CN112764130A - 一种电网气象监测预警装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电网气象监测预警装置及监测方法，安装于支架或塔上的监测预警装置，包括：采集不同天气要素的多个传感器、设备箱和连接机构；所述多个传感器通过所述连接机构与所述设备箱连接；所述设备箱，用于对所有传感器采集的数据进行分析得到电网气象预警预报。本发明提供的技术方案采用不同天气要素的多个传感器采集不同天气要素进行分析得到准确的电网气象预警预报，实现了对电网检测的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及气象预报领域，具体涉及一种电网气象监测预警装置及监测方法。
背景技术
气象灾害是威胁电网安全稳定运行地的主要灾害类型之一，近年来，随着气候变化、极端天气频发，气象灾害引发的电网故障有加剧的趋势。全方位获取输变电设备气象环境状态信息，是气象灾害预防治理的重要前提。另一方面，风电、光伏发电等新能源的快速发展，给电网的运行、管理带来了新的挑战，基于实时测风、测光数据动态优化的功率预测是降低规模化新能源影响的有效手段。电网部门通过在输电塔上安装气象监测装置、在重要工程建设场地及变电站/换流站内安装自动气象站、在新能源场站组立气象塔等几种方式实现了电网气象数据的实时获取，为提高气象灾害预警水平、提升运检质效、实现新能源功率精准预测提供了一定的支撑。但是现有的电网气象监测装置以采用公共气象部门的标准化气象监测传感元件为主，在系统集成及装置安装固定方面结合电网设施特点开展了一定程度的定制化开发；但是在监测指标、时间分辨率、智能化水平、异常天气预警、监测数据可靠度等方面仍无法满足电网实际生产的需要。
发明内容
为解决现有技术在监测指标、时间分辨率、智能化水平、异常天气预警、监测数据可靠度等方面仍无法满足电网实际生产需要的问题，本发明提供了一种电网气象监测预警装置，安装于支架或塔上的监测预警装置，包括：采集不同天气要素的多个传感器、设备箱和连接机构；
所述多个传感器通过所述连接机构与所述设备箱连接；
所述设备箱，用于对所有传感器采集的数据进行分析得到电网气象预警预报。
优选的，所述多个传感器包括：风速传感器、风向传感器、气温传感器、湿度传感器、气压传感器和降雨量传感器。
优选的，所述连接机构包括：用于支撑所述传感器的传感器撑托、用于支撑设备箱的设备箱支架和用于固定的连接件。
优选的，所述设备箱包括：数据采集与存储模组、微处理器和供电模块；
所述数据采集与存储模组和所述微处理器相互连接；
所述供电模块分别与所述采集与存储模组和微处理器连接，用于为所述数据采集与存储模组和所述微处理器供电。
优选的，还包括与所述设备箱中供电模块连接的太阳能板。
优选的，还包括分别与所述数据采集与存储模组、微处理器和所述供电模块连接的通讯模组；
所述通讯模组，用于将所述微处理器分析处理后的电网气象预警预报上传至服务器。
优选的，所述太阳能板通过太阳能板支撑机构与所述设备箱中供电模块连接。
优选的，所述太阳能板支撑机构包括：
旋转台、位于所述旋转台一侧的伸缩结构、以及位于所述旋转台另一侧的可旋转结构；
所述旋转台安装在输电线路杆塔上。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种电网气象监测预警方法，包括：
多个传感器采集支架或塔附近的不同天气要素数据；
设备箱对所述不同天气要素数据进行分析得到电网气象预警预报。
优选的，所述设备箱对所述不同天气要素数据进行分析得到气象预警预报，包括：
采用嵌入式的合理性检查算法判断所述不同天气要素数据是否超过界限值；将超过界限值的数据剔除，并记录为缺省值；
采用嵌入的一致性检查算法，剔除所述不同天气要素数据中突变值大于设定阈值的数据，并记录为缺省值；
采用嵌入的数据边缘分析算法基于所述不同天气要素数据计算各天气要素在设定时间段内的平均值；
基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级；
其中，所述不同天气要素包括：风速、风向、温度、湿度、气象、降雨量。
优选的，所述基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级，包括：
基于当前平均风速和未来设定时段内的平均风速，判断是否达到大风预警等级标准；
当达到相应的大风预警等级标准时，将达到的大风预警等级标准对应的大风等级作为所述设定时间段内的大风等级；
基于过去多个不同时长构成的时间段内的降雨量，预测未来对应时长的降雨量；
判断未来对应时长的降雨量是否达到暴雨预警等级标准；
将达到所述暴雨预警等级标准时，将达到的暴雨预警等级标准对应的暴雨预警等级作为所述时段内的暴雨等级；
其中，所述大风等级和暴雨等级均包括：蓝、黄、橙、红四个等级。
优选的，还包括：
将所述大风等级预警、降雨量等级预警发送至客户端；
