基于連續(xù)雨凇日數(shù)的輸電線路覆冰厚度增長(zhǎng)率分布圖繪制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于連續(xù)雨凇日數(shù)的輸電線路覆冰厚 度增長(zhǎng)率分布圖繪制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路覆冰是大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要災(zāi)害之一。當(dāng)線路發(fā)生嚴(yán)重覆冰 時(shí)，特別是在短時(shí)間內(nèi)輸電線路覆冰快速增長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生倒塔、斷線等電網(wǎng)事故的風(fēng)險(xiǎn)概率大 大提升。
[0003] 現(xiàn)有的覆冰分布圖繪制技術(shù)中，主要是利用試驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)公式得出覆冰厚度， 然后計(jì)算覆冰厚度重現(xiàn)期，得到不同重現(xiàn)期下的覆冰厚度，并繪制指定區(qū)域覆冰厚度的空 間分布。然而，在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，冰區(qū)圖上覆冰厚度相同的區(qū)域，其覆冰增長(zhǎng)速度存 在很大的差異，對(duì)于電網(wǎng)造成的危害程度明顯不同。如2014年2月8-10日湖南岳陽(yáng)微地 形區(qū)域輸電線路在凍雨發(fā)生期間覆冰厚度迅速增長(zhǎng)，平均覆冰厚度增長(zhǎng)率達(dá)到了 5_/天， 導(dǎo)致輸電線路發(fā)生跳閘。此外，冰區(qū)圖采用的覆冰厚度計(jì)算公式多為試驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)公式， 公式適用范圍有限，考慮電網(wǎng)實(shí)際覆冰厚度增長(zhǎng)情況的較少，計(jì)算結(jié)果的應(yīng)用性不強(qiáng)。
[0004] 為此，有必要開(kāi)展針對(duì)輸電線路覆冰厚度增長(zhǎng)速率的分布圖繪制，為電網(wǎng)提前部 署抗冰措施，制定抗冰決策提供科學(xué)有效的指導(dǎo)，保障輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于連續(xù)雨凇 日數(shù)的輸電線路覆冰厚度增長(zhǎng)率分布圖繪制方法，使用該方法可為電網(wǎng)抗冰部署提供科學(xué) 的、可靠的、全面的指導(dǎo)，該方法思路新穎、流程清晰、準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)。
[0006] 本發(fā)明的解決方案是：
[0007] -種基于連續(xù)雨凇日數(shù)的輸電線路覆冰厚度增長(zhǎng)率分布圖繪制方法，包括以下步 驟：
[0008] (1)建立覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)：
[0009] 根據(jù)氣象部門各個(gè)氣象觀測(cè)站的氣象要素?cái)?shù)據(jù)，包括電線覆冰厚度、歷史每年冬 季（12月-次年2月）每日雨凇現(xiàn)象觀測(cè)記錄、風(fēng)速、每日總降水量和連續(xù)降水時(shí)長(zhǎng)，建立 氣象覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0010] 根據(jù)電力部門各個(gè)人工觀測(cè)哨的氣象記錄數(shù)據(jù)，包括輸電線路覆冰厚度、雨凇現(xiàn) 象觀測(cè)記錄、風(fēng)速、每日總降水量和連續(xù)降水時(shí)長(zhǎng)，建立電力覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0011] 其中，并非每個(gè)站點(diǎn)都有相應(yīng)的線路覆冰厚度數(shù)據(jù)；
[0012] (2)初步估計(jì)各站點(diǎn)各個(gè)連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段（即連續(xù)多日發(fā)生雨凇現(xiàn)象的時(shí)段） 的累積覆冰厚度，站點(diǎn)包括氣象觀測(cè)站和人工觀測(cè)哨；
