CN110674571A - 一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统 - Google Patents

一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统，包括：收集垭口微地形区域地形数据，根据地形数据设置WRF数值模式网格并计算大尺度网格的风速；根据地形数据进行垭口低谷点判识；以垭口低谷点为基准进行垭口高山点判识；获取垭口低谷点和垭口高山点之间的距离；根据距离和风速计算垭口风速。本发明计算流程简便，通过高精度地形数据，建立物理模型，可定量计算垭口微地形地区风速。

Description

一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统
技术领域
本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统。
背景技术
近年来冬季微地形覆冰灾害频频发生。特别是几百米范围内的垭口微地形区域，由于风速大，导致覆冰十分严重，与大尺度覆冰迥然不同，且线路覆冰速度快，常规数值模式难以预测。为了更好提升垭口微地形覆冰预测，亟需对覆冰微地形的风速精确计算。
目前，常用的风速计算方法主要采用大气运动方程进行求解，然后插值到预测地点，作为该预测点的风速。由于方程计算网格尺度大，无法考虑精细的地形变化，导致计算结果误差大。同时，统计插值方法缺乏计算物理意义，不能客观的表征预测点的实际风速。因此需要建立一种基于小尺度物理模型的垭口风速计算方法，从而提升垭口微地形覆冰预测精度。
发明内容
本发明目的在提供一种输电线路垭口风速降尺度计算方法及其系统，以解决现有技术中存在的垭口微地形覆冰预测误差大的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，包括以下步骤：
收集垭口微地形区域地形数据，根据地形数据设置WRF数值模式网格并计算大尺度网格的风速；
根据地形数据进行垭口低谷点判识；
以垭口低谷点为基准进行垭口高山点判识；
获取垭口低谷点和垭口高山点之间的距离；
根据距离和风速计算垭口风速。
优选地，收集垭口微地形区域地形数据的具体方式为：
以垭口覆冰线路为中心，设置边长为L的正方形网格M，并收集网格内分辨率为r的数字化地形高程数据。
优选地，设定正方形网格M的平均高程差阈值s，对于正方形网格M的某一点a(i，j)，进行垭口低谷点判识：
当a(i-1，j+1)，a(i-1，j)，a(i-1，j-1)和a(i+1，j+1)，a(i+1，j)，a(i+1，j-1)的平均高程减去a(i，j+1)，a(i，j)，a(i，j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i，j+1)，a(i，j)，a(i，j-1)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j+1)，a(i，j+1)，a(i+1，j+1)和a(i-1，j-1)，a(i，j-1)，a(i+1，j-1)的平均高程减去a(i-1，j)，a(i，j)，a(i+1，j)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j)，a(i，j)，a(i+1，j)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j)，a(i，j+1)和a(i，j-1)，a(i+1，j)的平均高程减去a(i-1，j-1)，a(i，j)，a(i+1，j+1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j-1)，a(i，j)，a(i+1，j+1)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j)，a(i，j-1)和a(i，j+1)，a(i+1，j)的平均高程减去a(i-1，j+1)，a(i，j)，a(i+1，j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j+1)，a(i，j)，a(i+1，j-1)属于垭口低谷点。
优选地，进行垭口高山点判识：
将正方形网格M内的垭口低谷点依次连接成低谷线，并以低谷点为起点，以低谷线的水平垂线为方向，向左向右依次判断，海拔高程：当海拔高程不断增加，则继续沿着垂线方向进行下一个点判断，一旦海拔高程不再增加，则认为该点为垭口低谷点的垭口高山点。
优选地，获取垭口低谷点和垭口高山点之间的距离的具体方式为：
选取低谷线两端的垭口低谷点D1和D2，其与垭口高山点的距离分别为d1和d2；选取距离线路最近的垭口低谷点D0，其与垭口高山点距离为d0。
优选地，根据距离和风速计算垭口风速的具体方式为：
获取的D1处风速为U1，D2处风速为U2，根据风向计算垭口微地形点的风速：
当风向与D1D0方向夹角θ1小于90°，垭口微地形风速U0＝U1×D1×cosθ1/D0；
当风向与D2D0方向夹角θ2小于90°，垭口微地形风速U0＝U2×D2×cosθ2/D0；
当风向与D1D2方向夹角等于90°，垭口微地形风速U0＝0。
依托于上述计算方法，本发明还提供了一种输电线路垭口风速降尺度计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明计算流程简便，通过高精度地形数据，建立物理模型，可定量计算垭口微地形地区风速。
2、本发明通用性好，能够用于不同地区的垭口微地形风速计算，精度高。
3、采用本发明技术，能够快速实现垭口微地形风速计算，为开展电网微地形覆冰预测提供风速预测支撑。
