一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法及其系统
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域,尤其涉及一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法及其系统。
背景技术
输电线路附近暴雨灾害对电网安全稳定运行的威胁越来越严重,暴雨过程会在短时间内带来大量降水,容易导致杆塔塔基、变压器、变电站、换流站等重要电力设施浸水,造成电网线路跳闸断线、杆塔倾斜倒塔等,严重时会造成大面积的停电,影响电网安全稳定运行。2016年4月到7月,我国先后遭遇27轮暴雨袭击,严重影响湖南、湖北、安徽、山西、河南、北京、福建等27个省市,各地电网均遭受不同程度损失,累计停运220kV变电站2座、110kV变电站2座、35kV变电站41座,220kV线路8条、110kV线路37条、35kV线路155条、10kV线路5087条,造成12.57万个台区停电,影响860.6万户用户。面对夏季暴雨对电网造成的巨大威胁,开展输电线路沿线降雨特征分析已经势在必行。而ENSO事件(包括厄尔尼诺事件和拉尼娜事件)通过遥相关影响我国气候特征,其对于夏季降水的影响已经受到学术界和相关行业的重视。
但是,目前有关输电线路沿线降雨特征的分析相对较少,在ENSO影响下输电线路沿线夏季降雨变化情况,及其对电网造成的影响的研究工作尚未开展。为总结输电线路沿线夏季降雨发生和影响规律,进行ENSO时期输电线路沿线夏季降雨响应程度的研究,并提出切实可行的分析计算方案很有必要,以期开展针对性的电网暴雨预测预警,提升电网设施抵御强降雨灾害的能力,维护电网安全稳定运行。
发明内容
本发明目的在于提供一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法及其系统,以解决ENSO时期输电线路沿线一般特效及响应情况缺乏分析的现状。
为实现上述目的,本发明提供了一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法,包括以下步骤:
采集历史ENSO指数数据和输电线路沿线的降雨数据;
将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列,并将降雨数据对照ENSO指数数据划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列;
分别计算厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值以及厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的ENSO指数数据平均值;
根据厄尔尼诺时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算厄尔尼诺时期的降雨数据距平值,根据拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算拉尼娜时期的降雨数据距平值;
根据厄尔尼诺时期降雨数据距平值计算厄尔尼诺影响系数、根据拉尼娜时期降雨数据距平值计算拉尼娜影响系数;
根据厄尔尼诺时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数;根据拉尼娜时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数;
根据厄尔尼诺影响系数和/或拉尼娜影响系数对照降雨距平响应程度表输出降雨对ENSO的响应程度,根据厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数和/或拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数对照相关系数显著性检验表输出降雨数据在ENSO时期相关性的响应情况。
进一步地,降雨数据包括周降雨总时长和周降雨量。
进一步地,影响系数计算公式为:
其中,E1为降雨时长的ENSO影响系数,E2为降雨量的ENSO影响系数,Aa为周降雨总时长距平值,Ab为周降雨量距平值。
进一步地,相关系数计算公式为:
其中x
i为降雨数据,
为降雨数据的平均值,y
i为ENSO指数数据,
为ENSO指数数据的平均值,n为数据总量。
为达上述目的,与上述方法相对应的,本发明还公开了一种输电线路沿线降雨响应程度计算系统,包括以下模块:
采集模块:用于采集历史ENSO指数数据和输电线路沿线的降雨数据;
分类模块:用于将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列,并将降雨数据对照ENSO指数数据划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列;
