一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法技术

本发明专利技术涉及一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，与现有技术相比解决了尚无能够针对飑线风进行预测的缺陷。本发明专利技术包括以下步骤：地理信息的划分；气象信息的获取和预处理；高危网格范围的确定；输电线路杆塔的数据插值处理；飑线风预测分析，以线路杆塔为载体分析出飑线风行进路径的粗线路和细线路，并进行连线形成飑线风行进路径的预测。本发明专利技术基于飑线风对输电线路杆塔的影响，从空间效应、时空交互效应和影响因素的共同作用来预测飑线风的行进路径。

A prediction method for squall line ventilation path based on transmission line towers

The invention relates to a squall line wind path prediction method with transmission line poles and towers as carriers, and solves the defect that no squall line wind prediction can be made yet compared with the prior art. The invention comprises the following steps: division of geographic information; acquisition and pretreatment of meteorological information; determination of high-risk grid range; data interpolation processing of transmission line tower; squall line wind prediction analysis; analysis of thick and thin lines of squall line wind path with line tower as carrier, and connecting lines to form squall line wind. Prediction of moving path. Based on the influence of squall wind on transmission line towers, the method predicts the traveling path of squall wind from the joint action of space effect, space-time interaction effect and influencing factors.

【技术实现步骤摘要】
一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法
本专利技术涉及大数据分析
，具体来说是一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法。
技术介绍
飑线是一种范围小有强风并伴随着雷暴大雨或冰雹等对流性天气的快速移动的中小尺度天气系统，飑线风沿高度方向的分布与普通的近地风不同，前者呈现出中间大、两头小的葫芦状分布。飑线风风速从地表开始迅速急剧增大，在距离地面大约60m高度处达到最大，然后随着高度的增加又迅速减小。由于目前500kV输电线路的导地线大约位于20--60m的高处，该高度也是飑线风的风速急剧增加直至达到最大的高度，因此飑线风是对高压输电线路威胁最大的一种强风暴，其对输电线路的威胁和破坏非常大。由于气象预测的复杂性，目前尚无基于气象条件而进行的飑线风预测。正是基于飑线风与输电线路杆塔略为近似的高度，飑线风对输电线路杆塔的破坏也最为直接。因此，如何基于输电线路杆塔而进行飑线风的预测已经成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中尚无能够针对飑线风进行预测的缺陷，提供一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法来解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，包括以下步骤：地理信息的划分，基于电力地理信息系统根据经纬度对地面区域进行自定义划分，将地面区域划分为网格状，并保存网格数据、线路信息、网格内包含的输电线路杆塔信息；气象信息的获取和预处理，利用来自WRF预报获得的预报数值计算K指数和对流有效位能CAPE值；高危网格范围的确定，基于K指数和对流有效位能CAPE值确定高危大区，将高危大区与地面网络进行对应关联，确定高危网格范围；输电线路杆塔的数据插值处理，通过克里金插值法将气象要素数据插值在高危网格内的输电线路杆塔上；飑线风预测分析，以线路杆塔为载体分析出飑线风行进路径的粗线路和细线路，并进行连线形成飑线风行进路径的预测。所述气象信息的获取和预处理包括以下步骤：从WRF预报获取包括温度、湿度、气压、降雨、风速和风向在内的预报数值；计算K指数，其计算公式如下：K＝(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)，其中，K为大气静力稳定度的定量指标，K值越大，表示大气静力越不稳定，其产生飑线的概率越高，T为温度，TD为露点，下标D为等压面数值；计算对流有效位能CAPE值，其计算公式如下：其中，Zf为自由对流高度；Zn为平衡高度，浮力为零；Tv,parcel为气块的虚温；Tv,env为环境的虚温；g为标准重力。