度-海拔图上,并对绘制的4个点进行线性拟合,得到拟合函数为0℃的海拔高度
(G)根据步骤(D)的排序结果、步骤(E)的各网格点覆冰预测结果以及步骤(F)的0℃的海拔高度H0,按照以下条件判断预测点有无覆冰:
如满足步骤(D)的情况1:
当格点(fa1,fb1)预测为无覆冰时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,且预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa1,fb1)预测有覆冰,但预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况2:
当格点(fa2,fb2)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa2,fb2)和格点(fa1,fb1)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa2,fb2)预测有覆冰,而格点(fa1,fb1)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况3:
当格点(fa3,fb3)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa3,fb3)和格点(fa2,fb2)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa3,fb3)预测有覆冰,而格点(fa2,fb2)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况4:
当格点(fa4,fb4)预测为无覆冰,则预测点(fa,fb)无覆冰;
当格点(fa4,fb4)和格点(fa3,fb3)均预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,而格点(fa3,fb3)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰;
如满足步骤(D)的情况5:
当格点(fa4,fb4)预测有覆冰,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H≥H0时,则预测点(fa,fb)有覆冰;
当格点(fa4,fb4)预测无覆冰,预测点(fa,fb)海拔H<H0时,则预测点(fa,fb)无覆冰。
2.根据权利要求1所述的基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,其特征在于:所述步骤(A)中,区域范围A内正方形网格的分辨率大小为0.25°×0.25°。
3.根据权利要求1所述的基于海拔高度因子的邻近网格输电线路覆冰预测方法,其特征在于:所述步骤(B)中,具体是收集区域范围A内分辨率为30m×30m的数字高程数据。
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