平均值计算模块:用于分别计算厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值以及厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的ENSO指数数据平均值;
距平值计算模块:用于根据厄尔尼诺时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算厄尔尼诺时期的降雨数据距平值,根据拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算拉尼娜时期的降雨数据距平值;
影响系数计算模块:用于根据厄尔尼诺时期降雨数据距平值计算厄尔尼诺影响系数、根据拉尼娜时期降雨数据距平值计算拉尼娜影响系数;
相关系数计算模块:用于根据厄尔尼诺时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数;根据拉尼娜时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数;
输出模块:用于根据厄尔尼诺影响系数和/或拉尼娜影响系数对照降雨距平响应程度表输出降雨对ENSO的响应程度,根据厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数和/或拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数对照相关系数显著性检验表输出降雨数据在ENSO时期相关性的响应情况。
进一步地,采集模块采集的数据为周降雨总时长和周降雨量。
进一步地,影响系数计算模块的计算公式为:
其中,E1为降雨时长的ENSO影响系数,E2为降雨量的ENSO影响系数,Aa为周降雨总时长距平值,Ab为周降雨量距平值。
进一步地,相关系数计算模块的计算公式为:
其中x
i为降雨数据,
为降雨数据的平均值,y
i为ENSO指数数据,
为ENS0指数数据的平均值,n为数据总量。
本发明具有以下有益效果:
本发明可以较为快速的掌握ENSO时期输电线路沿线雨季的降雨持续时间和发展强度特征,熟悉夏季降雨,特别是暴雨对ENSO事件的响应情况。提高了输电线路暴雨防治工作的针对性。根据分析结果,可及时做好相应的应急处置措施,对于降雨响应比较明显的地区,在ENSO时期的夏季做好提前应对工作,减少电网损失。
下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例的一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
ENSO即为El Nino和Southern Oscillation的简称,El Nino为厄尔尼诺,是指赤道中东太平洋附近的海表面温度持续异常增暖的现象,Southern Oscillation为南方涛动,是指热带东太平洋与热带东印度洋气压场反相变化的跷跷板现象。La Nina为拉尼娜,是指赤道中东太平洋海表温度大范围持续异常偏冷的现象,也称反El Nino。
实施例1:
参见图1,本发明实施例的一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法,包括以下步骤:
步骤S1、采集历史ENSO指数数据和输电线路沿线的降雨数据。
采集的ENSO指数数据为从某一特定时期起逐周的ENSO指数数据。降雨数据包括降雨量和周降雨时长。如可以采集6-9月间每周降雨量,以毫米为单位,以及每周降雨总时长,以天为单位。
步骤S2、将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列,并将降雨数据对照ENSO指数数据划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列。ENSO可以分为厄尔尼诺和拉尼娜,因此可将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期分成三类。
步骤S3、分别计算厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值以及厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的ENSO指数数据平均值。
根据
计算得到厄尔尼诺时期周降雨总时长的平均值
和周最高降雨量的平均值
拉尼娜时期周降雨总时长的平均值
和周最高降雨量的平均值
以及非ENSO时期周降雨总时长的平均值
和周最高降雨量的平均值
其中x
i为某一时期(非ENSO时期、厄尔尼诺时期或拉尼娜时期)周降雨总时长或周最高降雨量的数据,n为该时期数据总量。同理可以计算得到不同时期ENSO指数数据平均值。
