CN110110940A - 一种输电线路高度风速预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路高度风速预报方法，涉及风速预报领域，包括：首先，获取在不同高度下的风速检测数据，根据风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线；然后，获取地面天气预报信息，获取输电线节点的物理参数；然后，根据节点高度、预报地面风速以及第一关系曲线，求解各个输电线节点的预测风速；然后，根据节点线向方位角、预测风速、预报地面风向方位角、预报气温，求解各个输电线节点的线路舞动危害度；最后，响应于线路舞动危害度大于舞动阈值，将输电线节点的编号以及线路舞动危害度发送至监控终端。本发明求解各个输电线节点的线路舞动危害度，实现输电线高度风速对输电线的危害的评判，以便指导后台进行输电线防护工作。
Description
技术领域
本发明输电线安全领域，特别是涉及一种输电线路高度风速预报方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，对电能的需求量和对电能质量的要求也不断提高，电力能源已经成为社会存在和发展的必需品。但是由于各种因素的影响，我国部分地区电网事故还依然存在，电网事故不仅影响大、速度快、后果严重，而且直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序。
输电线路导线舞动是长期以来影响本地区电网输电线路度冬安全的重要因素，其可以造成输电线路跳闸、铁塔横担部分螺栓脱落以及铁塔横担、跳线、绝缘子、金具受损，使得电网运行形势极为严峻。
在输电线路中，当导线受到横向速度风载荷作用时，就会产生一个向上下加速度运动，就会使导线受到一个空气动力力矩的作用从而产生扭转。当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动。由于目前对舞动的机理尚不完全明确，防止舞动的措施也还不够完备，但是从舞动的重复性可知，输电线的舞动显现是由规律可循的。由于架空输电线路杆塔是一种大跨度高耸结构、导线刚度较柔、自振周期大，对风载荷的激励十分敏感。在一些外在因素的作用下，输电线路的舞动幅度大，因此容易引起相间闪络，造成线路跳闸停电，而这种情况下的故障会给电网的安全运行带来较大的危害。
导线舞动的主要原因是导线上有不均匀的覆冰，它与导线无覆冰或均匀覆冰时的微风振动有着本质的不同(见架空线微风振动)。在高纬度地区的冬季，如美国北方、加拿大、日本、苏联、北欧诸国、中国及新西兰等地，当气温在0～-10℃或更低时，风速在2～25m/s或更高时，风向与线路走向夹角在45°～90°范围内时，覆冰不均匀的导线就可能产生舞动。
在现有技术中，输电线高度的风速预报及风险预警相关研究还较少，急需较为精确的输电线高度的风速预报及风险预警相关技术。
发明内容
有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种输电线路高度风速预报方法，旨在对输电线高度的风速进行预报以及对输电线高度的风速对输电线的危害进行评判，以便告知后台并进行相应的防护工作。
为实现上述目的，本发明提供了一种输电线路高度风速预报方法，所述方法包括：
步骤S1、获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)；所述风速检测数据包括地面风速数据和输电线高度风速数据；所述Vground为预报地面风速；
步骤S2、获取所述第一地区的地面天气预报信息；所述天气预报信息包括预报气温Tground、所述预报地面风速Vground、预报地面风向方位角θG、雨雪等级γ；所述预报气温Tground、预报地面风速Vground所针对的地面高度为地面10米；
步骤S3、获取各个输电线节点的物理参数；所述输电线节点位于所述第一地区内,所述物理参数包括节点高度Hi、节点线向方位角αi；其中，所述节点线向方位角αi为两个输电塔之间的输电线所在线段的方位角，所述节点高度Hi为所述输电线节点相对于地面10米的高度差，所述节点高度Hi>10m；
步骤S4、根据所述节点高度Hi、所述预报地面风速Vground以及所述第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，求解各个所述输电线节点的预测风速Vi；
步骤S5、根据所述节点线向方位角αi、所述预测风速Vi、所述预报地面风向方位角θG、所述预报气温T，求解各个输电线节点的线路舞动危害度Ei；所述线路舞动危害度Ei满足：所述β为随海拔增加每米高度所对应的气温差，所述β为预设值，所述Hbase为绝对零度；
