基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電線路覆冰增長預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為大型復(fù)雜生命線系統(tǒng)的重要組成部分，電力系統(tǒng)的安全性問題直接影響國家 的生產(chǎn)建設(shè)和人民的生活秩序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)的故障，除了運(yùn)行設(shè)備故障、人為操作失 誤外，很大一部分源于自然災(zāi)害。而這其中輸電線路的冰災(zāi)是威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要災(zāi) 害之一。因此，開展輸電線路覆冰增長的預(yù)測，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)覆冰的提前應(yīng)對，有效減少倒 塔斷線事故和跳閘事故的發(fā)生，提升電網(wǎng)抵御冰凍雨雪災(zāi)害的能力，大幅提高輸配電和供 電的可靠性。同時(shí)大幅減少由于電網(wǎng)冰災(zāi)引起的國民經(jīng)濟(jì)損失，維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定。
[0003] 目前國內(nèi)外的輸電線路覆冰預(yù)測研究主要考慮輸電線路在特定氣象條件下電網(wǎng) 覆冰增長的微觀過程，如具有代表性的Imai模型、Lenhard模型、Goodwin模型、Chaine模 型和Makkonen模型。這些模型都沒有考慮海拔高度對氣溫的影響，卻由于氣象場數(shù)據(jù)的限 制，只能實(shí)現(xiàn)30kmX30km較粗網(wǎng)格的電網(wǎng)覆冰增長預(yù)報(bào)，而針對微氣象為地形區(qū)域的電網(wǎng) 覆冰增長則無法預(yù)測，造成預(yù)報(bào)誤差，導(dǎo)致特殊微地形微氣象區(qū)域的斷線倒塔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對目前電網(wǎng)覆冰短期預(yù)測網(wǎng)格精度不高、預(yù)測結(jié) 果過于粗糙的現(xiàn)狀，提出了一種基于大氣數(shù)值模式-WRF(Weather Research Forecast)的 輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，使用該方法可以利用大氣數(shù)值模式的預(yù)報(bào)結(jié)果提供精細(xì)化的 電網(wǎng)覆冰增長預(yù)測。
[0005] 本方法的解決方案為：所提供的這種基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測 方法，系利用大氣數(shù)值模式（WRF)的輸出結(jié)果，包括預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)每一個(gè)小時(shí)不同高度層的 氣壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水等與輸電線路覆冰相關(guān)的氣象因子及地形高度場數(shù)據(jù)，使用電 網(wǎng)覆冰增長模型公式計(jì)算未來預(yù)測各時(shí)次的覆冰增長趨勢。該方法包括如下步驟：
[0006] 利用WRF得到各個(gè)時(shí)刻、預(yù)測區(qū)域的近地面風(fēng)速V1、近地面溫度T1、預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)的 降水量R1、輸電線路處地形高度H、風(fēng)向α數(shù)據(jù)；
[0007] 根據(jù)下式計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的該段線路覆冰增長量AL1:
[0009] 其中，L11表示上一時(shí)刻線路覆冰厚度，β為線路走向與水平夾角，μ取值為 0. 25〇
[0010] 所述近地面指距離地面高度2m處。
[0011] WRF使用NCEP提供的全球地形數(shù)據(jù)。WRF氣象數(shù)據(jù)源為ECMWF、GFS、JMGSM或 NCEP2〇
[0012] WRF選取模式嵌套方案，根據(jù)微地形位置及氣候特點(diǎn)確定網(wǎng)格中心點(diǎn)選擇，根據(jù)微 地形范圍確定嵌套網(wǎng)格精度。
[0013] 本發(fā)明方法的有益效果是：
[0014] 1)由于利用WRF的輸出結(jié)果，更重要的是提出了一個(gè)全新的、更準(zhǔn)確的電網(wǎng)覆冰 增長量計(jì)算公式，可準(zhǔn)確預(yù)測具體線路覆冰增長趨勢；
[0015] 2)可操作性強(qiáng)，數(shù)據(jù)來源豐富，WRF模式可支持多種不同氣象數(shù)據(jù)源如ECMWF、 GFS、JMAGSM、NCEP2等氣象場數(shù)據(jù)；
[0016] 3)預(yù)報(bào)精度高，可給出不同微地形區(qū)域精細(xì)化的覆冰數(shù)值預(yù)報(bào)，并且可根據(jù)微地 形大小及微地形范圍調(diào)整分辨率；
[0017] 4)可精確的指導(dǎo)輸電線路運(yùn)行人員開展電網(wǎng)融、除冰工作，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn) 行，有效提高除冰效率，優(yōu)化資源配置，減小電網(wǎng)冰災(zāi)對輸電線路造成的損失。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
[0019] 圖2為湖南省網(wǎng)格嵌套方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明從WRF輸出結(jié)果的過程（下述步驟1~6)均為采用現(xiàn)有的流程進(jìn)行。以 湖南為例，基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法具體實(shí)施步驟如下：
[0021] 1、WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)環(huán)境設(shè)置。將WRF程序集放置到統(tǒng)一目錄當(dāng)中，標(biāo)記該目 錄為WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)目錄。并對程序的編譯環(huán)境、預(yù)處理環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境、后處理 環(huán)境進(jìn)行配置；
[0022] 2、收集WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)所需的地形場數(shù)據(jù)。收集NCEP提供的全球地形 場數(shù)據(jù)，將地形場數(shù)據(jù)添加到步驟（1)所搭建的WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)中；
