CN109541602B - 一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力预警领域，尤其涉及一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统。包括电力终端部、多普勒雷达部、预警中心部以及人工增雨部；人工增雨部包括水文数据获取模块、人工增雨控制模块、警报及控制模块和多个人工增雨火箭；预警中心收集电力终端部、电力终端部、人工增雨部上传的数据并分别在终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块中进行解析，解析结果通过显示模块在显示器上进行显示；预警中心将解析结果综合计算，若计算结果超过人工增雨阈值，人工增雨控制模块控制人工增雨火箭进行人工增雨，从而降低将来的灾害风险。

Description

一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统

技术领域

本发明电力预警领域，涉及气象的电力预警，尤其涉及一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统。

背景技术

多普勒天气雷达，是一种主动遥感的探测工具，在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用，其工作原理即以多普勒效应为基础，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。多普勒雷达是目前世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深入应用，这对警戒强对流天气等具有重要意义。

台风、暴雨等灾害天气频发，给电网运行安全带来巨大危害。但气象灾害的地域性强，判断时间短，其强弱度、影响时间、影响范围对电网设备、运行等影响也各不同。气象信息作为电网系统中的独立信息，没有与电网GIS平台系统结合，往往只获得气象信息，却无法与电网系统关联，也就不能及时，准确获得气象灾害对电网设备，运行带来的影响，使得气象对电网的起不到相应的预警作用。

申请号201410403144.1公开了一种基于多普勒雷达径向风速的大风速区电网设备查询方法，其通过对多普勒雷达径向风速数据的提取、分簇、合成大风速区域、电网设备查询这一系列流程，将原本离散的坐标数据演变成为大风速区域信息，给出了较为可靠、准确的电网大风速区域识别方法，并最终实现查询受大风影响的电网设备，辅助专业人员开展电网设备受大风灾害影响的分析工作。但是其没有将设备进行关联，在需要确定哪些设备受影响时还需要人工查看。

申请号201410709231.X的发明专利申请公开了一种基于多普勒雷达的GIS电网预警系统，其将预警区域的电网设备图层与雷达信息图层进行数据关联处理，确立电网设备覆盖区域的气象预警数据并在电网GIS地图上显示。建立专业的气象雷达灾害预警模型，实现了针对电力设施的精细化预警，有效降低灾害的破坏性，有助于形成有针对性的防灾措施规范，减少电网损失。但是其仅仅将预警信息进行关联，没有进行下一步的处理。目前电力设备诸如变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜、营销网点等数以万计，如果将其全部与雷达信息关联将会产生非常庞大的计算量。且目前的雷达信息并不是百分之百准确，只有结合实地的传感器才能提高雷达预警的准确率。

综上现有的预警系统存在以下问题：首先是预警的精度不够，预警没有针对性，预警往往仅能够与现有的天气预报相似，针对具体的电力设备也不能进行具体的预警；其次是如果要实现高精度的预警，其预警的计算消耗大量资源，计算速度与成本都有很高要求，最好，预警系统只能进行预警，没有与防护的设备进行关联，不能进行有效的灾害防护。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

针对上述缺陷，本发明提供一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统，包括电力终端部、多普勒雷达部、预警中心部以及人工增雨部；其特征在于电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端；预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块；多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；人工增雨部包括水文数据获取模块、人工增雨控制模块、警报及控制模块和多个人工增雨火箭；预警中心收集电力终端部、电力终端部、人工增雨部上传的数据并分别在终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块中进行解析，终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果通过显示模块在显示器上进行显示；预警中心将终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果综合计算，若计算结果超过人工增雨阈值，则将计算结果通过人工增雨控制模块发送至警报及控制模块；待人工增雨控制模块收到警报及控制模块发送的降雨命令后，人工增雨控制模块控制人工增雨火箭进行人工增雨。

雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器；GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m²；每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。

多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心的无线连接模块，多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存在GIS数据库模块；雷达解析模块将多普勒雷达网格数据计算为预警系数，所述预警系数为Y＝网格数据中的dBZ值/45。

多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；GIS服务器收集电力终端机的传感器组的数据并保存至GIS数据库模块；终端解析模块将GIS数据库中的传感器组数据中的气压数据和湿度数据计算成降水率J，并保存在GIS数据库模块；降水率的计算方法为根据历史天气信息建立气压、湿度与降水率的关系函数，将气压和湿度信息带入函数求得降水率；所述历史天气信息为在100位置收集100天气压、湿度及是否降水的信息；将10000个样本信息按照相同的气压和湿度分组，每一组降水的样本数除以该组的样本数为降水率。

水文数据获取模块连接无线连接模块，多个人工增雨火箭和警报及控制模块均连接人工增雨控制模块，人工增雨控制模块连接无线连接模块；水文数据获取模块接入水文数据库获取水文数据，GIS服务器通过无线连接模块收集水文数据获取模块的水文数据；水文数据包括水文坐标、最高安全水位、当前水位；水文解析模块包括将水文数据解析为坐标对应的水文等级；水文等级的计算方法为水文等级R＝当前水位/最高安全水位。

