一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法及其系統與流程
2023-05-17 05:16:11
本發明涉及電氣工程技術領域，尤其涉及一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法及其系統。
背景技術：
輸電線路附近暴雨災害對電網安全穩定運行的威脅越來越嚴重，暴雨過程會在短時間內帶來大量降水，容易導致杆塔塔基、變壓器、變電站、換流站等重要電力設施浸水，造成電網線路跳閘斷線、杆塔傾斜倒塔等，嚴重時會造成大面積的停電，影響電網安全穩定運行。2016年4月到7月，我國先後遭遇27輪暴雨襲擊，嚴重影響湖南、湖北、安徽、山西、河南、北京、福建等27個省市，各地電網均遭受不同程度損失，累計停運220kv變電站2座、110kv變電站2座、35kv變電站41座，220kv線路8條、110kv線路37條、35kv線路155條、10kv線路5087條，造成12.57萬個臺區停電，影響860.6萬戶用戶。面對夏季暴雨對電網造成的巨大威脅，開展輸電線路沿線降雨特徵分析已經勢在必行。而enso事件(包括厄爾尼諾事件和拉尼娜事件)通過遙相關影響我國氣候特徵，其對於夏季降水的影響已經受到學術界和相關行業的重視。
但是，目前有關輸電線路沿線降雨特徵的分析相對較少，在enso影響下輸電線路沿線夏季降雨變化情況，及其對電網造成的影響的研究工作尚未開展。為總結輸電線路沿線夏季降雨發生和影響規律，進行enso時期輸電線路沿線夏季降雨響應程度的研究，並提出切實可行的分析計算方案很有必要，以期開展針對性的電網暴雨預測預警，提升電網設施抵禦強降雨災害的能力，維護電網安全穩定運行。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法及其系統，以解決enso時期輸電線路沿線一般特效及響應情況缺乏分析的現狀。
為實現上述目的，本發明提供了一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法，包括以下步驟：
採集歷史enso指數數據和輸電線路沿線的降雨數據；
將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列，並將降雨數據對照enso指數數據劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列；
分別計算厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值以及厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的enso指數數據平均值；
根據厄爾尼諾時期和非enso時期的降雨數據平均值計算厄爾尼諾時期的降雨數據距平值，根據拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值計算拉尼娜時期的降雨數據距平值；
根據厄爾尼諾時期降雨數據距平值計算厄爾尼諾影響係數、根據拉尼娜時期降雨數據距平值計算拉尼娜影響係數；
根據厄爾尼諾時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數；根據拉尼娜時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數；
根據厄爾尼諾影響係數和/或拉尼娜影響係數對照降雨距平響應程度表輸出降雨對enso的響應程度，根據厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數和/或拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數對照相關係數顯著性檢驗表輸出降雨數據在enso時期相關性的響應情況。
進一步地，降雨數據包括周降雨總時長和周降雨量。
進一步地，影響係數計算公式為：
其中，e1為降雨時長的enso影響係數，e2為降雨量的enso影響係數，aa為周降雨總時長距平值，ab為周降雨量距平值。
進一步地，相關係數計算公式為：
其中xi為降雨數據，為降雨數據的平均值，yi為enso指數數據，為enso指數數據的平均值，n為數據總量。
為達上述目的，與上述方法相對應的，本發明還公開了一種輸電線路沿線降雨響應程度計算系統，包括以下模塊：
採集模塊：用於採集歷史enso指數數據和輸電線路沿線的降雨數據；
分類模塊：用於將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列，並將降雨數據對照enso指數數據劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列；
平均值計算模塊：用於分別計算厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值以及厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的enso指數數據平均值；
距平值計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期和非enso時期的降雨數據平均值計算厄爾尼諾時期的降雨數據距平值，根據拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值計算拉尼娜時期的降雨數據距平值；
影響係數計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期降雨數據距平值計算厄爾尼諾影響係數、根據拉尼娜時期降雨數據距平值計算拉尼娜影響係數；