并将不同天气要素数据、各天气要素在设定时间段内的平均值、大风等级预警、降雨量等级预警发送至远端服务器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种电网气象监测预警装置，安装于支架或塔上的监测预警装置，包括：采集不同天气要素的多个传感器、设备箱和连接机构；所述多个传感器通过所述连接机构与所述设备箱连接；所述设备箱，用于对所有传感器采集的数据进行分析得到电网气象预警预报。本发明提供的技术方案采用不同天气要素的多个传感器采集不同天气要素进行分析得到准确的电网气象预警预报，实现了对电网检测的智能化。
2、本发明采用边缘分析方法进行边缘预警，准确的得到对电网气象预警信息。
3、本发明采用可转动的太阳能板支撑太阳能板，可根据当地日照调节方法和攻角的需求，最大化利用太阳能。
附图说明
图1为本发明的电网气象监测预警装置在输电塔上的示意图；
图2为本发明的设备箱组成示意图；
图3为本发明的电网气象监测预警装置进行电网气象监测预警方法示意图；
其中，1监测预警装置、2传感器、3设备箱、4太阳能板、5数据采集与存储模组、6微处理器、7通讯模组、8供电模块、9传感器撑托、10连接机构、11输电线路杆塔。
具体实施方式
现有电网气象监测装置在时间分辨率、监测指标、智能化水平、异常天气预警等方面无法满足电网生产实际需求。本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述不足，提出一种电网气象监测预警方法，攻克电网气象监测装置智能预警技术，实现常规气象要素及部分优化指标的监测、边缘侧数据分析、异常天气的预警，为电网气象预报、无人区输电线路气象灾害预警、输变电设备状态评价、新能源功率预测提供基础数据。
实施例1：
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种电网气象监测预警装置如图1所示，由采集不同天气要素的多个传感器2、设备箱3、太阳能板4、连接机构10组成，包括外壳、多个传感器2、太阳能板4、供电模块8、通讯模组7、数据采集与存储模组5，微处理器6等。所述多个传感器2、设备箱3、太阳能板4通过连接机构10连接成整体。电网气象监测装置具备监测数据边缘分析、气象灾害预警功能。
所述连接机构10由传感器撑托9、设备箱支架、太阳能板支撑机构及连接件组成，各部分焊接成整体。
所述多个传感器2与连接机构10通过传感器撑托9相连。
所述电网气象监测装置1可以安装于输电线路杆塔、变电站/换流站的支架、新能源场站的铁塔上。
所述多个传感器2可置于多要素集成传感器中，优选风速、风向、气温、湿度、气压、降雨量传感器。
所述风速、风向传感器优选三维超声风速风向测量元件。
所述温度传感器优选压敏式温度测量元件。
所述湿度传感器优选电容式湿度测量元件。
所述气压传感器优选电阻式压力测量元件。
所述降雨量优选多普雷超声波流量测量元件。
所述数据采集与存储模组5，包含数字信号和模拟信号通道，优选16通道。
所述微处理器6，内部嵌入监测数据校验算法，数据边缘分析算法，大风、暴雨预警算法。
所述电网气象监测数据校验包括合理性检查、一致性检查；
所述合理性检查是指检查相关气象要素监测值是否在合理范围内。风速0m/s～75m/s，风向0°～360°，气温-55℃～+60℃，气压800hPa～1100hPa，湿度0％～100％，雨强0mm/min～4mm/min。
所述一致性检查是指监测值出现突变时检查突变值得合理性。如果突变值大于前10min时程数据均值加5倍标准差，将突变值视为异常值，剔除突变值，记录为缺省值。
所述数据边缘分析算法是指在微处理器内写入风速、风向、气温、湿度、气压、降雨量的任意时距平均值计算公式，风速湍流度计算公式。时距可根据需要，远程调节。
所述大风预警算法是指在微处理器内写入大风预警判据，采用当前监测到的平均风速、阵风风速，以及估计得到的未来6h平均风速、阵风风速，判断风力等级是否达到大风预警标准及等级的算法。
所述暴雨预警算法是指在微处理器内写入基于数值驱动的过去3小时内降雨量、6小时内降雨量、12小时内降雨量计算公式以及未来3小时内降雨量、6小时内降雨量、12小时内降雨量预测模型，同时根据嵌入的暴雨阈值判断，识别暴雨预警等级的算法。
所述微处理器6，优选AI芯片，具备监测数据边缘分析能力。
通讯模组7优选具备平均风速、极大风速、最大风速、湍流度、平均风向、温度、湿度、气压、降雨量数据的分钟级实时回传能力的硬件单元。
所述设备箱3如图2所示，内配置可供集成传感器2、数据采集与存储模组5、微处理器6、通讯模组7同时在低温状态下正常工作所需的供电模块，优选耐低温-50℃低温磷酸铁锂电池。
实施例2：
本发明应用实施例1中的电网气象监测预警装置进行电网气象监测预警方法，如图3所示，包括：
步骤1：多个传感器2采集支架或塔附近的不同天气要素数据；
步骤2：设备箱3对所述不同天气要素数据进行分析得到电网气象预警预报。