所述高危网格范围的确定包括以下步骤：获取K指数，根据K指数确定K值大于30的K大值中心分布图；获取对流有效位能CAPE值，设定对流有效位能CAPE值大于1000J/Kg以上为不稳定的大值大气状态，确定CAPE的大值中心分布图；设t时刻K大值中心或CAPE大值中心坐标为(Xt,yt),含有输电线路的各个网格中心i坐标为(xi,yi)，计算含有线路的各个网格中心到大值区中心的距离Lit，其计算公式如下：Lit＝R*arccos(sinyi*sinyt+cosyi*cosyt*cos(xt-xi))，其中，R为地球半径；将Lit设定为预计出现飑线危及网格范围的阈值范围，设飑线水平尺度的最大长度或最大宽度为L0,当Lit≤L0受飑线影响较大，有事故风险，定义为高危网格，Lit＞L0受飑线影响较小，无事故风险。所述输电线路杆塔的数据插值处理包括以下步骤：设位于高危网格范围内时空位置(s0,t0)待插值杆塔d的估计值为s0为网格中杆塔d的经纬度，t0为时间；设与待插值杆塔d相距为的相邻网格中心点数为L(hs,ht)，T设为1+n小时，n＝0,1,2,…,23，其中，hs为空间距离，ht为时间间隔，每个网格中心点的任一气象数据观测值为Zd(si,ti)；利用以下插值公式对杆塔d进行气象插值，其中，αi为杆塔d临近网格中心点任一气象预报值Zd(si,ti)的加权系数；根据杆塔d邻近网格中心点数为L(hs,ht)，每个网格中心点的任一气象数据预报值为Zd(si,ti)，通过如下变差函数计算时空变异值rd(hs,ht)，即相距为(hs,ht)的任两个网格中心点之间的半方差：Zd(si+hs,ti+ht)为与网格中心点(si,ti)相距为(hs,ht)的网格中心点任一气象数据预报值；则插值公式中权重α通过如下方程组求得：rd(hs0,ht0)为与待插值杆塔d相距为h＝(hs,ht)的相邻网格中心中任一网格中心点与待插值杆塔d直接的半方差。μ为拉格朗日乘子。所述飑线风预测分析包括以下步骤：计算t时刻所有高危网格的危险系数Lit'，其中，高危网格的危险系数Lit'计算公式如下：Lit'＝Lit-L0；飑线风行进路径的粗分析，将t时刻高危网格的危险系数Lit'从大至小进行排列，对高危网格的危险系数Lit'从大至小的序列进行路径连线，形成飑线风t时刻行进路径的粗线路；飑线风行进路径的细分析，以线路杆塔为载体对高危网格内的飑线风行进路径进行细分析，形成高危网格内的飑线风行进路径的细线路。所述的飑线风行进路径的细分析包括以下步骤：对高危网格内的杆塔d进行分析，设定其分为共同稳定变化部分和时空交互作用导致的局部不稳定部分；设输电线路杆塔飑线预受灾的网格i在t时刻的数据为Ait，其包括共同稳定变化部分Bit和时空交互作用导致的局部不稳定部分Cit，其表达式如下：Ait＝Bi∪CiBit＝Oi+b0t*+VtCit＝b1it*+ζit其中，Bit为稳定变化部分，为网格i区域在共同的时间趋势基础上稳定的空间格局，其邻近矩阵N×N，N为网格个数，对角线上的值为0，网格有公共边的值为1，反之为0；设Bit包括预测值在预灾网格i内各自的稳定空间格局Oi和各网格共同的时间变化趋势b0t*+Vt，b0t*,t*＝|t-tmean|,b0t*表示共同时间趋势中线性组成部分，b0为杆塔受灾情况随时间变化系数，通过线性拟合得到，tmean为预测时间段均值，Vt为通过正态分布建模，代表时间效应中随机变化部分；设Cit时空交互作用部分为除共同稳定的时空趋势之外由时空交互作用导致的剩余部分，包括从共同的时间趋势分离出来的网格i自身的时间变化趋势b1it*和不包含在模型中但对预测数据产生影响的随机误差项ζit，b1i为网格i中杆塔受灾风险随时间变化偏离飑线灾害总体变化趋势参数，时间邻接矩阵T×T(T为小时数)，对角线上的值为0，相邻时间为1，反之为0；设飑线在第i个网格第t个时间点上造成线路杆塔受灾的例数为yit，认定yit服从泊松分布，yit～Poisson(Eit,θit)，其中，Eit是第t个时间点第i个网格上的杆塔受灾期望数，θit是杆塔受灾的相对危险度；则θit＝exp(α+βxit+Ait)，其中：α为在预测受飑线影响的网格区域内整体杆塔受灾平均相对风险度的对数值，βxit为对杆塔灾害产生影响的相关风险因素，通过时空权重矩阵表达，xit为第i个网格第t个时间点上造成杆塔受灾的所有杆塔上预测值的平均值，θit为杆塔受灾的相对危险度；对当然高危网络范围内的杆塔受灾相对危险度θit依据从大至小进行排序，将杆塔受灾相对危险度θit从大至小的序列进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，其特征在于，包括以下步骤：11)地理信息的划分，基于电力地理信息系统根据经纬度对地面区域进行自定义划分，将地面区域划分为网格状，并保存网格数据、线路信息、网格内包含的输电线路杆塔信息；12)气象信息的获取和预处理，利用来自WRF预报获得的预报数值计算K指数和对流有效位能CAPE值；13)高危网格范围的确定，基于K指数和对流有效位能CAPE值确定高危大区，将高危大区与地面网络进行对应关联，确定高危网格范围；14)输电线路杆塔的数据插值处理，通过克里金插值法将气象要素数据插值在高危网格内的输电线路杆塔上；15)飑线风预测分析，以线路杆塔为载体分析出飑线风行进路径的粗线路和细线路，并进行连线形成飑线风行进路径的预测。