GIS数据库模块中存储的地图数据包括坐标的海拔数据，GIS服务器将海拔数据处理为坐标对应海拔系数；所述海拔系数为H＝|(坐标点海拔-坐标平均海拔)|/坐标平均海拔，其中||表示取绝对值。

显示模块计算灾害系数Z，Z＝Y×J×R×H；显示模块在显示评上分别将Z、Y、J、R、H的值转换成灰度值每隔3-5s轮换显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。

雷达解析模块提取dBZ值超过45的坐标，根据dBZ值的坐标变换规律计算超过45的dBZ的运动轨迹的曲线；GIS服务器根据显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线进行分析，当运动轨迹的曲线上出现灾害系数Z大于某阈值的坐标时，GIS服务器向人工增雨模块发送降雨预备指令、显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线，人工增雨模块将显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线发送至警报及控制模块并等待警报及控制模块返回人工增雨命令；人工增雨模块收到人工增雨命令后从GIS服务器收集dBZ值超过45的坐标，并控制dBZ值超过45的坐标位置的人工增雨火箭进行人工增雨。

所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。

所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置处于超过45的dBZ的运动轨迹的曲线上时，GIS服务器控制警报模块显示高预警等级警报。

本发明的优点在于：

1)结合多普勒雷达对气象变化对电力系统的影响进行预警，可以实现灾害的预报；

2)在进行预警时将天气的灾害情况与实际位置的容易发生灾害的情况以及实际海拔进行关联，从而实现精准预警；

3)在计算得到高风险位置提前进行人工增雨，从而降低将来的灾害风险；

4)在实际位置已经发生高风险天气时控制禁止进行人工增雨，防止灾害发生。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，结合图1本发明提供一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统，包括电力终端部、多普勒雷达部、预警中心部以及人工增雨部；其特征在于电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端；预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块；多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；人工增雨部包括水文数据获取模块、人工增雨控制模块、警报及控制模块和多个人工增雨火箭；预警中心收集电力终端部、电力终端部、人工增雨部上传的数据并分别在终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块中进行解析，终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果通过显示模块在显示器上进行显示；预警中心将终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果综合计算，若计算结果超过人工增雨阈值，则将计算结果通过人工增雨控制模块发送至警报及控制模块；待人工增雨控制模块收到警报及控制模块发送的降雨命令后，人工增雨控制模块控制人工增雨火箭进行人工增雨。

雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器；GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m²；每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。

多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心的无线连接模块，多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存在GIS数据库模块；雷达解析模块将多普勒雷达网格数据计算为预警系数，所述预警系数为Y＝网格数据中的dBZ值/45。

多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；GIS服务器收集电力终端机的传感器组的数据并保存至GIS数据库模块；终端解析模块将GIS数据库中的传感器组数据中的气压数据和湿度数据计算成降水率J，并保存在GIS数据库模块；降水率的计算方法为根据历史天气信息建立气压、湿度与降水率的关系函数，将气压和湿度信息带入函数求得降水率；所述历史天气信息为在100位置收集100天气压、湿度及是否降水的信息；将10000个样本信息按照相同的气压和湿度分组，每一组降水的样本数除以该组的样本数为降水率。

水文数据获取模块连接无线连接模块，多个人工增雨火箭和警报及控制模块均连接人工增雨控制模块，人工增雨控制模块连接无线连接模块；水文数据获取模块接入水文数据库获取水文数据，GIS服务器通过无线连接模块收集水文数据获取模块的水文数据；水文数据包括水文坐标、最高安全水位、当前水位；水文解析模块包括将水文数据解析为坐标对应的水文等级；水文等级的计算方法为水文等级R＝当前水位/最高安全水位。

GIS数据库模块中存储的地图数据包括坐标的海拔数据，GIS服务器将海拔数据处理为坐标对应海拔系数；所述海拔系数为H＝|(坐标点海拔-坐标平均海拔)|/坐标平均海拔，其中||表示取绝对值。

显示模块计算灾害系数Z，Z＝Y×J×R×H；显示模块在显示评上分别将Z、Y、J、R、H的值转换成灰度值每隔3-5s轮换显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上。

雷达解析模块提取dBZ值超过45的坐标，根据dBZ值的坐标变换规律计算超过45的dBZ的运动轨迹的曲线；GIS服务器根据显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线进行分析，当运动轨迹的曲线上出现灾害系数Z大于某阈值的坐标时，GIS服务器向人工增雨模块发送降雨预备指令、显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线，人工增雨模块将显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线发送至警报及控制模块并等待警报及控制模块返回人工增雨命令；人工增雨模块收到人工增雨命令后从GIS服务器收集dBZ值超过45的坐标，并控制dBZ值超过45的坐标位置的人工增雨火箭进行人工增雨。

所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。

所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置处于超过45的dBZ的运动轨迹的曲线上时，GIS服务器控制警报模块显示高预警等级警报。