步骤S6、将各个所述线路舞动危害度Ei与舞动阈值ETH比较，统计所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的数量N，响应于所述N>0，将所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的所述输电线节点的编号以及所述线路舞动危害度Ei发送至监控终端。
在该技术方案中，通过建立输电线高度风速与输电线高度的第一关系曲线，获得输电线高度及当地地面风速即可得到输电线高度的风速，并根据输电线节点线向方位角、预测风速Vi、风向、预报气温T，即可求解各个输电线节点的线路舞动危害度，实现输电线高度风速对输电线的危害的评判，以便指导后台进行输电线防护工作。在该技术方案中，通过公式来评价线路舞动危害度Ei，其原因在于：1)、线路舞动程度与输电线与风向的夹角相关，二者的夹角越大(最大呈90°)，则危害越大，而当二者夹角为0°时，理论上风不会吹动输电线并造成线路舞动，故而，线路舞动危害度Ei与|sin(θG-αi)Vi|相关；并且线路舞动危害度是与风能成正比(而非风速)，即线路舞动危害度Ei与[sin(θG-αi)Vi]2成正比；2)、环境气温越低，则越容易出现冰雪天气，并在输电线上形成不均匀的覆冰，诱发线路舞动，故而线路舞动危害度Ei与气温为负相关。公式充分考虑风向、输电线的节点线向方位角、风速、输电线环境气温等因素，所得到的线路舞动危害度Ei较为准确，能够用来指导线路舞动危害程度。
在一具体实施方式中，所述获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，包括：
获取各个时间戳下竖直排布且各个检测高度Hj的风速检测模块所测量的风速Vj，获得成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)；j>1，j为整数，m为所述风速检测模块的总数量；其中，H1为地面10米，V1为地面10米的风速；
根据所述成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)，获得拟合曲线Vline＝a+bH；其中，曲线斜率所述
变换所述拟合曲线Vline＝a+bH为Vline＝f(Vground,H)，所述
基于上述技术方案，后续只需知晓地面气温以及输电线的高度，即可直接求得输电线高度的风速。同时，由于常规天气预报输入的是地面10米的风速，故而在上升技术方案中，拟合曲线Vline＝a+bH是经过点(H1,V1)的曲线，并将(H1,V1)替代为(Hground,Vground)，使得后续输电线高度风速的求解能够直接通过天气预报的风速进行代入求解，提高数据求解的方便性。
在一具体实施方式中，所述β＝0.006℃/m。
在一具体实施方式中，沿所述输电线的电路传输方向，当上一输电塔指向下一输电塔为向北朝向，所述节点线向方位角αi＝0，并以顺时针旋转使得所述节点线向方位角αi的大小变化范围为0°～360°。
在一具体实施方式中，所述预报地面风向方位角θG以向北朝向为起点，沿顺时针旋转的大小变化范围为由0°至360°。
在一具体实施方式中，在所述步骤S6之前还包括：
响应于所述雨雪等级γ大于或等于预设等级，则执行步骤S6；
响应于所述雨雪等级γ小于预设等级，则不执行步骤S6。
本发明的有益效果是：(1)、本发明通过建立输电线高度风速与输电线高度的第一关系曲线，获得输电线高度及当地地面风速即可得到输电线高度的风速，并根据输电线节点线向方位角、预测风速Vi、风向、预报气温T，即可求解各个输电线节点的线路舞动危害度，实现输电线高度风速对输电线的危害的评判，以便指导后台进行输电线防护工作。(2)、在本发明中，通过公式来评价线路舞动危害度Ei，其原因在于：1)、线路舞动程度与输电线与风向的夹角相关，二者的夹角越大(最大呈90°)，则危害越大，而当二者夹角为0°时，理论上风不会吹动输电线并造成线路舞动，故而，线路舞动危害度Ei与|sin(θG-αi)Vi|相关；并且线路舞动危害度是与风能成正比(而非风速)，即线路舞动危害度Ei与[sin(θG-αi)Vi]2成正比；2)、环境气温越低，则越容易出现冰雪天气，并在输电线上形成不均匀的覆冰，诱发线路舞动，故而线路舞动危害度Ei与气温为负相关。公式充分考虑风向、输电线的节点线向方位角、风速、输电线环境气温等因素，所得到的线路舞动危害度Ei较为准确，能够用来指导线路舞动危害程度。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的一种输电线路高度风速预报方法的流程示意图；