优选的，所述设备箱3对所述不同天气要素数据进行分析得到气象预警预报，包括：
采用嵌入式的合理性检查算法判断所述不同天气要素数据是否超过界限值；将超过界限值的数据剔除，并记录为缺省值；
采用嵌入的一致性检查算法，剔除所述不同天气要素数据中突变值大于设定阈值的数据，并记录为缺省值；
采用嵌入的数据边缘分析算法基于所述不同天气要素数据计算各天气要素在设定时间段内的平均值；
基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级；
其中，所述不同天气要素包括：风速、风向、温度、湿度、气象、降雨量。
优选的，所述基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级，包括：
基于当前平均风速和未来设定时段内的平均风速，判断是否达到大风预警等级标准；
当达到相应的大风预警等级标准时，将达到的大风预警等级标准对应的大风等级作为所述设定时间段内的大风等级；
基于过去多个不同时长构成的时间段内的降雨量，预测未来对应时长的降雨量；
判断未来对应时长的降雨量是否达到暴雨预警等级标准；
将达到所述暴雨预警等级标准时，将达到的暴雨预警等级标准对应的暴雨预警等级作为所述时段内的暴雨等级；
其中，所述大风等级和暴雨等级均包括：蓝、黄、橙、红四个等级。
优选的，还包括：
将所述大风等级预警、降雨量等级预警发送至客户端；
并将不同天气要素数据、各天气要素在设定时间段内的平均值、大风等级预警、降雨量等级预警发送至远端服务器。
步骤1：多个传感器采集支架或塔附近的不同天气要素数据，具体包括：
S1，在输电线路杆塔、变电站/换流站的支架或新能源场站的铁塔上安装该装置；
S2，采用多个传感器实时测量风速、风向、温度、湿度、气压、降雨量，并将数据存储于装置的数据存储模块；
步骤2：设备箱对所述不同天气要素数据进行分析得到电网气象预警预报，具体如下：
S3，采用嵌入的合理性检查算法，判断实测数据的风速、风向、温度、湿度、气压、降雨量数据的真实性，当实测值超过界限值时，剔除相应实测数据，记录缺省值。
S4，采用嵌入的一致性检查算法，分析1Hz风速、风向、温度、湿度、气压、降雨量数据发生突变的合理性，当所测量数据突变值大于前10min时程数据均值加5倍标准差时，剔除相关实测数据，记录缺省值。
S5，采用嵌入的数据边缘分析算法，计算风速、风向、温度、湿度、气象、降雨量的1min平均值、10min平均值，风速的3s极大值、10min平均风速的湍流强度。10min平均风速湍流强度计算公式如下：
Ii＝σi/U
式中：Ii为三维湍流强度，其中i＝u,v,w分别表示顺风向、横风向、垂直风向的湍流强度；σi为10min时距内3s采样风速的标准差，单位为m/s；U为10min平均风速，单位为m/s。
S6，采用大风预警算法，计算当前平均风速及未来6h平均风速，判断风速是否达到大风预警标准，当达到相应等级标准时，通过数据通讯模组向客户端发出蓝、黄、橙、红四级预警。
S7，采用暴雨预警算法，计算过去3小时、6小时、12小时内降雨量，预测未来3小时、6小时、12小时降雨量，判断降雨量是否达到暴雨预警标准，当达到相应等级标准时，通过数据通讯模组向客户端发出蓝、黄、橙、红四级预警。
S8，通过数据通讯模组将经过校核的监测数据、边缘分析数据、预警数据发送到远端服务器。
一种电网气象监测预警方法，实现电网气象监测数据边缘校核分析，常规气象六要素及部分优化指标的边缘计算，大风、暴雨等异常天气自主预警，为电网气象预报、无人区输电线路气象灾害预警、输变电设备状态评价、新能源功率预测提供基础数据。与传统六要素自动气象站相比，本发明电网气象监测装置具有监测指标更多、时间分辨率更细、数据更可靠、智能化水平更高、功能更丰富等特点。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种电网气象监测预警装置，安装于支架或塔上的监测预警装置，其特征在于，包括：采集不同天气要素的多个传感器、设备箱和连接机构；
所述多个传感器通过所述连接机构与所述设备箱连接；
所述设备箱，用于对所有传感器采集的数据进行分析得到电网气象预警预报。
2.如权利要求1所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，所述多个传感器包括：风速传感器、风向传感器、气温传感器、湿度传感器、气压传感器和降雨量传感器。
3.如权利要求1所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，所述连接机构包括：用于支撑所述传感器的传感器撑托、用于支撑设备箱的设备箱支架和用于固定的连接件。
4.如权利要求1所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，所述设备箱包括：数据采集与存储模组、微处理器和供电模块；
所述数据采集与存储模组和所述微处理器相互连接；