[0013] 通過(guò)步驟（1)建立的氣象覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)和電力覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)出歷史每年冬 季（12月-次年2月）連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段，及各個(gè)連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)；利用氣象覆冰 數(shù)據(jù)庫(kù)和電力覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，根據(jù)覆冰厚度增長(zhǎng)公式，計(jì)算第i年第j個(gè)連續(xù)雨 凇發(fā)生時(shí)段的累積覆冰厚度的初步估計(jì)值T lj, (i = 1，2, . . .，n)，（j = 1，2, . . .，m)，其中 η為總的歷史年數(shù)，m為第i年連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的個(gè)數(shù)；
[0014] (3)確定覆冰厚度回歸校正模型，并計(jì)算各個(gè)連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的累積覆冰厚度 的校正值；
[0015] (3. 1)建立覆冰厚度回歸校正模型& = <37； + Z?;其中，A7表示第i年第j個(gè)連續(xù) 雨凇發(fā)生時(shí)段的累積覆冰厚度的校正值，a和b為回歸參數(shù)；
[0016] (3. 2)將記錄有輸電線路覆冰厚度的站點(diǎn)作為樣本，利用步驟（1)中的樣本的輸 電線路覆冰厚度和步驟（2)中樣本的累積覆冰厚度的初步估計(jì)值，采用最小二乘法計(jì)算回 歸參數(shù)a和b ;
[0017] (3.3)計(jì)算第i年第j個(gè)連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的累積覆冰厚度的校正值
L0018」 （4)計(jì)算干均覆冰増長(zhǎng)運(yùn)卒；
[0019] (4. 1)根據(jù)步驟（3. 3)計(jì)算得到的和連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算第i年第 j個(gè)連續(xù)雨淞發(fā)生時(shí)段的平均覆冰增長(zhǎng)速率Xu, (i = 1，2，. . .，n)，（j = 1，2，. . .，m)，計(jì)算 公式為：
[0020]
[0021] (4. 2)計(jì)算第i年的最大平均覆冰厚度增長(zhǎng)速率Xi, (i = 1，2, ···，η)，計(jì)算公式 為：
[0022] Xi= max (X il; xi2,…，Xij,…，xim)
[0023] (5)覆冰增長(zhǎng)率重現(xiàn)期計(jì)算；
[0024] 根據(jù)步驟（4)中計(jì)算得到的單一站點(diǎn)的每年最大平均覆冰厚度增長(zhǎng)速率，利用概 率分布函數(shù)，計(jì)算單一站點(diǎn)不同重現(xiàn)期下的覆冰厚度增長(zhǎng)速率值；
[0025] 依次計(jì)算所有站點(diǎn)在不同重現(xiàn)期下的平均覆冰厚度增長(zhǎng)速率；
[0026] (6)將步驟（5)的計(jì)算結(jié)果插值、平滑與電網(wǎng)GIS展示；
[0027] 根據(jù)展示區(qū)域的要求，確定電網(wǎng)GIS展示空間經(jīng)度與煒度范圍，并確定空間插值 分辨率；根據(jù)分辨率，將空間范圍等分為若干網(wǎng)格；
[0028] 將步驟（5)計(jì)算得到的展示區(qū)域內(nèi)所有站點(diǎn)在不同重現(xiàn)期下的平均覆冰增長(zhǎng)速 率，利用插值方法，插值到劃分的網(wǎng)格點(diǎn)上，并對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行平滑處理，并在電網(wǎng)GIS平 臺(tái)上進(jìn)行圖像展示，輸出分布圖繪制結(jié)果。
[0029] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中，覆冰厚度增長(zhǎng)公式采用JONES模型，公式如下：
[0030]
[0031] 其中，P i為冰的密度，取值0. 8g/cm3, P。為水的密度，取值lg/cm3, p為每日總降 水量，w為液態(tài)水含量，是每日總降水量p的函數(shù)，w = 0. 067ρα846;ν為風(fēng)速，h為連續(xù)降水 日數(shù)。
[0032] 進(jìn)一步地，所述步驟（3. 2)中，考慮到不同海拔地區(qū)覆冰的差異性，將站點(diǎn)按照海 拔分類，分別計(jì)算回歸參數(shù)a和b，建立相應(yīng)海拔范圍內(nèi)站點(diǎn)的覆冰厚度回歸校正模型。
[0033] 進(jìn)一步地，所述步驟（5)中，利用皮爾遜-III型概率分布函數(shù)進(jìn)行重現(xiàn)期的計(jì)算， 皮爾遜-III型概率分布函數(shù)如下：