相關係數計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數；根據拉尼娜時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數；
輸出模塊：用於根據厄爾尼諾影響係數和/或拉尼娜影響係數對照降雨距平響應程度表輸出降雨對enso的響應程度，根據厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數和/或拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數對照相關係數顯著性檢驗表輸出降雨數據在enso時期相關性的響應情況。
進一步地，採集模塊採集的數據為周降雨總時長和周降雨量。
進一步地，影響係數計算模塊的計算公式為：
其中，e1為降雨時長的enso影響係數，e2為降雨量的enso影響係數，aa為周降雨總時長距平值，ab為周降雨量距平值。
進一步地，相關係數計算模塊的計算公式為：
其中xi為降雨數據，為降雨數據的平均值，yi為enso指數數據，為ens0指數數據的平均值，n為數據總量。
本發明具有以下有益效果：
本發明可以較為快速的掌握enso時期輸電線路沿線雨季的降雨持續時間和發展強度特徵，熟悉夏季降雨，特別是暴雨對enso事件的響應情況。提高了輸電線路暴雨防治工作的針對性。根據分析結果，可及時做好相應的應急處置措施，對於降雨響應比較明顯的地區，在enso時期的夏季做好提前應對工作，減少電網損失。
下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明優選實施例的一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
enso即為elnino和southernoscillation的簡稱，elnino為厄爾尼諾，是指赤道中東太平洋附近的海表面溫度持續異常增暖的現象，southernoscillation為南方濤動，是指熱帶東太平洋與熱帶東印度洋氣壓場反相變化的蹺蹺板現象。lanina為拉尼娜，是指赤道中東太平洋海表溫度大範圍持續異常偏冷的現象，也稱反elnino。
實施例1：
參見圖1，本發明實施例的一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法，包括以下步驟：
步驟s1、採集歷史enso指數數據和輸電線路沿線的降雨數據。
採集的enso指數數據為從某一特定時期起逐周的enso指數數據。降雨數據包括降雨量和周降雨時長。如可以採集6-9月間每周降雨量，以毫米為單位，以及每周降雨總時長，以天為單位。
步驟s2、將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列，並將降雨數據對照enso指數數據劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列。enso可以分為厄爾尼諾和拉尼娜，因此可將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期分成三類。
步驟s3、分別計算厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值以及厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的enso指數數據平均值。
根據計算得到厄爾尼諾時期周降雨總時長的平均值和周最高降雨量的平均值拉尼娜時期周降雨總時長的平均值和周最高降雨量的平均值以及非enso時期周降雨總時長的平均值和周最高降雨量的平均值其中xi為某一時期(非enso時期、厄爾尼諾時期或拉尼娜時期)周降雨總時長或周最高降雨量的數據，n為該時期數據總量。同理可以計算得到不同時期enso指數數據平均值。
步驟s4、根據厄爾尼諾時期和非enso時期的降雨數據平均值計算厄爾尼諾時期的降雨數據距平值，根據拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值計算拉尼娜時期的降雨數據距平值。
厄爾尼諾時期周降雨總時長平均值與非enso時期周降雨總時長平均值相減得到的結果作為該省厄爾尼諾時期周降雨總時長距平值aa1。同理可得厄爾尼諾時期周最高降雨量距平值ab1、拉尼娜時期周降雨總時長距平值aa2和周最高降雨量距平值ab2。
步驟s5、根據厄爾尼諾時期降雨數據距平值計算厄爾尼諾影響係數、根據拉尼娜時期降雨數據距平值計算拉尼娜影響係數。
厄爾尼諾時期輸電線路沿線周降雨總時長距平值aa1或周最高降雨量距平值ab1為正，則認為厄爾尼諾容易造成降雨時間增長或降雨量增加。否則認為厄爾尼諾容易造成降雨時間縮短或降雨量減少。根據和計算得到enso影響係數(代入厄爾尼諾時期數據後得到厄爾尼諾影響係數，代入拉尼娜時期數據後得到拉尼娜影響係數)，其中，e1為降雨時長的enso影響係數，e2為降雨量的enso影響係數，aa為周降雨總時長距平值，ab為周降雨量距平值。
步驟s6、根據厄爾尼諾時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數；根據拉尼娜時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數。