[0023] 3、模式最優(yōu)參數(shù)化方案選取。選用不同參數(shù)化方案配置方法，對比WRF模式輸出 結(jié)果，通過采用線性插值三角網(wǎng)法處理到實(shí)際站點(diǎn)，并與實(shí)際站點(diǎn)資料進(jìn)行對比，選取模式 最優(yōu)參數(shù)化方案如下：
[0024] 表1湖南模式參數(shù)化選擇方案
CN 105184407 A I兄明書 3/3 頁
[0027] 4、模式嵌套方案選取。設(shè)定模式嵌套層數(shù)，對微地形區(qū)域覆冰歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 根據(jù)微地形位置及氣候特點(diǎn)確定網(wǎng)格中心點(diǎn)選擇，根據(jù)微地形范圍確定嵌套網(wǎng)格精度。
[0028] 針對湖南，選取三層嵌套方案（具體分辨率為27km X 27km、9km X 9km、3km X 3km)， 27km網(wǎng)格覆蓋整個(gè)中國區(qū)域，湖南天氣受青藏高原影響較大，9km網(wǎng)格覆蓋青藏高原區(qū)域， 3km網(wǎng)格覆蓋整個(gè)湖南區(qū)域，見圖2。
[0029] 5、收集WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)所需的氣象場數(shù)據(jù)。確定所需預(yù)報(bào)時(shí)段，收集相 應(yīng)時(shí)段的ECMffF(歐洲中心）氣象場數(shù)據(jù)；
[0030] 6、WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)計(jì)算。根據(jù)步驟（3)和步驟（4)所確定的模式參數(shù)化方案 和嵌套方案，以步驟（2)和步驟（5)中收集的地形場數(shù)據(jù)和氣象場數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)行WRF中 尺度氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)。得到相應(yīng)預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)各個(gè)時(shí)刻內(nèi)的預(yù)報(bào)結(jié)果；
[0031] 7、提取不同高度層的氣象要素。通過步驟（6)得到的預(yù)報(bào)結(jié)果，根據(jù)湖南電網(wǎng)輸 電線路坐標(biāo)，提取出不同時(shí)刻、預(yù)測區(qū)域近地面（近地面指距離地面高度2m)溫度T1、近地 面風(fēng)速V1、風(fēng)向α、預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)的降水量R1等與輸電線路覆冰相關(guān)的氣象因子及地形高度 場數(shù)據(jù)Η。
[0032] 8、計(jì)算電網(wǎng)覆冰增長量，結(jié)合步驟（7)提取的氣象因子，結(jié)合線路走向因子β，計(jì) 算出相應(yīng)時(shí)刻的該段線路覆冰增長量△ Q。
[0034] 其中：△ L1表示線路覆冰增長量，單位：mm ;
[0035] Li i表示上一時(shí)刻線路覆冰厚度，單位為：mm ;
[0036] \^表示該時(shí)刻近地面風(fēng)速，單位：m/s ;
[0037] 1\表示該時(shí)刻近地面溫度，單位：°C ;
[0038] R1表示預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)的降水量，單位mm ;
[0039] H表示輸電線路處地形高度（海拔），單位:m ;
[0040] c[表不風(fēng)向，單位：° (東風(fēng)是0度，北風(fēng)是90度，西風(fēng)是180度，南風(fēng)是270度）；
[0041] β表示線路走向因子，為線路走向與水平方向所呈角度，單位：° ;
[0042] μ表示高度訂正系數(shù)，取值為：〇· 25。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，其特征在于包括： 利用WRF得到各個(gè)時(shí)刻、預(yù)測區(qū)域的近地面風(fēng)速V1、近地面溫度T1、預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)的降水 量R1、輸電線路處地形高度H、風(fēng)向α數(shù)據(jù)； 根據(jù)下式計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的該段線路覆冰增長量△ L1:其中，L11表示上一時(shí)刻線路覆冰厚度，β為線路走向與水平夾角，μ取值為0.25。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，其特征在 于所述近地面指距離地面高度2m處。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，其特征在 于WRF使用NCEP提供的全球地形數(shù)據(jù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，其特征在 于 WRF 氣象數(shù)據(jù)源為 ECMffF、GFS、JMAGSM 或 NCEP2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，其特征在 于WRF選取模式嵌套方案，根據(jù)微地形位置及氣候特點(diǎn)確定網(wǎng)格中心點(diǎn)選擇，根據(jù)微地形 范圍確定嵌套網(wǎng)格精度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于大氣數(shù)值模式的輸電線路覆冰增長預(yù)測方法，包括：利用WRF得到各個(gè)時(shí)刻、預(yù)測區(qū)域的近地面風(fēng)速Vi、近地面溫度Ti、預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)的降水量Ri、輸電線路處地形高度H、風(fēng)向α數(shù)據(jù)；根據(jù)公式計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的該段線路覆冰增長量ΔLi。采用本發(fā)明方法可準(zhǔn)確預(yù)測具體線路覆冰增長趨勢；可操作性強(qiáng)，數(shù)據(jù)來源豐富；預(yù)報(bào)精度高，可給出不同微地形區(qū)域精細(xì)化的覆冰數(shù)值預(yù)報(bào)，并且可根據(jù)微地形大小及微地形范圍調(diào)整分辨率；可精確的指導(dǎo)輸電線路運(yùn)行人員開展電網(wǎng)融、除冰工作，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效提高除冰效率，優(yōu)化資源配置，減小電網(wǎng)冰災(zāi)對輸電線路造成的損失。
【IPC分類】G06Q10/04, G06Q50/06
【公開號】CN105184407
【申請?zhí)枴緾N201510579166
【發(fā)明人】陸佳政, 張 杰, 張紅先, 方針, 李波, 徐勛建
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司防災(zāi)減災(zāi)中心
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月11日