【技术特征摘要】
1.一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，其特征在于，包括以下步骤：11)地理信息的划分，基于电力地理信息系统根据经纬度对地面区域进行自定义划分，将地面区域划分为网格状，并保存网格数据、线路信息、网格内包含的输电线路杆塔信息；12)气象信息的获取和预处理，利用来自WRF预报获得的预报数值计算K指数和对流有效位能CAPE值；13)高危网格范围的确定，基于K指数和对流有效位能CAPE值确定高危大区，将高危大区与地面网络进行对应关联，确定高危网格范围；14)输电线路杆塔的数据插值处理，通过克里金插值法将气象要素数据插值在高危网格内的输电线路杆塔上；15)飑线风预测分析，以线路杆塔为载体分析出飑线风行进路径的粗线路和细线路，并进行连线形成飑线风行进路径的预测。2.根据权利要求1所述的一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，其特征在于，所述气象信息的获取和预处理包括以下步骤：21)从WRF预报获取包括温度、湿度、气压、降雨、风速和风向在内的预报数值；22)计算K指数，其计算公式如下：K＝(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)，其中，K为大气静力稳定度的定量指标，K值越大，表示大气静力越不稳定，其产生飑线的概率越高，T为温度，TD为露点，下标D为等压面数值；23)计算对流有效位能CAPE值，其计算公式如下：其中，Zf为自由对流高度；Zn为平衡高度，浮力为零；Tv,parcel为气块的虚温；Tv,env为环境的虚温；g为标准重力。3.根据权利要求1所述的一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，其特征在于，所述高危网格范围的确定包括以下步骤：31)获取K指数，根据K指数确定K值大于30的K大值中心分布图；32)获取对流有效位能CAPE值，设定对流有效位能CAPE值大于1000J/Kg以上为不稳定的大值大气状态，确定CAPE的大值中心分布图；33)设t时刻K大值中心或CAPE大值中心坐标为(xt,yt),含有输电线路的各个网格中心i坐标为(xi,yi)，计算含有线路的各个网格中心到大值区中心的距离Lit，其计算公式如下：Lit＝R*arccos(sinyi*sinyt+cosyi*cosyt*cos(xt-xi))，其中，R为地球半径；34)将Lit设定为预计出现飑线危及网格范围的阈值范围，设飑线水平尺度的最大长度或最大宽度为L0,当Lit≤L0受飑线影响较大，有事故风险，定义为高危网格，Lit＞L0受飑线影响较小，无事故风险。4.根据权利要求1所述的一种以输电线路杆塔为载体的飑线风行进路径预测方法，其特征在于，所述输电线路杆塔的数据插值处理包括以下步骤：41)设位于高危网格范围内时空位置(s0,t0)待插值杆塔d的估计值为s0为网格中杆塔d的经纬度，t0为时间；设与待插值杆塔d相距为的相邻网格中心点数为L(hs,ht)，T设为1+n小时，n＝0,1,2,…,23，其中，hs为空间距离，ht为时间间隔，每个网格中心点的任一气象数据观测值为Zd(si,ti)；42)利用以下插值公式对杆塔d进行气象插值，其中，αi为杆塔d临近网格中心点任一气象预报值Zd(si,ti)的加权系数；根据杆塔d邻近网格中心点数为L(hs,ht)，每个网格中心点的任一气象数据预报值为Zd(si,ti)，通过如下变差函数计算时空变异值rd(hs,ht)，即相距为(hs,ht)的任两个网格中心点之间的半方差：Zd(si+hs,ti+ht)为与网格中心点(si,ti)相距为(hs,ht)的网格中心点任一气象数据预报值；则插值...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏令志，程登峰，王刘芳，季坤，严波，操松元，程洋，李森林，刘静，刘宇舜，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34