[0037] 其中，P(X1)為概率密度函數(shù)，表示最大平均覆冰厚度增長(zhǎng)速率X1的發(fā)生概率， Γ ( α )為伽瑪函數(shù)，！為X1的平均值；
[0038] 將步驟（4)計(jì)算得到的單一站點(diǎn)每年最大覆冰增長(zhǎng)速率帶入到公式當(dāng)中，得到不 同概率密度下的覆冰厚度增長(zhǎng)率曲線，根據(jù)概率ρ (X1)與重現(xiàn)期T的關(guān)系T = +，得到該 站點(diǎn)不同重現(xiàn)期下的平均覆冰厚度增長(zhǎng)速率。
[0039] 有益效果：
[0040] 本發(fā)明考慮了連續(xù)雨凇發(fā)生的情況下輸電線路覆冰厚度的增長(zhǎng)情況，并進(jìn)行歷史 覆冰厚度增長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)構(gòu)建，計(jì)算出覆冰厚度增長(zhǎng)率的重現(xiàn)期，并利用插值方法，將不同重 現(xiàn)期的計(jì)算結(jié)果插值到網(wǎng)格點(diǎn)上，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)分布圖進(jìn)行了局部調(diào)整，得到實(shí)際 應(yīng)用性強(qiáng)的輸電線路覆冰厚度增長(zhǎng)率分布圖。具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0041] 1、本發(fā)明調(diào)理清晰、可操作性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)，填補(bǔ)了目前尚無(wú)覆冰增長(zhǎng)率分布圖繪 制技術(shù)的空白。
[0042] 2、本發(fā)明適用性廣，移植性好，采用該方法能夠繪制任意區(qū)域的覆冰厚度增長(zhǎng)速 率分布圖。
[0043] 3、本發(fā)明提出的歷史覆冰增長(zhǎng)率的計(jì)算方法和校正方法，能夠科學(xué)合理的反應(yīng)歷 史覆冰過(guò)程中覆冰厚度的增長(zhǎng)情況，為研究歷史覆冰增長(zhǎng)規(guī)律提供了重要的突破點(diǎn)；
[0044] 4、采用本發(fā)明繪制的輸電線路覆冰增長(zhǎng)率分布圖，對(duì)于科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)有效部署 抗冰措施，制定融冰決策，提供了重要的參考依據(jù)，減小電網(wǎng)因覆冰造成的損失。
[0045] 5、本發(fā)明基于氣象部門各個(gè)氣象觀測(cè)站的氣象要素?cái)?shù)據(jù)和電力部門各個(gè)人工觀 測(cè)哨的氣象記錄數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史覆冰厚度增長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，觀測(cè)站點(diǎn)多，精度更高。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步具體說(shuō)明。
[0048] 實(shí)施例1 :
[0049] 以湖南為例，如圖1所示，基于連續(xù)雨凇日數(shù)的湖南電網(wǎng)覆冰增長(zhǎng)率分布圖繪制 的具體實(shí)施過(guò)程如下：
[0050] (1)建立覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0051] 將湖南歷史電線覆冰厚度，歷年（1951 - 2013年共63年）雨凇現(xiàn)象觀測(cè)記錄、氣 象站點(diǎn)降水、風(fēng)速數(shù)據(jù)建立湖南氣象覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)；將2011 - 2013年每次覆冰過(guò)程湖南電網(wǎng) 人工覆冰觀測(cè)哨記錄的覆冰發(fā)生時(shí)段、覆冰厚度、雨凇現(xiàn)象觀測(cè)記錄、每日總降水量、連續(xù) 降水時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)速建立為湖南電網(wǎng)覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0052] (2)初步估計(jì)各站點(diǎn)各個(gè)連續(xù)雨凇發(fā)生時(shí)段的累積覆冰厚度，站點(diǎn)包括氣象觀測(cè) 站和人工觀測(cè)哨；根據(jù)基于物理過(guò)程的覆冰厚度增長(zhǎng)公式，利用步驟（1)建立的湖南電網(wǎng) 覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和氣象覆冰數(shù)據(jù)庫(kù)，采用JONES模型初步估算覆冰厚度，公式如下：