CN113239579B - 一种电网风区分布图绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网风区分布图绘制方法，属于电网防风技术领域。该方法包括：获取绘制区域内各气象台站的气象资料；对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速；进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速和不同重现期的基本风速；进行基本风速校验，判断是否满足预设校验要求，若是，则执行下一步骤，若否，则调整模拟参数后重新模拟；根据各气象台站的风速数据和各模拟区域的风速数据进行差值计算并绘制风区分布图。本发明的方法能够增加空间插值点的数目，解决了使用现有的绘制方法绘制风区分布图导致有效空间分辨率不高的问题。

Description

一种电网风区分布图绘制方法

技术领域

本发明属于电网防风技术领域，具体涉及一种电网风区分布图绘制方法。

背景技术

台风造成电网导地线断线、倒塔等，容易引起大面积停电，严重威胁电网安全稳定运行。

为应对台风灾害，电网公司绘制了电网风区分布图，电网风区分布图规定了不同区域的不同重现期风速，是输变电设备防风改造和防风设计重要依据。

电网风区分布图关系到电网抗风能力的水平以及电网改造建设投资，这就要求电网风区分布图能够准确反映区域实际风速分布，一方面要保证电网的抗风能力达到抵御台风的要求，另一方面要避免过大的提升防风水平，会增大投资成本，造成浪费。电网风区分布图的绘制方法决定了电网风区分布图是否准确，因此，电网风区分布图的绘制方法就显得尤为重要。

目前，电网风区分布图绘制的一般流程包括：1)收集气象台站风速等基础资料；2)气象台站基本风速推算；3)空间插值与成图。现有绘制方法中，空间插值点大多依赖气象台站，由于气象台站空间分布和数量的局限，风区分布图的有效空间分辨率难以进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在解决使用现有的绘制方法绘制风区分布图导致有效空间分辨率不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种电网风区分布图绘制方法，包括如下步骤：

获取绘制区域内各气象台站的气象资料；

基于各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速；

在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速；

基于各模拟区域的最大10分钟平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域不同重现期的基本风速；

基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验，判断是否满足预设校验要求，若是，则执行下一步骤，若否，则调整模拟参数，返回执行在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速及其后续步骤，直至满足所述预设校验要求；

根据各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速进行差值计算，并根据差值计算的结果绘制风区分布图。

进一步的，基于各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速具体包括：

从各气象台站的气象资料中获取各气象台站的年最大10分钟平均风速；

基于各气象台站的年最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各气象台站不同重现期的基本风速。

进一步的，极值I型分布函数具体为：

式中：

x_i——各气象台站的年最大10分钟平均风速，i＝1.2.3...n，n为各气象台站编号；

u——分布的位置函数，即分布众值；

α——分布尺度函数；

分布尺度函数采用下式计算，

分布的位置函数采用下式计算，

式中：μ为样本均值，σ为样本标准差。

进一步的，各气象台站不同重现期的基本风速采用下式计算：

式中：记各气象台站在重现期T的基本风速为

T为重现期，下标Q_n，n＝1、2、3...为各气象台站编号。

进一步的，在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速具体包括：

将绘制区域分成多个模拟区域；

利用YanMeng风场模型对经过每个模拟区域的历史全部台风开展模拟，得到每个模拟区域的各历史台风模拟结果；

在每个模拟区域均设置模拟参数，模拟参数包括模拟边界设置参数、地表粗糙度设置参数以及分辨率设置参数；

基于每个模拟区域的分辨率设置参数得到每个模拟区域内的模拟子区域；

基于每个模拟区域的各历史台风模拟结果得到每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速；

将每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速以台风登陆顺序进行筛选排列，得到每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速。

进一步的，基于各模拟区域的平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域的基本风速具体包括：

基于每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各模拟区域不同重现期的基本风速。

进一步的，基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验具体包括：

基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速计算模拟子区域的最大10分钟平均风速与距离模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速的相关性τ，计算公式如下，

式中，X_I为各模拟子区域的最大10分钟平均风速，x_i为距离每个模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速，Cov(x_i,X_I)为x_i与X_I的协方差，D(x_i)、D(X_I)为x_i与X_I的方差；