步骤S4、根据厄尔尼诺时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算厄尔尼诺时期的降雨数据距平值,根据拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算拉尼娜时期的降雨数据距平值。
厄尔尼诺时期周降雨总时长平均值
与非ENSO时期周降雨总时长平均值
相减
得到的结果作为该省厄尔尼诺时期周降雨总时长距平值A
a1。同理可得厄尔尼诺时期周最高降雨量距平值A
b1、拉尼娜时期周降雨总时长距平值A
a2和周最高降雨量距平值A
b2。
步骤S5、根据厄尔尼诺时期降雨数据距平值计算厄尔尼诺影响系数、根据拉尼娜时期降雨数据距平值计算拉尼娜影响系数。
厄尔尼诺时期输电线路沿线周降雨总时长距平值A
a1或周最高降雨量距平值A
b1为正,则认为厄尔尼诺容易造成降雨时间增长或降雨量增加。否则认为厄尔尼诺容易造成降雨时间缩短或降雨量减少。根据
和
计算得到ENSO影响系数(代入厄尔尼诺时期数据后得到厄尔尼诺影响系数,代入拉尼娜时期数据后得到拉尼娜影响系数),其中,E
1为降雨时长的ENSO影响系数,E
2为降雨量的ENSO影响系数,A
a为周降雨总时长距平值,A
b为周降雨量距平值。
步骤S6、根据厄尔尼诺时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数;根据拉尼娜时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数。
根据
计算得到厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数以及拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数。该相关系数的实际意义是考虑降雨持续时间或降雨强度与ENSO强度的配合情况,因此周降雨总时长相关系数反映了降雨持续时间的响应特征,周最高降雨量相关系数反映了降雨最大强度的响应特征,两个相关系数有不同的意义,各有侧重。如果做单独使用,要看使用者的分析意图,再做取舍。其中x
i为某一时期(厄尔尼诺时期或拉尼娜时期)的某种降雨数据(周降雨总时长或周最高降雨量),
为这一时期该种降雨数据的平均值,y
i为这一时期ENSO指数的数据,
为这一时期ENSO指数数据的平均值,n为这一时期数据总量。
步骤S7、根据厄尔尼诺影响系数和/或拉尼娜影响系数对照降雨距平响应程度表输出降雨对ENSO的响应程度,根据厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数和/或拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数对照相关系数显著性检验表输出降雨数据在ENSO时期相关性的响应情况。
根据计算所得的影响系数对照上表输出降雨对ENSO的响应程度。相关系数显著性检验表是统计学上比较通用的统计表,各类统计学著作和网络上均可查阅,根据计算所得的相关系数对显著性进行检验,若相关系数的绝对值大于表中对应自由度下的显著相关阀值,则认为该相关系数通过了显著性检验,该相关系数所对应的该省输电线路沿线降雨时间或降雨量程度的影响是显著的;反之则认为影响可能存在但并不显著。
综上,本发明的优选实施例公开的一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法可以较为快速的掌握ENSO时期输电线路沿线雨季的降雨持续时间和发展强度特征,熟悉夏季降雨,特别是暴雨对ENSO事件的响应情况。提高了输电线路暴雨防治工作的针对性。根据分析结果,可及时做好相应的应急处置措施,对于降雨响应比较明显的地区,在ENSO时期的夏季做好提前应对工作,减少电网损失。
与上述方法实施例相对应的,本发明还公开一种用于执行上述方法的配套系统。
该系统包括采集模块、分类模块、平均值计算模块、距平值计算模块、影响系数计算模块、相关系数计算模块和输出模块,其中:
采集模块:用于采集历史ENSO指数数据和输电线路沿线的降雨数据;
分类模块:用于将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列,并将降雨数据对照ENSO指数数据划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列;
平均值计算模块:用于分别计算厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值以及厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期的ENSO指数数据平均值;
距平值计算模块:用于根据厄尔尼诺时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算厄尔尼诺时期的降雨数据距平值,根据拉尼娜时期和非ENSO时期的降雨数据平均值计算拉尼娜时期的降雨数据距平值;
