一種沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸電線路工程設(shè)計(jì)與改造的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沿海地區(qū)架空輸 電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國東南沿海地區(qū)位于西北太平洋熱帶氣旋和南海熱帶氣旋的主要活動(dòng)路徑上， 受熱帶氣旋侵襲嚴(yán)重，沿海地區(qū)輸電線路的防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)嚴(yán)峻。
[0003] 設(shè)計(jì)風(fēng)速是架空輸電線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)速取值直接關(guān)系到線路工程的 經(jīng)濟(jì)性、安全性和適用性。目前架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速主要依據(jù)線路走廊附近長期氣象臺(tái) 站的風(fēng)速資料、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和同區(qū)域已建線路設(shè)計(jì)風(fēng)速綜合考慮確 定。
[0004] 由于長期氣象臺(tái)站分布較為稀疏，其觀測(cè)場(chǎng)多位于市郊邊界區(qū)或近郊，隨著城市 化進(jìn)程加快，測(cè)風(fēng)環(huán)境普遍退化，不能客觀反映線路工程所經(jīng)過的野外開闊地、山嶺迎風(fēng)坡 和濱海強(qiáng)風(fēng)區(qū)等不同地區(qū)的風(fēng)速空間分布規(guī)律。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012研宄 范圍遍及全國，附錄E中的全國各城市基本風(fēng)壓取值表和全國基本風(fēng)壓分布圖僅給出了空 間尺度在1〇 2公里量級(jí)的風(fēng)速變化趨勢(shì)，空間分辨率有限，實(shí)際應(yīng)用時(shí)無法精細(xì)化地描述沿 海地區(qū)空間尺度在101?10 2公里量級(jí)的地形地貌對(duì)風(fēng)場(chǎng)影響。因此沿海地區(qū)架空輸電線 路設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值面臨基礎(chǔ)資料匱乏和代表性有限等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種風(fēng)速計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì) 風(fēng)速的空間取值方法。本發(fā)明通過統(tǒng)計(jì)沿海地區(qū)熱帶氣旋登陸頻次及強(qiáng)度特征，補(bǔ)充收集 整理沿海地區(qū)廣泛分布的自動(dòng)氣象站和海洋站風(fēng)速資料，展開與長期氣象臺(tái)站風(fēng)速數(shù)據(jù)相 關(guān)性分析，解決由于長期氣象臺(tái)站分布稀疏導(dǎo)致的設(shè)計(jì)風(fēng)速空間分布代表性不足的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法， 包括有如下步驟：
[0007] 1)資料收集、審查和修正；
[0008] 2)沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析；
[0009] 3)長期氣象臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算；
[0010] 4)自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算；
[0011] 5)設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化。
[0012] 本發(fā)明提出的方法充分采用了海洋站和自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的方法相比，本 發(fā)明風(fēng)速計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。主要表現(xiàn)為：
[0013] 1、本發(fā)明引入海洋站數(shù)據(jù)更清晰地反映風(fēng)速由沿海邊向內(nèi)陸變化的趨勢(shì)；
[0014] 2、本發(fā)明引入自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)提供更多的設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值點(diǎn)，增強(qiáng)輸電線路工 程基礎(chǔ)氣象資料代表性；
[0015]3、本發(fā)明優(yōu)選空間插值方法保證設(shè)計(jì)風(fēng)速空間分布的合理性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為設(shè)計(jì)風(fēng)速取值總示意圖；
[0017] 圖2?圖6分別為資料收集、審查和修正，沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析，長期氣象 臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算，自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算，設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，包括有如下步驟：
[0019] 1)資料收集、審查和修正；
[0020] 2)沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析；
[0021] 3)長期氣象臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算；
[0022] 4)自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算；
[0023] 5)設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化。
