一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置，先对接收的数值气象数据进行解析，并确定输电线路与风向的夹角和随机风速，然后计算随机风荷载和输电线路的水平位移，最后确定绝缘子动态风偏角，并对输电线路风偏状态进行预报，实现基于数值气象数据和绝缘子动态风偏角的输电线路风偏预报，提高了输电线路风偏状态预报结果的准确度。本发明专利技术提供的技术方案对目标输电线路风偏状态的提前预报，为及时、有效地开展输电线路风偏灾害防治提供了技术支撑，在电网防灾减灾领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置
本专利技术涉及输电线路防灾减灾
，具体涉及一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置。
技术介绍
输电线路风偏是指绝缘子串及其悬挂的输电线路在风荷载作用下产生的风偏摇摆现象。风偏可能造成严重的电气、机械故障，对电网安全稳定运行危害较大。为了提高运维阶段输电线路风偏防治工作的针对性和时效性，开展风偏预报十分必要。风偏角是描述输电线路风偏的关键指标，现有技术中的风偏研究主要通过刚体直棒法求解绝缘子串的最大静风偏角，解决了设计阶段静态风偏角及其模型参数的计算问题，却无法实现输电线路动态风偏角的实时预报和预警。准确预报输电线路的风偏角存在两方面困难：1)由于风场的不确定性及微地形因素，线路所在位置的实际风荷载与气象站点观测值有所差异，风偏角预报时应尽量采用实际输电线路处的风场数据；2)由于风场的脉动效应，基于平均风荷载计算得到的静态风偏角不能准确预报输电线路风偏状态。现有技术基于数值天气预报结果进行输电线路风偏闪络预警，但主要是针对静态风偏角和风偏闪络电压的预测，缺乏输电线路动态风偏角的预报，输电线路风偏状态预报结果准确度低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中输电线路风偏状态预报结果准确度的不足，本专利技术提供一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法和装置，先对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速，然后根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移，最后根据输电线路的水平位移确定绝缘子动态风偏角，并根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报，实现基于数值气象数据和绝缘子动态风偏角的输电线路风偏预报，提高了输电线路风偏状态预报结果的准确度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，包括：对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速；根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移；根据输电线路的水平位移确定绝缘子动态风偏角，并根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报。所述对接收的数值气象数据进行解析，包括：通过地理信息系统对数值气象数据进行坐标矫正，得到坐标矫正后的数值气象数据，并将坐标矫正后的数值气象数据进行保存；将所有杆塔按照杆塔所在的地理坐标定位到与坐标矫正后的数值气象数据相同精度的网格中，按照杆塔所在的行和列，通过网格索引得到解析后的气象数据，所述解析后的气象数据包括数值气象数据对应的输电线路处的平均风速和风向。根据解析后的气象数据，按下式确定输电线路与风向的夹角：θ＝arctan|(k2-k1)/(1+k1k2)|其中，θ表示输电线路与风向的夹角，k1表示输电线路斜率，k2表示风向斜率。根据解析后的气象数据按下述过程确定随机风速：根据标准高度处平均风速，通过确定参考高度处的平均风速，根据并通过谐波叠加法得到随机风速；其中，表示参考高度处的平均风速，v表示标准高度处的平均风速，β表示地貌粗糙度指数。根据输电线路与风向的夹角和随机风速，按下式计算随机风荷载：F(t)＝0.625αμscdv(t)2Lsin2θ其中，F(t)表示t时刻的随机风荷载，v(t)表示t时刻的随机风速，α表示风压不均匀系数，μsc表示输电线路的体型系数，d表示输电线路的外径，L表示输电线路的跨度。所述根据随机风荷载计算输电线路的水平位移包括：按下式确定输电线路的非线性有限元动力方程：Md″(t)+Cd′(t)+Kd(t)＝F(t)其中，M表示绝缘子的质量矩阵，C表示绝缘子的刚度矩阵，K表示绝缘子的阻尼矩阵，d(t)表示输电线路的水平位移，d′(t)表示d(t)的一次导数，d″(t)表示d(t)的二次导数；求解输电线路的非线性有限元动力方程，得到d(t)。根据输电线路的水平位移，按下式确定绝缘子动态风偏角：其中，表示t时刻绝缘子动态风偏角，l表示绝缘子长度。另一方面，本专利技术提供一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报装置，包括：确定模块，用于对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速；计算模块，用于根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移；预报模块，用于根据输电线路的水平位移确定绝缘子动态风偏角，并根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报。所述确定模块包括：接收单元，采用文件传输协议并按照预设间隔接收数值气象数据，所述数值气象数据包括标准高度处的平均风速和风向。所述确定模块包括：解析单元，用于对接收的数值气象数据按下述过程进行解析：通过地理信息系统对数值气象数据进行坐标矫正，得到坐标矫正后的数值气象数据，并将坐标矫正后的数值气象数据进行保存；将所有杆塔按照杆塔所在的地理坐标定位到与坐标矫正后的数值气象数据相同精度的网格中，按照杆塔所在的行和列，通过网格索引得到解析后的气象数据，所述解析后的气象数据包括数值气象数据对应的输电线路处的平均风速和风向。