基于氣象和地形因子的輸變電設(shè)備覆冰災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)報(bào)方法，具體是一種基于氣象和地形因子對覆冰厚度進(jìn)行定量判斷的方法，所述方法特別用于輸變電設(shè)備覆冰災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)報(bào)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)有關(guān)資料介紹，輸電線路設(shè)計(jì)冰厚增加10mm，每公里增加鋼材:220kV近一倍；500kV約24噸。合理地確定冰厚一直是線路設(shè)計(jì)工作面臨的重要問題，直接關(guān)系到線路的抗冰負(fù)荷能力和投資。目前設(shè)計(jì)單位進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，主要以經(jīng)驗(yàn)為主，覆冰設(shè)計(jì)較為粗糙。由于電網(wǎng)冰害事故的不斷出現(xiàn)，要求必須根據(jù)覆冰情況對線路進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)，既要適度地提高抗冰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，又要考慮到經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求而不能造成浪費(fèi)。因此，定量給出區(qū)域覆冰厚度的分布情況是進(jìn)行線路抗冰設(shè)計(jì)的有效工具和依據(jù)，而這也成為了氣象和電力交叉領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，國內(nèi)外均在為此努力。
[0003]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)和專利檢索發(fā)現(xiàn)，江祖凡分析了廬山頂上電線覆冰增長率與氣象條件之間的關(guān)系。謝運(yùn)華分析了三峽地區(qū)覆冰期間的氣象要素特征，并給出了基于多種氣象要素的覆冰多元回歸方程。張國慶等、吳素良等分別對青海東部和蘭州至關(guān)中地區(qū)的覆冰演變特征，及其與架設(shè)高度、導(dǎo)線直徑和常規(guī)氣象要素的關(guān)系進(jìn)行了分析，主要研究集中在對氣象要素和覆冰的關(guān)系進(jìn)行探討。授權(quán)公告號為CN 102508321 B的中國專利“電網(wǎng)覆冰預(yù)報(bào)方法”中，主要利用氣象要素對覆冰有無發(fā)生進(jìn)行定性的判斷。
[0004]而近年來氣候變化的加劇使得微地形、微氣候因子對覆冰過程的影響加大，風(fēng)口、突出山體和迎風(fēng)坡等特殊地形對覆冰厚度的增長具有顯著的加強(qiáng)作用。因此，在覆冰的監(jiān)測預(yù)報(bào)研究中加入地形因子的影響是十分重要的，而且利用氣象和地形因子對覆冰厚度的定量預(yù)報(bào)將為電力部門提供更加準(zhǔn)確、有效的決策信息，對電網(wǎng)運(yùn)行安全系數(shù)的提高和冰凍災(zāi)害造成損失的降低大有裨益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氣象和地形因子的輸變電設(shè)備覆冰災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測和滾動(dòng)預(yù)報(bào)方法，使其能夠較準(zhǔn)確的對不同區(qū)域覆冰厚度的分布進(jìn)行定量判斷，有效克服之前方法中對微地形的考慮缺乏，和對微氣象的考慮偏弱的特點(diǎn)，使之具有準(zhǔn)確性高、實(shí)用性強(qiáng)和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，步驟如下:
[0007]步驟1.氣象和地形數(shù)據(jù)的收集
[0008]收集委托地的常規(guī)氣象要素觀測資料和O?72小時(shí)的氣象要素格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料，包括:氣壓、氣溫、水汽壓、相對濕度、降水、蒸發(fā)和風(fēng)速等氣象要素，以及不同高度層的氣溫資料；委托地的海拔高程、河網(wǎng)信息、坡度、坡向、坡度變率、坡向變率、起伏度、粗糙度、表面照明度等地理信息資料；
[0009]步驟2.建立覆冰厚度估算氣象模型
[0010]選取覆冰日當(dāng)天、前一天和前兩天的氣象要素資料，包括:氣壓、氣溫、最高氣溫、最低氣溫、水汽壓、相對濕度、最小相對濕度、降水、蒸發(fā)和風(fēng)速等10個(gè)要素，采用逐步回歸的方法篩選出高相關(guān)因子，建立覆冰厚度估算的氣象模型如下:
[0011]Y = -0.1lx1-0.49x2-0.34x3_0.335x4+0.0Ox5-0.013χ6+0.27χ7+1.75χ8
[0012]其中，Y為標(biāo)準(zhǔn)冰厚，xl是前2天平均氣溫，χ2是前I天最高氣溫，χ3是前2天最低氣溫，x4是當(dāng)天水汽壓，x5是前I天相對濕度，x6是前2天最小相對濕度，x7是前2天降雨量，χ8是前2天平均風(fēng)速；
[0013]利用上式對覆冰厚度進(jìn)行估算，其模擬值和實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.43，并通過概率為0.05的顯著性檢驗(yàn)，表示相關(guān)系數(shù)是可信的；
[0014]步驟3.覆冰厚度估算氣象模型的地形訂正
