考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法與流程
2023-11-04 15:49:41
本發明涉及電氣工程領域，涉及一種考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法。
背景技術：
：冰災容易造成電網大面積停電，如2008年初，我國南方多個省份遭受大面積長時間雨雪冰凍災害，覆冰倒塔70多萬基，大面積停電達7天之久，電網財產損失250多億元，對人民正常生產生活構成了嚴重影響。根據歷史數據統計，我國南方地區是重覆冰區，北方地區覆冰很少，尤其是2008年以後有大量針對南方地區電網覆冰的研究。但是近幾年來由於氣候變化，我國北方地區出現了多次嚴重覆冰過程，生產實踐中發現南方地區電網覆冰模型在北方地區電網覆冰的應用中有一些需要修正的地方，其中一個比較突出的因子就是太陽輻射。南方地區植被茂密，冬季陰雨纏綿，即使雨雪過程結束天氣很少立即放晴，北方地區植被稀疏，冬季乾燥，雨雪過程結束後天氣很快轉晴，早晚溫差很大，雖然日平均溫度較低，但午後時段由於太陽輻射條件較好，溫度上升很快，有利於覆冰消融。因此，太陽輻射對北方地區電網覆冰消融速度有重要影響。現在業務化運行的電網覆冰數值模式對太陽輻射造成的短時升溫考慮不充分，對北方地區輸電線路覆冰預報有一定偏差。所以，北方地區輸電線路覆冰數值預報的結果，需要在考慮太陽輻射基礎上進行一定修正。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法，使用該方法可以讓現有的電網覆冰數值預報結果更加適應北方地區電網覆冰情況，可以更好地對北方地區電網覆冰過程進行預測，指導電網相關單位的應急抗災工作。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法，包括以下步驟：(1)氣象數據採集：從北方地區當地氣象臺當天的天氣預報中，採集當天的地面和高空實時氣象數據、預報氣象數據，所述實時氣象數據和預報氣象數據均包括溫度數據；(2)覆冰數據收集：收集北方地區當地輸電線路實時覆冰數據和數值模式預報覆冰數據；(3)逐日太陽輻射強度計算：利用步驟(1)中採集的溫度數據反演實時覆冰和預報覆冰期間每天的太陽輻射強度，計算公式為：R=aTmax-TminRa]]>式中，R為預報地預報日太陽輻射強度；Ra為預報地預報日天文輻射強度；Tmax為預報地日最高溫度；Tmin為預報地日最低溫度；a為輻射係數；Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc為太陽常數，Eo為地球軌道偏心率校正因子，Φ為緯度，δ為太陽赤角，Ws為時角，當季節、時間確定時，Gsc、Eo、δ、Ws均可以視為定值，因此在季節、時間確定時，Ra僅與緯度有關；(4)太陽輻射強度和最高溫度聯合分析：以逐日太陽輻射強度為橫坐標，最高溫度為縱坐標建立坐標系，確定計算日在所述坐標系中的位置；對於坐標系中心點(Ro，To)，To為導線覆冰融化臨界溫度，取-2℃，Ro為導線覆冰融化臨界值，與覆冰日期和覆冰地點有關；Ro＝kRa，係數k的具體計算方法如下：i)根據近30年逐月平均氣溫分布圖，確定北方覆冰發生時的平均0℃線所在緯度；ii)中國大陸地區，局地逐日太陽輻射強度與當地天文輻射之間係數多年平均值為0.432，即：iii)導線覆冰融化臨界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步驟(3)可知，當時間確定時，Ra和Ra0℃僅與緯度有關，確定0℃線所在緯度和覆冰緯度後，兩者之間的比例確定，由此可以確定係數k的值。(5)、對數值模式的覆冰預報結果進行修正；根據步驟(4)確定的計算日坐標位置對所述步驟(1)收集的數值模式預報覆冰數據進行分析和修正：a.如果計算日坐標位置落在所述坐標系的第一象限，則覆冰消融；b.如果計算日坐標位置落在所述坐標系的第二象限，則覆冰維持或略有增長；c.如果計算日坐標位置落在所述坐標系的第三象限，則覆冰增長；d.如果計算日坐標位置落在所述坐標系的第四象限，則覆冰維持或減弱。