所述确定模块包括：夹角确定单元，用于根据解析后的气象数据，按下式确定输电线路与风向的夹角：θ＝arctan|(k2-k1)/(1+k1k2)|其中，θ表示输电线路与风向的夹角，k1表示输电线路斜率，k2表示风向斜率。随机风速确定单元，用于根据解析后的气象数据按下述过程确定随机风速：根据标准高度处平均风速，通过确定参考高度处的平均风速，根据并通过谐波叠加法得到随机风速；其中，表示参考高度处的平均风速，v表示标准高度处的平均风速，β表示地貌粗糙度指数。所述计算模块包括：随机风荷载计算单元，用于根据输电线路与风向的夹角和随机风速，按下式计算随机风荷载：F(t)＝0.625αμscdv(t)2Lsin2θ其中，F(t)表示t时刻的随机风荷载，v(t)表示t时刻的随机风速，α表示风压不均匀系数，μsc表示输电线路的体型系数，d表示输电线路的外径，L表示输电线路的跨度。所述计算模块还包括水平位移计算单元，所述水平位移计算单元包括：方程确定单元，用于按下式确定输电线路的非线性有限元动力方程：Md″(t)+Cd′(t)+Kd(t)＝F(t)其中，M表示绝缘子的质量矩阵，C表示绝缘子的刚度矩阵，K表示绝缘子的阻尼矩阵，d(t)表示输电线路的水平位移，d′(t)表示d(t)的一次导数，d″(t)表示d(t)的二次导数；求解单元，用于求解输电线路的非线性有限元动力方程，得到d(t)。所述预报模块包括：动态风偏角确定单元，用于根据输电线路的水平位移，按下式确定绝缘子动态风偏角：其中，表示t时刻绝缘子动态风偏角，l表示绝缘子长度；预报单元，根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法中，先对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速，然后根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移，最后根据输电线路的水平位移确定绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，包括：对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速；根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移；根据输电线路的水平位移确定绝缘子动态风偏角，并根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报。

【技术特征摘要】
1.一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，包括：对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速；根据输电线路与风向的夹角和随机风速计算随机风荷载，并根据随机风荷载计算输电线路的水平位移；根据输电线路的水平位移确定绝缘子动态风偏角，并根据绝缘子动态风偏角对输电线路风偏状态进行预报。2.根据权利要求1所述的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，所述对接收的数值气象数据进行解析，包括：通过地理信息系统对数值气象数据进行坐标矫正，得到坐标矫正后的数值气象数据，并将坐标矫正后的数值气象数据进行保存；将所有杆塔按照杆塔所在的地理坐标定位到与坐标矫正后的数值气象数据相同精度的网格中，按照杆塔所在的行和列，通过网格索引得到解析后的气象数据，所述解析后的气象数据包括数值气象数据对应的输电线路处的平均风速和风向。3.根据权利要求1所述的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，根据解析后的气象数据，按下式确定输电线路与风向的夹角：θ＝arctan|(k2-k1)/(1+k1k2)|其中，θ表示输电线路与风向的夹角，k1表示输电线路斜率，k2表示风向斜率；根据解析后的气象数据按下述过程确定随机风速：根据标准高度处平均风速，通过确定参考高度处的平均风速，根据并通过谐波叠加法得到随机风速；其中，表示参考高度处的平均风速，v表示标准高度处的平均风速，β表示地貌粗糙度指数。4.根据权利要求3所述的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，根据输电线路与风向的夹角和随机风速，按下式计算随机风荷载：F(t)＝0.625αμscdv(t)2Lsin2θ其中，F(t)表示t时刻的随机风荷载，v(t)表示t时刻的随机风速，α表示风压不均匀系数，μsc表示输电线路的体型系数，d表示输电线路的外径，L表示输电线路的跨度。5.根据权利要求4所述的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，所述根据随机风荷载计算输电线路的水平位移包括：按下式确定输电线路的非线性有限元动力方程：Md″(t)+Cd′(t)+Kd(t)＝F(t)其中，M表示绝缘子的质量矩阵，C表示绝缘子的刚度矩阵，K表示绝缘子的阻尼矩阵，d(t)表示输电线路的水平位移，d′(t)表示d(t)的一次导数，d″(t)表示d(t)的二次导数；求解输电线路的非线性有限元动力方程，得到d(t)。6.根据权利要求5所述的基于数值气象数据的输电线路风偏预报方法，其特征在于，根据输电线路的水平位移，按下式确定绝缘子动态风偏角：其中，表示t时刻绝缘子动态风偏角，l表示绝缘子长度。7.一种基于数值气象数据的输电线路风偏预报装置，其特征在于，包括：确定模块，用于对接收的数值气象数据进行解析，并根据解析后的气象数据确定输电线路与风向的夹角和随机风速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，刘彬，杨加伦，费香泽，李丹煜，展雪萍，姬昆鹏，张立春，赵彬，司佳钧，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11