[0024] 本實(shí)施例中，上述步驟1)資料收集包括如下內(nèi)容：
[0025] 歷年《熱帶氣旋年鑒》，國家氣象臺(tái)站歷史沿革和歷年最大10分鐘平均風(fēng)速觀測(cè) 數(shù)據(jù)，海洋站歷史沿革和歷年最大10分鐘平均風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，區(qū)域自動(dòng)氣象站10分鐘平均 風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，不同電壓等級(jí)已建線路工程桿塔坐標(biāo)、設(shè)計(jì)風(fēng)速、風(fēng)災(zāi)事故和基礎(chǔ)地理信息 數(shù)據(jù)。
[0026] 本實(shí)施例中，上述步驟1)資料審查包括如下內(nèi)容：氣象臺(tái)站代表性、觀測(cè)資料一 致性和數(shù)據(jù)記錄可靠性審查；
[0027] 氣象臺(tái)站的代表性判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：
[0028] 11)國家氣象站和海洋站擁有30年以上測(cè)風(fēng)資料；
[0029] 12)自動(dòng)站的風(fēng)速資料序列不少于2年，且平均風(fēng)速、最大風(fēng)速和極大風(fēng)速資料序 列的完整率大于95%;
[0030] 13)站點(diǎn)周圍地形平整度較好；
[0031] 14)四周開闊空曠，附近障礙物對(duì)測(cè)風(fēng)的最大遮擋角不大于5°。
[0032] 觀測(cè)資料一致性判斷標(biāo)準(zhǔn)：
[0033] 21)根據(jù)氣象臺(tái)站歷史沿革中的迀站和更換儀器等信息確定資料間斷年份；
[0034] 22)間斷年之前（不包括該年）的風(fēng)速序列為子序列1，其后的序列為子序列2。 設(shè)子序列1為Xpx2，….，xnl，子序列2為yi，y2，….，5^，子序列1和2的平均值分別為X和P，全部數(shù)據(jù)平均值為G。于是
[0035]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在于包括有如下步 驟： 1) 資料收集、審查和修正； 2) 沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析； 3) 長期氣象臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算； 4) 自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算； 5) 設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟1)資料收集包括如下內(nèi)容： 資料收集包括歷年《熱帶氣旋年鑒》，國家氣象臺(tái)站歷史沿革和歷年最大10分鐘平均 風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，海洋站歷史沿革和歷年最大10分鐘平均風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，區(qū)域自動(dòng)氣象站10 分鐘平均風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，不同電壓等級(jí)已建線路工程桿塔坐標(biāo)、設(shè)計(jì)風(fēng)速、風(fēng)災(zāi)事故和基礎(chǔ) 地理信息數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟1)資料審查包括如下內(nèi)容：包括氣象臺(tái)站代表性、觀測(cè)資料一致性和數(shù)據(jù)記錄 可靠性審查； 氣象臺(tái)站的代表性判斷標(biāo)準(zhǔn)如下： 11) 國家氣象站和海洋站擁有30年以上測(cè)風(fēng)資料； 12) 自動(dòng)站的風(fēng)速資料序列不少于2年，且平均風(fēng)速、最大風(fēng)速和極大風(fēng)速資料序列的 完整率大于95% ; 13) 站點(diǎn)周圍地形平整度較好； 14) 四周開闊空曠，附近障礙物對(duì)測(cè)風(fēng)的最大遮擋角不大于5°， 觀測(cè)資料一致性判斷標(biāo)準(zhǔn)： 21) 根據(jù)氣象臺(tái)站歷史沿革中的迀站和更換儀器等信息確定資料間斷年份； 22) 間斷年之前（不包括該年）的風(fēng)速序列為子序列1，其后的序列為子序列2,設(shè)子序 列1為Xi,x2，….，xnl，子序列2為ypy2，….，yn2，子序列1和2的平均值分別為;^和7，全 部數(shù)據(jù)平均值為石，于是
全部數(shù)據(jù)對(duì)G的偏差平方和為：
上式右端括號(hào)內(nèi)平方和反映了各組數(shù)據(jù)內(nèi)部差異程度，稱為組內(nèi)偏差平方和，上式右 端第2項(xiàng)反映了兩組數(shù)據(jù)之間的差異程度，稱為組間偏差平方和； 23) 判斷組間差異是否顯著，利用F檢驗(yàn)方法來進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)：
數(shù)據(jù)記錄可靠性判斷標(biāo)準(zhǔn)： 以當(dāng)?shù)貧庀蟛块T審核通過，進(jìn)入氣象系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并上報(bào)中國氣象局的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；對(duì)于 顯著偏大或偏小的風(fēng)速資料進(jìn)行分析，通過天氣系統(tǒng)過程分析、臺(tái)站間對(duì)比分析、不同氣象 要素相關(guān)分析等審定數(shù)據(jù)記錄可靠與否。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟1)中資料修正包括風(fēng)速高度訂正和次時(shí)換算： 風(fēng)速高度訂正采用冪指數(shù)公式：