基于各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速计算二者的差值的绝对值ε，计算公式如下：

式中，

为各模拟区域不同重现期的基本风速，

为距离每个模拟区域最近的气象台站不同重现期的基本风速。

进一步的，预设校验要求具体为：

相关性τ和差值的绝对值ε同时满足τ≥0.6和ε≤4。

进一步的，调整模拟参数具体包括：

调整模拟边界设置参数和地表粗糙度设置参数。

本发明第二方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的一种电网风区分布图绘制方法。

综上，本发明提供了一种电网风区分布图绘制方法，通过在电网风区绘制区域内以气象台站为准获得其年最大10分钟平均风速并推算得到气象台站的不同重现期基本风速，再对绘制区域划分台风模拟区域，利用风场模型推算得到模拟区域的最大10分钟平均风速和不同重现期基本风速，然后结合气象站的风速推算结果以及模拟区域的风速推算结果进行校验，在满足校验要求的基础上，从而可以利用气象台站和模拟区域的风速数值综合进行差值计算，从而使得绘制分布图时在原来利用气象台站数据插值的基础上还可以使用各个模拟区域的数据进行差值计算，解决了使用现有的绘制方法绘制风区分布图导致有效空间分辨率不高的问题。采用本发明提供的绘制方法，可以增加空间插值点数目，有效提升分布图的有效空间分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电网风区分布图绘制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的采用一种电网风区分布图绘制方法绘制的风区分布图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本实施例提供了一种电网风区分布图绘制方法，包括如下步骤：

S101：获取绘制区域内各气象台站的气象资料。

需要说明的是，绘制区域内各气象台站的观测资料既包括各种基础气象资料(只收集具有30年以上观测资料的气象台站的观测资料)，同时也包括绘制区域内的历史台风资料，包括历史台风等级以及历史台风路径资料等。

S102：基于各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速。

可以理解的是，各气象台站的年最大10分钟平均风速即可从上一步骤中的基础气象资料中获取。

S103：在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速。

可以理解的是，进行台风风场模拟即是基于历史台风资料，利用台风风场模拟模型进行台风风场模拟。

S104：基于各模拟区域的最大10分钟平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域不同重现期的基本风速。

需要说明的是，在实际实施中，重现期具体取30年一遇、50年一遇、100年一遇。

S105：基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验，判断是否满足预设校验要求，若基本风速校验的结果满足预设校验要求，则执行下一步骤，若基本风速校验的结果不满足预设校验要求，则调整模拟参数，返回执行在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速及其后续步骤，直至满足所述预设校验要求。

S106：根据各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速进行差值计算，并根据差值计算的结果绘制风区分布图。

本实施例提供了一种电网风区分布图绘制方法，通过在电网风区绘制区域内以气象台站为准获得其年最大10分钟平均风速并推算得到气象台站的不同重现期基本风速，再对绘制区域划分台风模拟区域，利用风场模型推算得到模拟区域的最大10分钟平均风速和不同重现期基本风速，然后结合气象站的风速推算结果以及模拟区域的风速推算结果进行校验，在满足校验要求的基础上，从而可以利用气象台站和模拟区域的风速数值综合进行差值计算，从而使得绘制分布图时在原来利用气象台站数据插值的基础上还可以使用各个模拟区域的数据进行差值，解决了使用现有的绘制方法绘制风区分布图导致有效空间分辨率不高的问题。

以上是对本发明提供的一种电网风区分布图绘制方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种电网风区分布图绘制方法的另一个实施例进行详细的描述。

S201：获取绘制区域内各气象台站的气象资料。

需要说明的是，该步骤与前一实施例的步骤S101相同，在此不再赘述。

S202：基于各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速。

需要说明的是，本步骤具体包括从各气象台站的气象资料中获取各气象台站的年最大10分钟平均风速；然后基于各气象台站的年最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各气象台站不同重现期的基本风速。

极值I型分布函数具体为：

式中：

x_i——各气象台站的年最大10分钟平均风速，i＝1.2.3...n，n为各气象台站编号；

u——分布的位置函数，即分布众值；

α——分布尺度函数；

分布尺度函数采用下式计算，

分布的位置函数采用下式计算，

式中：μ为样本均值，σ为样本标准差。

由此，各气象台站重现期T的基本风速采用下式计算：

式中：记各气象台站在重现期T的基本风速为

T为重现期，下标Q_n，n＝1、2、3...为各气象台站编号。

S203：在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速。

需要说明的是，本步骤具体包括：

S2031：将绘制区域分成多个模拟区域，记为R_m，m＝1.2.3...，每个模拟区域的大小控制在200km*200km～600km*600km之间。

S2032：利用YanMeng风场模型对经过每个模拟区域的历史全部台风开展模拟，得到每个模拟区域的各历史台风模拟结果。

S2033：在每个模拟区域均设置模拟参数S，模拟参数S包括模拟边界设置参数S1、地表粗糙度设置参数S2以及分辨率设置参数S3，其中分辨率设置参数S3控制在10km*10km～50km*50km之间。