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为本发明优选实施例提供的；
图2为本发明的垭口低谷点判识示意图；
图3为本发明的垭口高谷点判识示意图；
图4本发明优选实施例提供的垭口低谷点具体判断示意图。
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。
实施例1
本发明提供了一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，参见图1，包括以下步骤：
S1：收集垭口微地形区域地形数据，根据地形数据设置WRF数值模式网格并计算大尺度网格的风速。
以垭口覆冰线路为中心，设置边长为L的正方形网格M，并收集网格内分辨率为r的数字化地形高程数据作为地形数据。根据地形数据设置WRF数值模式网格，以垭口覆冰线路为模式中心，以L为分辨率，建立正方形计算网格，并计算大尺度网格的风速。现有的气象数值预报技术可以实现大网格尺度风速计算。
S2：根据地形数据进行垭口低谷点判识。
参见图2，设定正方形网格M的平均高程差阈值s，对于正方形网格M的某一点a(i，j)，进行垭口低谷点判识：
当a(i-1，j+1)，a(i-1，j)，a(i-1，j-1)和a(i+1，j+1)，a(i+1，j)，a(i+1，j-1)的平均高程减去a(i，j+1)，a(i，j)，a(i，j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i，j+1)，a(i，j)，a(i，j-1)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j+1)，a(i，j+1)，a(i+1，j+1)和a(i-1，j-1)，a(i，j-1)，a(i+1，j-1)的平均高程减去a(i-1，j)，a(i，j)，a(i+1，j)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j)，a(i，j)，a(i+1，j)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j)，a(i，j+1)和a(i，j-1)，a(i+1，j)的平均高程减去a(i-1，j-1)，a(i，j)，a(i+1，j+1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j-1)，a(i，j)，a(i+1，j+1)属于垭口低谷点；
当a(i-1，j)，a(i，j-1)和a(i，j+1)，a(i+1，j)的平均高程减去a(i-1，j+1)，a(i，j)，a(i+1，j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1，j+1)，a(i，j)，a(i+1，j-1)属于垭口低谷点。
S3：以垭口低谷点为基准进行垭口高山点判识。
将正方形网格M内的垭口低谷点依次连接成低谷线，并以低谷点为起点，以低谷线的水平垂线为方向，向左向右依次判断，海拔高程：当海拔高程不断增加，则继续沿着垂线方向进行下一个点判断，一旦海拔高程不再增加，则认为该点为垭口低谷点的垭口高山点。参见图3，从o开始判断，当a点的海拔高程大于o，则继续判断b，当b点的海拔高程大于a则继续判断c，当c点的海拔高程小于b，则b为o点的高山点。
S4：获取垭口低谷点和垭口高山点之间的距离。
选取低谷线两端的垭口低谷点D1和D2，其与垭口高山点的距离分别为d1和d2；选取距离线路最近的垭口低谷点D0，其与垭口高山点距离为d0。
S5：根据距离和风速计算垭口风速。
获取的D1处风速为U1，D2处风速为U2，根据风向计算垭口微地形点的风速：
当风向与D1D0方向夹角θ1小于90°，垭口微地形风速U0＝U1×D1×cosθ1/D0；
当风向与D2D0方向夹角θ2小于90°，垭口微地形风速U0＝U2×D2×cosθ2/D0；
当风向与D1D2方向夹角等于90°，垭口微地形风速U0＝0。
D1D0方向、D2D0方向、D1D2方向均为矢量方向。
依托于上述计算方法，本发明还提供了一种输电线路垭口风速降尺度计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
实施例2
建立以垭口覆冰线路为中心，边长为3km的正方形网格M，并收集网格内分辨率为30m的数字化地形高程数据。将正方形网格M按照分辨率30m的网格划分，设定网格平均高程差阈值50m，对于某一点a(i，j)，进行垭口低谷点判识。
参见图4，对每一个网格点进行判识，可知点a，b，c，d属于垭口低谷点。垭口低谷点依次连接成低谷线，并以低谷点为起点，以低谷线的水平垂线为方向，向左向右依次判断，海拔高程。当海拔高程不断增加，则继续沿着垂线方向进行下一个点判断，一旦海拔高程不再增加，则认为该点为低谷点的高山点。本实施例中低谷点为图4粗线经过区域。
计算每一个低谷线两侧高山点的距离，选取低谷线两端的低谷点D1和D2，其高山点距离分别为150m和180m。选取距离线路最近的低谷点D0，高山点距离为90m。
当D1处风速为3m/s，D2处风速为5m/s，根据风向计算垭口微地形点的风速，风向与D1D0方向θ1为60°，夹角小于90°，垭口微地形风速U0＝2.5m/s。
当D1处风速为3m/s，D2处风速为5m/s，根据风向计算垭口微地形点的风速，风向与D2D0方向θ2为60°，夹角小于90°，垭口微地形风速U0＝5m/s。
D1处风速为3m/s，D2处风速为5m/s，根据风向计算垭口微地形点的风速，风向与D1D2方向为90°，垭口微地形风速U0＝0m/s。
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。

