【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电线路风险预报，具体涉及一种基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法。
技术介绍
1、台风破坏输电系统导致大范围断电，其影响可能会扩散到其他关键基础设施系统，包括通信、交通、医疗和教育系统等，从而造成大范围的社会经济损失。位于沿海地带的输电系统常年受台风侵袭，其输电线路受台风引起的强风作用，会发生倒塔事故，进而造成输电线路短路，丧失输送电力的功能。因此，有必要在台风灾害中，基于台风风场预报信息对输电线路进行实时预警，进而预先准备维修资源，或对电网实施一些预防性的运行管理措施，从而减小断电的时空范围。
2、在实际的台风预报业务中，采用中尺度数值气象预报模式(numerical weatherprediction model，nwp model)，如wrf，所产生的预报风场的精度为1～10km。但是这种精度过于粗的风场，难以反映微地形(如30m精度)对风场的影响，尤其是当输电杆塔(典型占地面积为10m×10m)位于复杂地形时，采用粗尺度的预报风场会得出相邻数个杆塔受到相同风速的结果，这显然是不合理的。为获得更为可靠的输电线路预警结果，有必要对粗尺度风场进行降尺度，得到微尺度(10～100m精度)的台风预报风速场。现有的风场动力降尺度模型可以在1～10km左右的小范围区域内实现微尺度风速场的模拟，但要将该动力降尺度模型应用于跨越数百甚至数千公里的输电系统以实现实时的微尺度风速场预报，所需的计算资源几乎是不可实现的。
技术实现思路
1、本专利技术为了克服以上
2、本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，包括如下步骤：
4、s1、初始化数据，所述数据至少包括中尺度台风预报风场的预报结果、输电系统拓扑、输电杆塔经纬度、气象站实测风速、气象站经纬度和数字高程模型数据，其中，中尺度台风预报风场的预报精度为1～10km，输电系统拓扑是由输电杆塔以及连接相邻输电杆塔的导线所组成的几何图形。
5、s2、基于步骤s1的中尺度台风预报风场中的风速和风向，以及气象站的实测风速，计算中尺度台风预报风场中的风速与实测风速的误差以及各气象站处的微地形指标，并以对数误差为因变量，以中尺度台风预报风场中的风速和各气象站处的微地形指标为自变量，采用线性回归模型对对数误差进行拟合，从而得到统计降尺度模型。
6、s3、基于步骤s2得到的统计降尺度模型，对每一个输电杆塔处的中尺度台风预报风场进行降尺度，得到微尺度台风预报风速场，其中，微尺度台风预报风速场的预报精度为10～100m。
7、s4、基于步骤s1的中尺度台风预报风场和步骤s3得到的微尺度台风预报风速场，结合输电杆塔的易损性曲线，得到输电线路的风险预报。
8、进一步地，步骤s1中，中尺度台风预报风场至少通过wrf气象模型得到，输出的预报结果是点的阵列，每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速值和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。
9、进一步地，步骤s1中，数字高程模型的精度需达到与微尺度台风预报风速场的精度水平，即为10～100m。
10、进一步地，步骤s2具体包括：
11、设某气象站i所受到的中尺度台风预报风场中的风速为vi,1，该气象站i的实测风速为vi,0，则对数误差为ln(vi,0/vi,1)；设该气象站i的微地形指标包括tpii和其中，tpii表示气象站i的高程相对于以该气象站i为中心的一定半径范围内的空间点位的平均高程值高多少或低多少；表示在给定中尺度台风预报风场中的风向di下，气象站i是处于令中尺度台风预报风场中的风速加速的顺风坡还是令中尺度台风预报风场中的风速减速的背风坡；
12、采用线性回归模型对对数误差进行拟合，则：
13、
14、公式(1)中，a0、a1、a2和a3均为线性回归模型中的系数且为常数，该线性回归模型即为统计降尺度模型。
15、进一步地，步骤s2中，气象站i的微地形指标tpii的计算公式为：
16、
17、公式(2)中，hi表示气象站i的高程；z1表示一个以气象站i为中心的一定半径r1范围内的空间点位的集合，半径r1的取值为100m～5km，集合z1中共包含n1个点，z1是该集合z1中的一个点，为点z1的高程；所有高程数据都通过数字高程模型得到；当tpii为正数时，则表示气象站i相对于以该气象站i为中心的一定半径r1范围内的空间点位的平均高程值要高，反之，则表示气象站i相对于以该气象站i为中心的一定半径r1范围内的空间点位的平均高程值要低。
18、进一步地，步骤s2中，气象站i的微地形指标的计算公式为：
19、
20、公式(3)中，z2表示一个以气象站i为中心的一定半径r2范围内的空间点位的集合，半径r2的取值为50m～3km，z2是该集合z2中的一个点，为点z2的高程；hi表示气象站i的高程；h0表示气象站i的测量高度；是点z2到气象站i的水平距离，根据点z2到气象站i这两点的经纬度计算得到；所有高程数据都通过数字高程模型得到；当为正数时，则表示气象站i处于背风坡，反之，则表示气象站i处于顺风坡。