影响系数计算模块:用于根据厄尔尼诺时期降雨数据距平值计算厄尔尼诺影响系数、根据拉尼娜时期降雨数据距平值计算拉尼娜影响系数;
相关系数计算模块:用于根据厄尔尼诺时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数;根据拉尼娜时期降雨数据和降雨数据平均值以及ENSO指数数据和ENSO指数数据平均值计算拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数;
输出模块:用于根据厄尔尼诺影响系数和/或拉尼娜影响系数对照降雨距平响应程度表输出降雨对ENSO的响应程度,根据厄尔尼诺时期降雨数据与厄尔尼诺强度的相关系数和/或拉尼娜时期降雨数据与拉尼娜强度的相关系数对照相关系数显著性检验表输出降雨数据在ENSO时期相关性的响应情况。
进一步地,采集模块采集的数据为周降雨总时长和周降雨量。
进一步地,影响系数计算模块的计算公式为:
其中,E1为降雨时长的ENSO影响系数,E2为降雨量的ENSO影响系数,Aa为周降雨总时长距平值,Ab为周降雨量距平值。
进一步地,相关系数计算模块的计算公式为:
其中xi为降雨数据,为降雨数据的平均值,yi为ENSO指数数据,为ENSO指数数据的平均值,n为数据总量。
综上,本发明的优选实施例公开的一种输电线路沿线降雨响应程度计算方法可以较为快速的掌握ENSO时期输电线路沿线雨季的降雨持续时间和发展强度特征,熟悉夏季降雨,特别是暴雨对ENSO事件的响应情况。提高了输电线路暴雨防治工作的针对性。根据分析结果,可及时做好相应的应急处置措施,对于降雨响应比较明显的地区,在ENSO时期的夏季做好提前应对工作,减少电网损失。
实施例2:
采集历史ENSO指数数据和输电线路沿线的降雨数据,将ENSO指数数据按厄尔尼诺时期、拉尼娜时期和非ENSO时期划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列,并将降雨数据对照ENSO指数数据划分为三类,每一类中的数据按时间顺序排列。ENSO指数数据为逐周的ENSO指数。降雨数据包括周降雨总时长和周最高降雨预警等级指数。
厄尔尼诺时期:计算厄尔尼诺时期周降雨总时长平均值和周最高降雨预警等级指数平均值,以及计算非ENSO时期降雨数据平均值和ENSO指数数据平均值。用厄尔尼诺时期周降雨总时长平均值减去非ENSO时期周降雨总时长平均值得到厄尔尼诺时期周降雨总时长距平值,用厄尔尼诺时期周最高降雨预警等级指数平均值减去非ENSO时期周最高降雨预警等级指数平均值得到厄尔尼诺时期周最高降雨预警等级指数距平值。根据厄尔尼诺时期周降雨总时长距平值和厄尔尼诺时期周最高降雨预警等级指数距平值计算厄尔尼诺影响系数。
拉尼娜时期:计算拉尼娜时期周降雨总时长平均值和周最高降雨预警等级指数平均值,以及计算非ENSO时期降雨数据平均值和ENSO指数数据平均值。用拉尼娜时期周降雨总时长平均值减去非ENSO时期周降雨总时长平均值得到拉尼娜时期周降雨总时长距平值,用拉尼娜时期周最高降雨预警等级指数平均值减去非ENSO时期周最高降雨预警等级指数平均值得到拉尼娜时期周最高降雨预警等级指数距平值。根据拉尼娜时期周降雨总时长距平值和拉尼娜时期周最高降雨预警等级指数距平值计算拉尼娜影响系数。
采集湖南省60年来输电线路沿线的夏季降雨数据,包括6-9月间的每周降雨量(单位:毫米)和每周降雨总时长(单位:天);收集60年来逐周的SOI(南方涛动指数,一种ENSO指数)数据。通过本发明优选实施例1计算得到厄尔尼诺时期夏季周降雨总时长距平值1天和周降雨量距平值为9毫米,拉尼娜时期夏季周降雨总时长距平值0天和周降雨量距平值2毫米。从而计算可得周降雨总时长与厄尔尼诺强度的相关系数为0.25,周降雨量与厄尔尼诺强度的相关系数为0.68,周降雨总时长与拉尼娜强度的相关系数为0.14,周降雨量与拉尼娜强度的相关系数为0.55。
由于湖南省厄尔尼诺时期夏季周降雨总时长(周降雨量)距平值为正,认为厄尔尼诺容易造成周降雨总时长(周降雨量)的增加,计算得到降雨时长的ENSO影响系数为2.5,降雨量的ENSO影响系数为0.9,认为降雨距平对厄尔尼诺有弱响应。查相关系数显著性检验表,由于周降雨总时长(周降雨量)与厄尔尼诺强度的相关系数绝对值小于表中对应自由度下、95%显著性水平下的显著相关阈值0.22,则认为厄尔尼诺事件对湖南省夏季降雨持续时间(降雨强度)的影响并不显著。
以拉尼娜时期距平值和相关系数代替厄尔尼诺时期距平值和相关系数,重复上述步骤进行拉尼娜时期距平值和相关性响应分析,同样发现拉尼娜容易造成湖南省夏季周降雨总时长(周降雨量)的增加,湖南省夏季降雨对拉尼娜存在弱响应,同时拉尼娜事件对湖南省夏季周降雨总时长(周降雨量)的影响并不显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。