图2是本发明一具体实施方式的输电线节点线向方位角与风向关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，在本发明第一实例中，提供一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)；所述风速检测数据包括地面风速数据和输电线高度风速数据；所述Vground为预报地面风速；
步骤S2、获取所述第一地区的地面天气预报信息；所述天气预报信息包括预报气温Tground、所述预报地面风速Vground、预报地面风向方位角θG、雨雪等级γ；所述预报气温Tground、预报地面风速Vground所针对的地面高度为地面10米；
步骤S3、获取各个输电线节点的物理参数；所述输电线节点位于所述第一地区内,所述物理参数包括节点高度Hi、节点线向方位角αi；其中，所述节点线向方位角αi为两个输电塔之间的输电线所在线段的方位角，所述节点高度Hi为所述输电线节点相对于地面10米的高度差，所述节点高度Hi>10m；
步骤S4、根据所述节点高度Hi、所述预报地面风速Vground以及所述第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，求解各个所述输电线节点的预测风速Vi；
步骤S5、根据所述节点线向方位角αi、所述预测风速Vi、所述预报地面风向方位角θG、所述预报气温T，求解各个输电线节点的线路舞动危害度Ei；所述线路舞动危害度Ei满足：所述β为随海拔增加每米高度所对应的气温差，所述β为预设值，所述Hbase为绝对零度；
步骤S6、将各个所述线路舞动危害度Ei与舞动阈值ETH比较，统计所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的数量N，响应于所述N>0，将所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的所述输电线节点的编号以及所述线路舞动危害度Ei发送至监控终端。
在本实施例中，通过建立输电线高度风速与输电线高度的第一关系曲线，获得输电线高度及当地地面风速即可得到输电线高度的风速，并根据输电线节点线向方位角、预测风速Vi、风向、预报气温T，即可求解各个输电线节点的线路舞动危害度，实现输电线高度风速对输电线的危害的评判，以便指导后台进行输电线防护工作。本实施例通过公式来评价线路舞动危害度Ei，其原因在于：1)、线路舞动程度与输电线与风向的夹角相关，二者的夹角越大(最大呈90°)，则危害越大，而当二者夹角为0°时，理论上风不会吹动输电线并造成线路舞动，故而，线路舞动危害度Ei与|sin(θG-αi)Vi|相关；并且线路舞动危害度是与风能成正比(而非风速)，即线路舞动危害度Ei与[sin(θG-αi)Vi]2成正比；2)、环境气温越低，则越容易出现冰雪天气，并在输电线上形成不均匀的覆冰，诱发线路舞动，故而线路舞动危害度Ei与气温为负相关。公式充分考虑风向、输电线的节点线向方位角、风速、输电线环境气温等因素，所得到的线路舞动危害度Ei较为准确，能够用来指导线路舞动危害程度。
值得一提的是，Tground-βHi-Hbase是考虑到在地表附近，气温是随海拔升高而减低，典型的，海拔每升高100米，则气温下降0.6℃；同时，所述Hbase为绝对零度，使得将输电线高度的温度转化为绝对温度，避免了分母为零的可能性。
在本实施例中，所述获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，包括：
获取各个时间戳下竖直排布且各个检测高度Hj的风速检测模块所测量的风速Vj，获得成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)；j>1，j为整数，m为所述风速检测模块的总数量；其中，H1为地面10米，V1为地面10米的风速；
根据所述成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)，获得拟合曲线Vline＝a+bH；其中，曲线斜率所述
变换所述拟合曲线Vline＝a+bH为Vline＝f(Vground,H)，所述
在本实施例中，所述β＝0.006℃/m。
在本实施例中，沿所述输电线的电路传输方向，当上一输电塔指向下一输电塔为向北朝向，所述节点线向方位角αi＝0，并以顺时针旋转使得所述节点线向方位角αi的大小变化范围为0°～360°。
在本实施例中，所述预报地面风向方位角θG以向北朝向为起点，沿顺时针旋转的大小变化范围为由0°至360°。
在本实施例中，在所述步骤S6之前还包括：
响应于所述雨雪等级γ大于或等于预设等级，则执行步骤S6；
响应于所述雨雪等级γ小于预设等级，则不执行步骤S6。