S2034：基于每个模拟区域的分辨率设置参数S3得到每个模拟区域内的模拟子区域，即模拟区域内模拟子区域数目为R_m/S3。

S2035：基于每个模拟区域的各历史台风模拟结果得到每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速。

可以理解的是，由于对每个模拟区域均划分为了若干个模拟子区域，因此根据每个模拟区域的历史台风模拟结果，就可以获得每个历史台风在每个模拟子区域内的最大10分钟平均风速。

S2036：将每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速以台风登陆顺序进行筛选排列，得到每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速。

需要说明的是，每个模拟区域内历史台风的资料各不相同，有些区域同一年可能发生多起台风，而有些区域某一年份并未发生台风。故以台风登陆顺序进行筛选排列的过程中，当年份发生多次台风的取当年各台风模拟计算后得到的多个最大10分钟平均风速中的最大值，当年份没有台风的取相近3年的最大10分钟平均风速的平均值，从而得到每个模拟子区域最大10min平均风速样本，记为X_I，I＝1、2、3...R_m/S3。

S204：基于各模拟区域的最大10分钟平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域不同重现期的基本风速。

需要说明的是，热带气旋影响下的风速服从极值I型分布。同样的基于每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各模拟区域不同重现期的基本风速，即按步骤202得到X_I的样本均值μ，样本标准差σ，计算得到模拟区域重现期T的基本风速

T为重现期(取30年一遇、50年一遇、100年一遇)，下标R_m，m＝1、2、3...为模拟区域。

S205：基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验，判断是否满足预设校验要求，若基本风速校验的结果满足预设校验要求，则执行下一步骤，若基本风速校验的结果不满足预设校验要求，则调整模拟参数，返回执行在绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速及其后续步骤，直至满足所述预设校验要求。

需要说明的是，基本风速校验包括

1)基于各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速计算模拟子区域的最大10分钟平均风速与距离模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速的相关性τ，计算公式如下，

式中，X_I为各模拟子区域的最大10分钟平均风速，x_i为距离每个模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速，Cov(x_i,X_I)为x_i与X_I的协方差，D(x_i)、D(X_I)为x_i与X_I的方差；

2)基于各气象台站不同重现期的基本风速和各模拟区域不同重现期的基本风速计算二者的差值的绝对值ε，计算公式如下：

式中，

为各模拟区域不同重现期的基本风速，

为距离每个模拟区域最近的气象台站不同重现期的基本风速。

当相关性τ和差值的绝对值ε同时满足τ≥0.6和ε≤4时，则认为满足预设校验要求，否则就需要调整模拟边界设置参数S1和地表粗糙度设置参数S2后，重新进行台风模拟。

S206：根据各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速进行差值计算，并根据差值计算的结果绘制风区分布图。

需要说明的是，需要采用风区分布图绘制区域的全部x_i与X_I进行差值计算，绘制风区分布图，即在基本风速校验时要求所有的模拟子区域和各气象站的数据均要满足校验要求。

请参阅图2，图中线条为原风区分布图等值线(由气象台站数据插值而成)，分别为35m/s、37m/s、39m/s。

底图为校验合格的模拟结果，通过对比可以发现，从下至上(从海面到内陆)二者风速均逐渐减小，在大部分区域，二者风速值基本一致，说明模拟结果和气象台站观测数据大趋势是一致的，但也可以发现，通过模拟，进一步提升了风区图绘制原始数据的空间分辨率，采用气象台站数据加模拟数据的方法可以进一步风区分布图的准确性。

本实施例提供的一种电网风区分布图绘制方法，通过对模拟区域根据分辨率设置进一步划分为多个模拟子区域，然后采用极值I型分布函数作为概率模型，推断各气象台站和模拟子区域的不同重现期基本风速，然后分别对模拟子区域的最大平均风速数据和距离该模拟子区域最近的气象台站的最大平均风速数据以及模拟区域的不同重现期的基本风速数据和距离该模拟区域最近的气象台站的不同重现期的基本风速数据进行风速校验，从而增加了空间插值时模拟数据的数量，并且通过校验使得最终空间插值的数据有效，即实现了通过增加模拟仿真结果，增加空间插值点数目，有效提升分布图的有效空间分辨率。