[0015]對覆冰厚度的實(shí)測值與步驟2所得氣象模型的模擬值進(jìn)行對比，以標(biāo)準(zhǔn)差來描述樣本中數(shù)據(jù)以均值為中心平均振動(dòng)幅度的特征量，確定實(shí)測值與模擬值的差為氣象資料模擬值偏距離實(shí)測值的振動(dòng)幅度，這部分振動(dòng)幅度主要是由地形因子的差異造成的，用地形因子加以模擬，采用多元線性回歸的方法，建立地形訂正模型如下:
[0016]Δ Y，= 0.19+0.0OHx1-0.0035χ2+0.045χ3
[0017]其中，ΔΥ’為地形導(dǎo)致的覆冰厚度增加量，xl為坡向，x2為起伏度，x3為坡度變率，利用上式所得的覆冰厚度增加量與實(shí)測值和氣象模型模擬值的差值進(jìn)行對比分析；
[0018]步驟4.將步驟2氣象模型與步驟3地形訂正模型兩部分相加，即可得到最終的覆冰厚度綜合訂正模型，通過對氣象臺站逐小時(shí)觀測資料和地形地貌信息的收集和格點(diǎn)化插值，實(shí)現(xiàn)資料的標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)合所建立的基于氣象和地形因子的覆冰估算模型，完成對覆冰厚度分布的監(jiān)測，并基于所得結(jié)果預(yù)報(bào)。
[0019]所述覆冰的監(jiān)測是通過對氣象臺站逐小時(shí)觀測資料和地形地貌信息的收集和格點(diǎn)化插值，實(shí)現(xiàn)資料的標(biāo)準(zhǔn)化處理，并結(jié)合前述所建立的基于氣象和地形因子的覆冰估算模型，完成對覆冰厚度分布的監(jiān)測。
[0020]覆冰的預(yù)報(bào)是通過將細(xì)網(wǎng)格氣象要素預(yù)報(bào)產(chǎn)品和地形地貌信息相結(jié)合，首先根據(jù)氣溫低于0°c、存在降水和高空有逆溫這3個(gè)條件共同滿足來判定有覆冰出現(xiàn)，否則該格點(diǎn)處的覆冰厚度為O ;然后，利用所建立的基于氣象和地形因子的覆冰估算模型，完成對覆冰厚度分布的預(yù)報(bào)；通過兩種預(yù)報(bào)方案實(shí)現(xiàn)，一種預(yù)報(bào)時(shí)效為12?72小時(shí)，時(shí)間步長為3小時(shí)，每12小時(shí)更新一次預(yù)報(bào)結(jié)果；另一種預(yù)報(bào)時(shí)效為O?12小時(shí)，時(shí)間步長為3小時(shí)，每6小時(shí)更新一次預(yù)報(bào)結(jié)果。
[0021]所述基于氣象和地形因子的輸變電設(shè)備覆冰災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測和滾動(dòng)預(yù)報(bào)方法，能夠較準(zhǔn)確地對不同區(qū)域覆冰厚度的分布進(jìn)行定量判斷，有效克服之前方法中對微地形的考慮缺乏，和對微氣象的考慮偏弱的特點(diǎn)，具有準(zhǔn)確性高、實(shí)用性強(qiáng)和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以具體的實(shí)施案例作進(jìn)一步描述。
[0023](I)氣象和地形數(shù)據(jù)的收集
[0024]收集委托地的常規(guī)氣象要素觀測資料和O?72小時(shí)的氣象要素格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料，包括:氣壓、氣溫、水汽壓、相對濕度、降水、蒸發(fā)和風(fēng)速等氣象要素，以及不同高度層的氣溫資料；委托地的海拔高程、河網(wǎng)信息、坡度、坡向、坡度變率、坡向變率、起伏度、粗糙度、表面照明度等地理信息資料。
[0025](2)建立覆冰厚度估算氣象模型
[0026]覆冰日當(dāng)天的氣象要素會(huì)對覆冰的發(fā)生和厚度的大小起決定性作用，但是覆冰發(fā)生前兩天的氣象要素特征同樣也會(huì)對覆冰過程有潛在影響，因此我們選取覆冰日當(dāng)天、前一天和前兩天的氣象要素資料，包括:氣壓、氣溫、最高氣溫、最低氣溫、水汽壓、相對濕度、最小相對濕度、降水、蒸發(fā)和風(fēng)速等10個(gè)要素，采用逐步回歸的方法篩選出高相關(guān)因子，建立覆冰厚度估算的氣象模型如下:
[0027]Y = -0.1lx1-0.49x2-0.34x3_0.335x4+0.0Ox5-0.013χ6+0.27χ7+1.75χ8
[0028]其中，Y為標(biāo)準(zhǔn)冰厚，xl是前2天平均氣溫，χ2是前I天最高氣溫，χ3是前2天最低氣溫，x4是當(dāng)天水汽壓，x5是前I天相對濕度，x6是前2天最小相對濕度，x7是前2天降雨量，x8是前2天平均風(fēng)速。
[0029]利用上式對覆冰厚度進(jìn)行估算，其模擬值和實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.43，并通過0.05顯著性檢驗(yàn)，但對于實(shí)況中出現(xiàn)的個(gè)別極端值沒能反映出來，這可能與其它影響因子有關(guān)，主要是地形方面的因子。
[0030](3)覆冰厚度估算氣象模型的地形訂正方法
[0031]經(jīng)過氣象模型的估算，覆冰厚度與實(shí)測值的吻合效果略差，由于氣象模型僅考慮了氣象要素本身的影響，未能擬合的這一部分主要是由地形因子的影響造成的。對覆冰厚度的實(shí)測值和氣象模型的模擬值進(jìn)行對比，以標(biāo)準(zhǔn)差來描述樣本中數(shù)據(jù)以均值為中心平均振動(dòng)幅度的特征量，則可認(rèn)為實(shí)測值與模擬值的差為氣象資料模擬值偏距離實(shí)測值的振動(dòng)幅度，這部分振動(dòng)幅度主要是由地形因子的差異造成的，可以用地形因子加以模