優選地，所述步驟(2)收集的氣象數據還包括降水數據。與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明的考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法，可以對現有電網覆冰模型進行修正，使之更加符合北方地區覆冰過程，提高對北方地區電網覆冰預測的準確度；具有方法簡單可靠，可操作性強，預報準確率高等優點。附圖說明圖1為本發明中以逐日太陽輻射強度(橫坐標)和最高氣溫(縱坐標)為坐標軸建立的坐標系示意圖。圖2為本發明中計算日坐標位置落在坐標系不同象限的示意圖。圖3為本發明實施例1的計算日坐標位置落在坐標系中位置的示意圖。圖4為本發明實施例2的計算日坐標位置落在坐標系中位置的示意圖。具體實施方式為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明作更全面、細緻地描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體的實施例。實施例1：2015年11月6-9日，遼寧省發生一次大範圍嚴重覆冰過程，以大連市為例，利用本發明的考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法，對這次覆冰過程數值預報進行修正，具體步驟如下：(1)、氣象數據採集。從當地氣象臺2015年11月6日的天氣預報中，採集當天的地面和高空實時氣象數據、預報氣象數據，包括降水數據、溫度數據。(2)、覆冰數據收集。收集遼寧省2015年11月6日輸電線路覆冰實況信息以及2015年11月7-12日輸電線路覆冰數值預報信息：2015年11月6日，輸電線路覆冰區域為大連、營口兩地；11月7-12日輸電線路覆冰數值預報結果：7日覆冰增長，8日覆冰略有增長，9日覆冰維持，10日覆冰開始消融，11-12日無覆冰。(3)、逐日太陽輻射強度計算。利用步驟(1)中每天的最高溫度和最低溫度之差反演當天太陽輻射強度，計算公式為：R=aTmax-TminRa]]>式中，R為預報地預報日太陽輻射強度；Ra為預報地預報日天文輻射強度，在短期內變化不大，針對這次過程，可視為常數；Tmax為預報地日最高溫度；Tmin為預報地日最低溫度；a為輻射係數，與海陸位置有關，遼寧省採用0.19。其中Ra的確定方法如下：Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc為太陽常數，Eo為地球軌道偏心率校正因子，Φ為緯度，δ為太陽赤角，Ws為時角，當季節、時間確定時，Gsc、Eo、δ、Ws均可以視為定值，因此在季節、時間確定時，Ra僅與緯度有關；反演結果如表1所示：表1本發明實施例1太陽輻射強度和最高溫度數據日期太陽輻射強度最高溫度2015年11月6日0.2166Ra-3.62015年11月7日0.4918Ra-3.42015年11月8日0.4693Ra-3.82015年11月9日0.6302Ra-2.12015年11月10日0.5572Ra0.12015年11月11日0.5101Ra0.32015年11月12日0.5341Ra5.8(4)、太陽輻射強度和最高溫度聯合分析。如圖1所示，以逐日太陽輻射強度(橫坐標)和最高溫度(縱坐標)為坐標軸建立坐標系；如圖2所示，根據步驟(1)採集的最高溫度和步驟(3)計算的太陽輻射強度，確定計算日在上述坐標系中的位置。其中坐標系中心點(Ro，To)是根據歷史太陽輻射強度和導線覆冰融化臨界溫度得到的，To為導線覆冰融化臨界溫度，To＝-2℃；Ro為導線覆冰融化臨界值，與覆冰日期和覆冰地點有關；Ro＝kRa，本實施例中，Ro＝0.454Ra。係數k的具體計算方法如下：i)根據近30年逐月平均氣溫分布圖，確定北方覆冰發生時的平均0℃線所在緯度；ii)中國大陸地區，局地逐日太陽輻射強度與當地當日天文輻射之間係數多年平均值為0.432，即：iii)導線覆冰融化臨界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步驟(3)知，當時間確定時，Ra和Ra0℃僅與緯度有關，確定0℃線所在緯度和覆冰緯度後，兩者之間的比例確定，由此可以確定係數k的值。