人工增雨模块收到人工增雨命令后从GIS服务器收集dBZ值超过45的坐标，并判断GIS服务器收集该位置的灾害系数Z，如果灾害系数大于某阈值，则控制警报及控制模块发送禁止人工增雨的警报和当前dBZ值超过45的坐标。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统，包括电力终端部、多普勒雷达部、预警中心部以及人工增雨部；其特征在于电力终端部包括终端控制模块和多个电力终端；预警中心部包括GIS服务器、雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块；多普勒雷达部包括多普勒雷达和多普勒雷达控制模块；人工增雨部包括水文数据获取模块、人工增雨控制模块、警报及控制模块和多个人工增雨火箭；预警中心收集电力终端部、多普勒雷达部、人工增雨部上传的数据并分别在终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块中进行解析，终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果通过显示模块在显示器上进行显示；预警中心将终端解析模块、雷达解析模块、水文解析模块的解析结果综合计算，若计算结果超过人工增雨阈值，则将计算结果通过人工增雨控制模块发送至警报及控制模块；待人工增雨控制模块收到警报及控制模块发送的降雨命令后，人工增雨控制模块控制人工增雨火箭进行人工增雨；

雷达解析模块、显示模块、GIS数据库模块、终端解析模块、水文解析模块、无线连接模块均连接GIS服务器；GIS数据库模块中保存有分辨率为1m的地图数据，即地图上每个像素代表1m²；每个电力终端机具有唯一编号和一个坐标，显示模块将每个终端机的位置以红点的形式显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上；

多普勒雷达连接多普勒雷达控制模块，多普勒雷达控制模块无线连接预警中心的无线连接模块，多普勒雷达部的多普勒雷达控制模块控制多普勒雷达发射S波段和C波段的电磁波并控制多普勒雷达接收回波；多普勒雷达控制模块收集多普勒雷达原始数据并通过无线传输方式传输给无线连接模块，GIS服务器控制无线连接模块将多普勒雷达原始数据转移至GIS数据库模块，雷达解析模块采用双线性差值法将极坐标多普勒雷达原始数据转换成直角坐标系的多普勒雷达网格数据，并保存在GIS数据库模块；雷达解析模块将多普勒雷达网格数据计算为预警系数，所述预警系数为Y＝网格数据中的dBZ值/45；

多个电力终端机连接终端控制模块，终端控制模块无线连接预警中心的无线连接模块；所述电力终端机为变电站、输电杆塔、配电杆塔、配电室、箱式变电站、环网柜，电力终端机设置有传感器组，传感器组设置有多个气象传感器；GIS服务器收集电力终端机的传感器组的数据并保存至GIS数据库模块；终端解析模块将GIS数据库中的传感器组数据中的气压数据和湿度数据计算成降水率J，并保存在GIS数据库模块；降水率的计算方法为根据历史天气信息建立气压、湿度与降水率的关系函数，将气压和湿度信息带入函数求得降水率；所述历史天气信息为在100位置收集100天气压、湿度及是否降水的信息；将10000个样本信息按照相同的气压和湿度分组，每一组降水的样本数除以该组的样本数为降水率；

水文数据获取模块连接无线连接模块，多个人工增雨火箭和警报及控制模块均连接人工增雨控制模块，人工增雨控制模块连接无线连接模块；水文数据获取模块接入水文数据库获取水文数据，GIS服务器通过无线连接模块收集水文数据获取模块的水文数据；水文数据包括水文坐标、最高安全水位、当前水位；水文解析模块包括将水文数据解析为坐标对应的水文等级；水文等级的计算方法为水文等级R＝当前水位/最高安全水位；

GIS数据库模块中存储的地图数据包括坐标的海拔数据，GIS服务器将海拔数据处理为坐标对应海拔系数；所述海拔系数为H＝|(坐标点海拔-坐标平均海拔)|/坐标平均海拔，其中||表示取绝对值；

显示模块计算灾害系数Z，Z＝Y×J×R×H；显示模块在显示评上分别将Z、Y、J、R、H的值转换成灰度值每隔3-5s轮换显示在以GIS数据库模块中的地图数据为背景的显示模块的显示器上；

雷达解析模块提取dBZ值超过45的坐标，根据dBZ值的坐标变换规律计算超过45的dBZ的运动轨迹的曲线；GIS服务器根据显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线进行分析，当运动轨迹的曲线上出现灾害系数Z大于某阈值的坐标时，GIS服务器向人工增雨模块发送降雨预备指令、显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线，人工增雨模块将显示模块提供的灾害系数和雷达解析模块提供的运动轨迹曲线发送至警报及控制模块并等待警报及控制模块返回人工增雨命令；人工增雨模块收到人工增雨命令后从GIS服务器收集dBZ值超过45的坐标，并控制dBZ值超过45的坐标位置的人工增雨火箭进行人工增雨。

2.根据权利要求1所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统，其特征在于：所述电力终端机和终端控制模块之间的通讯方式为电力载波方式。

3.根据权利要求2所述的多普勒雷达气象矢量化电网精细预警及调控系统，其特征在于：所述电力终端机还具备警报模块，当电力终端机所在的位置处于超过45的dBZ的运动轨迹的曲线上时，GIS服务器控制警报模块显示高预警等级警报。

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