Claims (7)

1.一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
收集垭口微地形区域地形数据，根据所述地形数据设置WRF数值模式网格并计算大尺度网格的风速；
根据所述地形数据进行垭口低谷点判识；
以所述垭口低谷点为基准进行垭口高山点判识；
获取所述垭口低谷点和所述垭口高山点之间的距离；
根据所述距离和所述风速计算垭口风速。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，收集垭口微地形区域地形数据的具体方式为：
以垭口覆冰线路为中心，设置边长为L的正方形网格M，并收集网格内分辨率为r的数字化地形高程数据。
3.根据权利要求2所述的一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，设定所述正方形网格M的平均高程差阈值s，对于所述正方形网格M的某一点a(i,j)，进行垭口低谷点判识：
当a(i-1,j+1),a(i-1,j),a(i-1,j-1)和a(i+1,j+1),a(i+1,j),a(i+1,j-1)的平均高程减去a(i,j+1),a(i,j),a(i,j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i,j+1),a(i,j),a(i,j-1)属于垭口低谷点；
当a(i-1,j+1),a(i,j+1),a(i+1,j+1)和a(i-1,j-1),a(i,j-1),a(i+1,j-1)的平均高程减去a(i-1,j),a(i,j),a(i+1,j)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1,j),a(i,j),a(i+1,j)属于垭口低谷点；
当a(i-1,j),a(i,j+1)和a(i,j-1),a(i+1,j)的平均高程减去a(i-1,j-1),a(i,j),a(i+1,j+1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1,j-1),a(i,j),a(i+1,j+1)属于垭口低谷点；
当a(i-1,j),a(i,j-1)和a(i,j+1),a(i+1,j)的平均高程减去a(i-1,j+1),a(i,j),a(i+1,j-1)的平均高程，差值均大于s，则a(i-1,j+1),a(i,j),a(i+1,j-1)属于垭口低谷点。
4.根据权利要求3所述的一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，进行垭口高山点判识：
将所述正方形网格M内的垭口低谷点依次连接成低谷线，并以低谷点为起点，以低谷线的水平垂线为方向，向左向右依次判断，海拔高程：当海拔高程不断增加，则继续沿着垂线方向进行下一个点判断，一旦海拔高程不再增加，则认为该点为所述垭口低谷点的所述垭口高山点。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，获取所述垭口低谷点和所述垭口高山点之间的距离的具体方式为：
选取所述低谷线两端的所述垭口低谷点D1和D2，其与所述垭口高山点的距离分别为d1和d2；选取距离线路最近的所述垭口低谷点D0，其与所述垭口高山点距离为d0。
6.根据权利要求5所述的一种输电线路垭口风速降尺度计算方法，其特征在于，根据所述距离和所述风速计算垭口风速的具体方式为：
获取的D1处风速为U1，D2处风速为U2，根据风向计算垭口微地形点的风速：
当风向与D1D0方向夹角θ1小于90°，垭口微地形风速U0＝U1×D1×cosθ1/D0；
当风向与D2D0方向夹角θ2小于90°，垭口微地形风速U0＝U2×D2×cosθ2/D0；
当风向与D1D2方向夹角等于90°，垭口微地形风速U0＝0。
7.一种输电线路垭口风速降尺度计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一所述方法的步骤。
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