(5)、對數值模式的覆冰預報結果進行修正。根據步驟(4)確定的計算日坐標位置進行分析，如圖3所示：6日結果落在第三象限，表明太陽輻射弱且溫度低，覆冰增長；7日結果落在第四象限，表明太陽輻射較強但是溫度低，覆冰略有減弱；8日結果仍落在第四象限，但同7日相比，太陽輻射強度和溫度條件都變差，覆冰維持；9日結果落在橫坐標軸正方向上，表明太陽輻射強度強，溫度條件好轉，覆冰開始消融；10日結果落在第一象限，表明太陽輻射度強和溫度條件都很好，則覆冰基本消融；11-12日結果仍落在第一象限，覆冰消融後過程結束。結果如下表2所示：表2本發明實施例1覆冰數值預報結果和修正後結果對比表實施例2：2015年11月23-24日，河南省發生一次覆冰過程，利用本發明的考慮太陽輻射的北方地區電網覆冰數值預報修正方法，對這次覆冰過程數值預報進行修正，具體步驟如下：(1)、氣象數據採集。從當地氣象臺2015年11月22日的天氣預報中，採集當天的地面和高空實時氣象數據、預報氣象數據，包括降水數據、溫度數據。(2)、覆冰數據收集。收集河南省2015年11月22日輸電線路覆冰實況信息以及2015年11月23-26日輸電線路覆冰數值預報信息：2015年11月22日，輸電線路基本無覆冰；11月23-26日輸電線路覆冰數值預報結果：23日在河南西南部出現輕度覆冰；24日覆冰快速發展，範圍擴大為河南南部地區，覆冰程度為中等程度；25日覆冰維持，26日覆冰開始消融。(3)、逐日太陽輻射強度計算。利用步驟(1)中每天的最高溫度和最低溫度之差反演當天太陽輻射強度，計算公式為：R=aTmax-TminRa]]>式中，R為預報地預報日太陽輻射強度；Ra為預報地預報日天文輻射強度，在短期內變化不大，針對這次過程，可視為常數；Tmax為預報地日最高溫度；Tmin為預報地日最低溫度；a為輻射係數，與海陸位置有關，河南省採用0.185。其中Ra的確定方法如下：Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc為太陽常數，Eo為地球軌道偏心率校正因子，Φ為緯度，δ為太陽赤角，Ws為時角，當季節、時間確定時，Gsc、Eo、δ、Ws均可以視為定值，因此在季節、時間確定時，Ra僅與緯度有關；反演結果如表3所示：表3本發明實施例2太陽輻射強度和最高溫度數據日期太陽輻射強度最高溫度2015年11月23日0.37Ra12015年11月24日0.414Ra-1.32015年11月25日0.555Ra-1.22015年11月26日0.49Ra-3.6(4)、太陽輻射強度和最高溫度聯合分析。以逐日太陽輻射強度(橫坐標)和最高溫度(縱坐標)為坐標軸建立坐標系；根據步驟(1)採集的最高溫度和步驟(3)計算的太陽輻射強度，確定計算日在上述坐標系中的位置。其中坐標系中心點(Ro，To)是根據歷史太陽輻射強度和導線覆冰融化臨界溫度得到的，To為導線覆冰融化臨界溫度，To＝-2℃；Ro為導線覆冰融化臨界值，與覆冰日期和覆冰地點有關；Ro＝kRa，本實施例中，Ro＝0.43Ra。係數k的具體計算方法如下：i)根據近30年逐月平均氣溫分布圖，確定北方覆冰發生時的平均0℃線所在緯度；ii)中國大陸地區，局地逐日太陽輻射強度與當地當日天文輻射之間係數多年平均值為0.432，即：iii)導線覆冰融化臨界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步驟(3)知，當時間確定時，Ra和Ra0℃僅與緯度有關，確定0℃線所在緯度和覆冰緯度後，兩者之間的比例確定，由此可以確定係數k的值。(5)、對數值模式的覆冰預報結果進行修正。根據步驟(4)確定的計算日坐標位置進行分析，如圖4所示：23日結果落在第二象限，表明太陽輻射很弱但溫度較高，覆冰維持或略有增長；24日結果落在第二象限，但同23日相比，溫度明顯降低，表明環境利於覆冰，覆冰略有增長；25日結果落在第三象限，特別是太陽輻射條件較好，覆冰快速消融；26日結果落在第四象限，雖然溫度降低，但太陽輻射強度較好，覆冰完全消融。結果如下表4所示：表4本發明實施例2覆冰數值預報結果和修正後結果對比表當前第1頁1 2 3