式中V為標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)速，Z為氣象臺(tái)站歷史沿革中記錄的風(fēng)速儀高度，％為風(fēng)速儀觀 測(cè)風(fēng)速，a為空曠平坦地區(qū)地面粗糙度系數(shù)，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012)取 0. 15 ； 風(fēng)速次時(shí)換算采用線性回歸模型： Vl0min= aV 2min+b 31) 從有風(fēng)速自記的臺(tái)站中，分別挑出年自記10分鐘平均最大風(fēng)速值，并將其換算到 標(biāo)準(zhǔn)高度，得到V1(lmin序列yuy2，….，yn; 32) 從相應(yīng)臺(tái)站的相同年份中挑出定時(shí)2分鐘平均最大風(fēng)速值，并換算到標(biāo)準(zhǔn)高度，得 到與yi，y2,….，yn相對(duì)應(yīng)的v2min序列xpx2，….，xn; 33) 根據(jù)最小二乘法求常數(shù)a、b。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟2)沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析是以歷年《熱帶氣旋年鑒》記錄的登陸熱帶氣旋 為樣本，分析登陸頻次的年際和月際變化、空間分布和強(qiáng)度分級(jí)特征； 年際和月際變化特征包括省級(jí)行政界限內(nèi)的歷史登陸熱帶氣旋總數(shù)，極大值和極小值 及其出現(xiàn)年份，登陸熱帶氣旋逐年變化曲線，逐月登陸頻數(shù)分布形態(tài)，全年最早登陸熱帶氣 旋和全年最晚登陸熱帶氣旋日期等統(tǒng)計(jì)值； 空間分布特征包括沿海地級(jí)市行政界限內(nèi)的登陸熱帶氣旋總數(shù)和比例； 按照《熱帶氣旋等級(jí)》GB/T19201-2006對(duì)登陸時(shí)的熱帶氣旋強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，統(tǒng)計(jì)不同等 級(jí)熱帶氣旋總數(shù)和比例。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟3)長期氣象臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算是以修正后的國家氣象站、海洋站逐年離地10 米高度10分鐘平均最大風(fēng)速為樣本，采用極值I型和皮爾遜III型概率分布中擬合效果更 好的線型計(jì)算重現(xiàn)期為30年和50年的理論風(fēng)速。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟4)自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算方法如下： 選擇與自動(dòng)氣象站大風(fēng)樣本相關(guān)系數(shù)最好的國家氣象站作為參證站，利用比值法計(jì)算 各自動(dòng)氣象站的延長系數(shù)k，計(jì)算式如下：
式中XiS自動(dòng)站系列，71為參證站系列，n為樣本總數(shù)，利用延長系數(shù)k修正，得到與 參證氣象站長年代風(fēng)速序列A相對(duì)應(yīng)的序列B,，然后采用極值I型和皮爾遜III型概率分 布中擬合效果更好的線型計(jì)算重現(xiàn)期為30年和50年的理論風(fēng)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法，其特征在 于上述步驟5)設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化方法如下： 國家氣象站、海洋站以及自動(dòng)氣象站的理論風(fēng)速空間插值采用反距離加權(quán)插值法、Cressman插值法、徑向基函數(shù)插值法、Kriging插值法進(jìn)行空間插值計(jì)算，并記錄插值誤 差；交叉驗(yàn)證采用十折驗(yàn)證，即將樣本集隨機(jī)分為10組進(jìn)行計(jì)算，每次利用其中9組進(jìn)行 空間插值，剩余1組用作驗(yàn)證，分析10次空間插值計(jì)算結(jié)果，選出插值誤差最小分組方法； 選擇臺(tái)風(fēng)以上熱帶氣旋登陸高頻區(qū)和發(fā)生過斷線倒塔事故的重點(diǎn)地段，利用已建線路 工程設(shè)計(jì)風(fēng)速資料對(duì)理論風(fēng)速插值結(jié)果進(jìn)行復(fù)核；通過調(diào)整空間插值參數(shù)對(duì)理論風(fēng)速空間 分布進(jìn)行優(yōu)化。
【專利摘要】本發(fā)明是一種沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法。包括有如下步驟：1）資料收集、審查和修正；2）沿海地區(qū)熱帶氣旋特征分析；3）長期氣象臺(tái)站理論風(fēng)速計(jì)算；4）自動(dòng)氣象站補(bǔ)充計(jì)算；5）設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值及優(yōu)化。本發(fā)明提出的方法充分采用了海洋站和自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)，引入海洋站數(shù)據(jù)更清晰地反映風(fēng)速由沿海邊向內(nèi)陸變化的趨勢(shì)；引入自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)提供更多的設(shè)計(jì)風(fēng)速空間插值點(diǎn)，增強(qiáng)輸電線路工程基礎(chǔ)氣象資料代表性。此外，本發(fā)明優(yōu)選空間插值方法保證設(shè)計(jì)風(fēng)速空間分布的合理性和穩(wěn)定性。本發(fā)明是一種風(fēng)速計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確的沿海地區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的空間取值方法。
【IPC分類】G06F19-00, G06F17-50
【公開號(hào)】CN104573363
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510007103
【發(fā)明人】厲天威, 潘春平, 李銳海, 羅兵, 江巳彥, 趙建華, 廖永力, 蔡彥楓, 王國利, 劉磊, 張燦亨
【申請(qǐng)人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日