以上是对本发明提供的一种电网风区分布图绘制方法的实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例进行详细的描述。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例的一种电网风区分布图绘制方法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取绘制区域内各气象台站的气象资料；

基于所述各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速；

在所述绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速；

基于所述各模拟区域的最大10分钟平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域不同重现期的基本风速；

基于所述各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及所述各气象台站不同重现期的基本风速和所述各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验，判断是否满足预设校验要求，若是，则执行下一步骤，若否，则调整模拟参数，返回执行在所述绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速及其后续步骤，直至满足所述预设校验要求；

根据所述各气象台站的年最大10分钟平均风速和所述各模拟区域的最大10分钟平均风速进行差值计算，并根据所述差值计算的结果绘制风区分布图；

基于所述各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速以及所述各气象台站不同重现期的基本风速和所述各模拟区域不同重现期的基本风速进行基本风速校验具体包括：

基于所述各气象台站的年最大10分钟平均风速和各模拟区域的最大10分钟平均风速计算模拟子区域的最大10分钟平均风速与距离所述模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速的相关性τ，计算公式如下，

式中，X_I为各模拟子区域的最大10分钟平均风速，x_i为距离每个模拟子区域最近的气象台站的年最大10分钟平均风速，Cov(x_i,X_I)为x_i与X_I的协方差，D(x_i)、D(X_I)为x_i与X_I的方差；

基于所述各气象台站不同重现期的基本风速和所述各模拟区域不同重现期的基本风速计算二者的差值的绝对值ε，计算公式如下：

式中，

为各模拟区域不同重现期的基本风速，

为距离每个模拟区域最近的气象台站不同重现期的基本风速，T为重现期，R_m为模拟区域，m＝1.2.3...，Q_n为气象台站，n＝1、2、3...；

所述相关性τ和所述差值的绝对值ε同时满足τ≥0.6和ε≤4时认为满足预设校验要求。

2.根据权利要求1所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述基于所述各气象台站的气象资料对各气象台站的年最大10分钟平均风速进行基本风速推算，得到各气象台站不同重现期的基本风速具体包括：

从所述各气象台站的气象资料中获取各气象台站的年最大10分钟平均风速；

基于所述各气象台站的年最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各气象台站不同重现期的基本风速。

3.根据权利要求2所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述极值I型分布函数具体为：

式中：

x_i——各气象台站的年最大10分钟平均风速，i＝1.2.3...n，n为各气象台站编号；

u——分布的位置函数，即分布众值；

α——分布尺度函数；

所述分布尺度函数采用下式计算，

所述分布的位置函数采用下式计算，

式中：μ为样本均值，σ为样本标准差。

4.根据权利要求3所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述各气象台站不同重现期的基本风速采用下式计算：

式中：记各气象台站在重现期T的基本风速为

T为重现期，下标Q_n，n＝1、2、3...为各气象台站编号。

5.根据权利要求4所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述在所述绘制区域内进行台风风场模拟，得到各模拟区域的最大10分钟平均风速具体包括：

将所述绘制区域分成多个模拟区域；

利用YanMeng风场模型对经过每个所述模拟区域的历史全部台风开展模拟，得到每个模拟区域的各历史台风模拟结果；

在每个所述模拟区域均设置所述模拟参数，所述模拟参数包括模拟边界设置参数、地表粗糙度设置参数以及分辨率设置参数；

基于每个所述模拟区域的分辨率设置参数得到每个所述模拟区域内的模拟子区域；

基于所述每个模拟区域的各历史台风模拟结果得到每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速；

将所述每个模拟区域内各历史台风在各模拟子区域的最大10分钟平均风速以台风登陆顺序进行筛选排列，得到所述每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速。

6.根据权利要求5所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述基于所述各模拟区域的平均风速进行模拟区域的基本风速推算，得到各模拟区域的基本风速具体包括：

基于所述每个模拟区域内各模拟子区域的最大10分钟平均风速利用极值I型分布函数推算各模拟区域不同重现期的基本风速。

7.根据权利要求5所述的一种电网风区分布图绘制方法，其特征在于，所述调整模拟参数具体包括：

调整所述模拟边界设置参数和所述地表粗糙度设置参数。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种电网风区分布图绘制方法。

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