值得一提的是，一般而言，预报地面风速为地面10米处的风速，天气预报信息可以为未来6小时、未来一天、未来三天、未来一周，本实施例并不限定天气预报信息的预报时长；此外，典型的方位度量在地平圈上进行，以北点为起算点，由北点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°～360°，北点为0°，东点为90°，南点为180°，西点为270°。即，从标准方向的北端起，顺时针方向到直线的水平角称为该直线的方位角。方位角的取值范围为0～360度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)；所述风速检测数据包括地面风速数据和输电线高度风速数据；所述Vground为预报地面风速；
步骤S2、获取所述第一地区的地面天气预报信息；所述天气预报信息包括预报气温Tground、所述预报地面风速Vground、预报地面风向方位角θG、雨雪等级γ；所述预报气温Tground、预报地面风速Vground所针对的地面高度为地面10米；
步骤S3、获取各个输电线节点的物理参数；所述输电线节点位于所述第一地区内,所述物理参数包括节点高度Hi、节点线向方位角αi；其中，所述节点线向方位角αi为两个输电塔之间的输电线所在线段的方位角，所述节点高度Hi为所述输电线节点相对于地面10米的高度差，所述节点高度Hi>10m；
步骤S4、根据所述节点高度Hi、所述预报地面风速Vground以及所述第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，求解各个所述输电线节点的预测风速Vi；
步骤S5、根据所述节点线向方位角αi、所述预测风速Vi、所述预报地面风向方位角θG、所述预报气温T，求解各个输电线节点的线路舞动危害度Ei；所述线路舞动危害度Ei满足：所述β为随海拔增加每米高度所对应的气温差，所述β为预设值，所述Hbase为绝对零度；
步骤S6、将各个所述线路舞动危害度Ei与舞动阈值ETH比较，统计所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的数量N，响应于所述N>0，将所述线路舞动危害度Ei大于所述舞动阈值ETH的所述输电线节点的编号以及所述线路舞动危害度Ei发送至监控终端。
2.如权利要求1所述的一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，所述获取冬季的第一地区在不同高度下的风速检测数据，根据所述风速检测数据拟合地面风速与不同高度的第一关系曲线Vline＝f(Vground,H)，包括：
获取各个时间戳下竖直排布且各个检测高度Hj的风速检测模块所测量的风速Vj，获得成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)；j>1，j为整数，m为所述风速检测模块的总数量；其中，H1为地面10米，V1为地面10米的风速；
根据所述成对数据(H1,V1,......,Hj,Vj,......,Hm,Vm)，获得拟合曲线Vline＝a+bH；其中，曲线斜率所述
变换所述拟合曲线Vline＝a+bH为Vline＝f(Vground,H)，所述
3.如权利要求1所述的一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，所述β＝0.006℃/m。
4.如权利要求1所述的一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，沿所述输电线的电路传输方向，当上一输电塔指向下一输电塔为向北朝向，所述节点线向方位角αi＝0，并以顺时针旋转使得所述节点线向方位角αi的大小变化范围为0°～360°。
5.如权利要求1所述的一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，所述预报地面风向方位角θG以向北朝向为起点，沿顺时针旋转的大小变化范围为由0°至360°。
6.如权利要求1所述的一种输电线路高度风速预报方法，其特征在于，在所述步骤S6之前还包括：
响应于所述雨雪等级γ大于或等于预设等级，则执行步骤S6；
响应于所述雨雪等级γ小于预设等级，则不执行步骤S6。
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2019
- 2019-05-16 CN CN201910408313.3A patent/CN110110940B/zh active Active
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