21、进一步地，步骤s3中，设任意一个输电杆塔k所受中尺度台风预报风场中的风速和风向分别为vk,1和dk，并设该输电杆塔k的微地形指标包括tpik和则基于步骤s2得到的统计降尺度模型，计算得到该输电杆塔k的微尺度台风预报风速场，即，得到该输电杆塔k在微尺度台风预报风场中的风速vk,r，计算公式为：
22、
23、公式(4)中，tpik表示输电杆塔k的高程相对于以该输电杆塔k为中心的一定半径范围内的空间点位的平均高程值高多少或低多少；表示在给定中尺度台风预报风场中的风向dk下，输电杆塔k是处于令中尺度台风预报风场中的风速加速的顺风坡还是令中尺度台风预报风场中的风速减速的背风坡；a0、a1、a2和a3均为统计降尺度模型中的系数且为常数。
24、进一步地，步骤s4中，对于在微尺度台风预报风场中的风速vk,r和中尺度台风预报风场中的风向dk下的任意一个输电杆塔k的失效概率pk，通过该输电杆塔k的易损性曲线fk来描述，即pk＝fk(vk,r,dk)。
25、进一步地，步骤s4中，输电线路的风险预报是指将输电线路视为该输电线路上所有输电杆塔的串联系统，输电线路上任意一个输电杆塔的失效，都会导致该输电线路失效；通过中尺度台风预报风场和统计降尺度模型得到任意一个输电杆塔k在预报时刻t的失效概率pk,t的预报结果，从而得到输电线路l的失效概率pl,t的预报，即：
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【技术保护点】
1.一种基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S1中，中尺度台风预报风场至少通过WRF气象模型得到，输出的预报结果是点的阵列，每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速值和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。
3.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S1中，数字高程模型的精度与微尺度台风预报风速场的精度相同，为10～100m。
4.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S2中，气象站i的微地形指标TPIi的计算公式为：
6.根据权利要求4所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S3中，设任意一个输电杆塔k所受中尺度台风预报风场中的风速和风向分别为Vk,1和Dk，并设该输电杆塔k的微地形指标包括TPIk和则基于步骤S2得到的统计降尺度模型，计算得到该输电杆塔k的微尺度台风预报风速场，即，得到该输电杆塔k在微尺度台风预报风场中的风速Vk,r，计算公式为：
8.根据权利要求7所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S4中，对于在微尺度台风预报风场中的风速Vk,r和中尺度台风预报风场中的风向Dk下的任意一个输电杆塔k的失效概率Pk，通过该输电杆塔k的易损性曲线fk来描述，即Pk＝fk(Vk,r,Dk)。
9.根据权利要求8所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤S4中，输电线路的风险预报是指将输电线路视为该输电线路上所有输电杆塔的串联系统，输电线路上任意一个输电杆塔的失效，都会导致该输电线路失效；通过中尺度台风预报风场和统计降尺度模型得到任意一个输电杆塔k在预报时刻t的失效概率Pk,t的预报结果，从而得到输电线路l的失效概率Pl,t的预报，即：
...【技术特征摘要】
1.一种基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s1中，中尺度台风预报风场至少通过wrf气象模型得到，输出的预报结果是点的阵列，每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速值和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。
3.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s1中，数字高程模型的精度与微尺度台风预报风速场的精度相同，为10～100m。
4.根据权利要求1所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2中，气象站i的微地形指标tpii的计算公式为：
6.根据权利要求4所述的基于台风风场统计降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2中，气象站i的微地形指标的计算公式为：
【专利技术属性】
技术研发人员：王振国，李特，黄秀兵，王少华，王乃玉，黄晓明，姜凯华，陶瑞祥，倪琳娜，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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