所述供电模块分别与所述采集与存储模组和微处理器连接，用于为所述数据采集与存储模组和所述微处理器供电。
5.如权利要求4所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，还包括与所述设备箱中供电模块连接的太阳能板。
6.如权利要求4所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，还包括分别与所述数据采集与存储模组、微处理器和供电模块连接的通讯模组；
所述通讯模组，用于将所述微处理器分析处理后的电网气象预警预报上传至服务器。
7.如权利要求5所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，所述太阳能板通过太阳能板支撑机构与所述设备箱中供电模块连接。
8.如权利要求7所述的电网气象监测预警装置，其特征在于，所述太阳能板支撑机构包括：
旋转台、位于所述旋转台一侧的伸缩结构、以及位于所述旋转台另一侧的可旋转结构；
所述旋转台安装在输电线路杆塔上。
9.一种电网气象监测预警方法，其特征在于，包括：
多个传感器采集支架或塔附近的不同天气要素数据；
设备箱对所述不同天气要素数据进行分析得到电网气象预警预报。
10.如权利要求9所述的电网气象监测预警方法，其特征在于，所述设备箱对所述不同天气要素数据进行分析得到气象预警预报，包括：
采用嵌入式的合理性检查算法判断所述不同天气要素数据是否超过界限值；将超过界限值的数据剔除，并记录为缺省值；
采用嵌入的一致性检查算法，剔除所述不同天气要素数据中突变值大于设定阈值的数据，并记录为缺省值；
采用嵌入的数据边缘分析算法基于所述不同天气要素数据计算各天气要素在设定时间段内的平均值；
基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级；
其中，所述不同天气要素包括：风速、风向、温度、湿度、气象、降雨量。
11.如权利要求10所述的电网气象监测预警方法，其特征在于，所述基于各天气要素在设定时间段内的平均值采用大风预警算法和暴雨预警算法确定大风等级和降雨量等级，包括：
基于当前平均风速和未来设定时段内的平均风速，判断是否达到大风预警等级标准；
当达到相应的大风预警等级标准时，将达到的大风预警等级标准对应的大风等级作为所述设定时间段内的大风等级；
基于过去多个不同时长构成的时间段内的降雨量，预测未来对应时长的降雨量；
判断未来对应时长的降雨量是否达到暴雨预警等级标准；
将达到所述暴雨预警等级标准时，将达到的暴雨预警等级标准对应的暴雨预警等级作为所述时段内的暴雨等级；
其中，所述大风等级和暴雨等级均包括：蓝、黄、橙、红四个等级。
12.如权利要求10所述的电网气象监测预警方法，其特征在于，还包括：
将所述大风等级预警、降雨量等级预警发送至客户端；
并将不同天气要素数据、各天气要素在设定时间段内的平均值、大风等级预警、降雨量等级预警发送至远端服务器。
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|---|---|---|---|---|
| CN114114469A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种强对流天气预警装置及方法 |
| CN114999112A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-09-02 | 南京理工大学 | 高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统 |
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2021
- 2021-02-09 CN CN202110180907.0A patent/CN112764130A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114114469A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种强对流天气预警装置及方法 |
| CN114114469B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-03-22 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种强对流天气预警装置及方法 |
| CN114999112A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-09-02 | 南京理工大学 | 高速铁路的降雨实时监测与暴雨预警系统 |
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