根據計算得到厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數以及拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數。該相關係數的實際意義是考慮降雨持續時間或降雨強度與enso強度的配合情況，因此周降雨總時長相關係數反映了降雨持續時間的響應特徵，周最高降雨量相關係數反映了降雨最大強度的響應特徵，兩個相關係數有不同的意義，各有側重。如果做單獨使用，要看使用者的分析意圖，再做取捨。其中xi為某一時期(厄爾尼諾時期或拉尼娜時期)的某種降雨數據(周降雨總時長或周最高降雨量)，為這一時期該種降雨數據的平均值，yi為這一時期enso指數的數據，為這一時期enso指數數據的平均值，n為這一時期數據總量。
步驟s7、根據厄爾尼諾影響係數和/或拉尼娜影響係數對照降雨距平響應程度表輸出降雨對enso的響應程度，根據厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數和/或拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數對照相關係數顯著性檢驗表輸出降雨數據在enso時期相關性的響應情況。
根據計算所得的影響係數對照上表輸出降雨對enso的響應程度。相關係數顯著性檢驗表是統計學上比較通用的統計表，各類統計學著作和網絡上均可查閱，根據計算所得的相關係數對顯著性進行檢驗，若相關係數的絕對值大於表中對應自由度下的顯著相關閥值，則認為該相關係數通過了顯著性檢驗，該相關係數所對應的該省輸電線路沿線降雨時間或降雨量程度的影響是顯著的；反之則認為影響可能存在但並不顯著。
綜上，本發明的優選實施例公開的一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法可以較為快速的掌握enso時期輸電線路沿線雨季的降雨持續時間和發展強度特徵，熟悉夏季降雨，特別是暴雨對enso事件的響應情況。提高了輸電線路暴雨防治工作的針對性。根據分析結果，可及時做好相應的應急處置措施，對於降雨響應比較明顯的地區，在enso時期的夏季做好提前應對工作，減少電網損失。
與上述方法實施例相對應的，本發明還公開一種用於執行上述方法的配套系統。
該系統包括採集模塊、分類模塊、平均值計算模塊、距平值計算模塊、影響係數計算模塊、相關係數計算模塊和輸出模塊，其中：
採集模塊：用於採集歷史enso指數數據和輸電線路沿線的降雨數據；
分類模塊：用於將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列，並將降雨數據對照enso指數數據劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列；
平均值計算模塊：用於分別計算厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值以及厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期的enso指數數據平均值；
距平值計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期和非enso時期的降雨數據平均值計算厄爾尼諾時期的降雨數據距平值，根據拉尼娜時期和非enso時期的降雨數據平均值計算拉尼娜時期的降雨數據距平值；
影響係數計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期降雨數據距平值計算厄爾尼諾影響係數、根據拉尼娜時期降雨數據距平值計算拉尼娜影響係數；
相關係數計算模塊：用於根據厄爾尼諾時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數；根據拉尼娜時期降雨數據和降雨數據平均值以及enso指數數據和enso指數數據平均值計算拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數；
輸出模塊：用於根據厄爾尼諾影響係數和/或拉尼娜影響係數對照降雨距平響應程度表輸出降雨對enso的響應程度，根據厄爾尼諾時期降雨數據與厄爾尼諾強度的相關係數和/或拉尼娜時期降雨數據與拉尼娜強度的相關係數對照相關係數顯著性檢驗表輸出降雨數據在enso時期相關性的響應情況。
進一步地，採集模塊採集的數據為周降雨總時長和周降雨量。
進一步地，影響係數計算模塊的計算公式為：
其中，e1為降雨時長的enso影響係數，e2為降雨量的enso影響係數，aa為周降雨總時長距平值，ab為周降雨量距平值。
進一步地，相關係數計算模塊的計算公式為：
其中xi為降雨數據，為降雨數據的平均值，yi為enso指數數據，為enso指數數據的平均值，n為數據總量。
綜上，本發明的優選實施例公開的一種輸電線路沿線降雨響應程度計算方法可以較為快速的掌握enso時期輸電線路沿線雨季的降雨持續時間和發展強度特徵，熟悉夏季降雨，特別是暴雨對enso事件的響應情況。提高了輸電線路暴雨防治工作的針對性。根據分析結果，可及時做好相應的應急處置措施，對於降雨響應比較明顯的地區，在enso時期的夏季做好提前應對工作，減少電網損失。
實施例2：
採集歷史enso指數數據和輸電線路沿線的降雨數據，將enso指數數據按厄爾尼諾時期、拉尼娜時期和非enso時期劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列，並將降雨數據對照enso指數數據劃分為三類，每一類中的數據按時間順序排列。enso指數數據為逐周的enso指數。降雨數據包括周降雨總時長和周最高降雨預警等級指數。
厄爾尼諾時期：計算厄爾尼諾時期周降雨總時長平均值和周最高降雨預警等級指數平均值，以及計算非enso時期降雨數據平均值和enso指數數據平均值。用厄爾尼諾時期周降雨總時長平均值減去非enso時期周降雨總時長平均值得到厄爾尼諾時期周降雨總時長距平值，用厄爾尼諾時期周最高降雨預警等級指數平均值減去非enso時期周最高降雨預警等級指數平均值得到厄爾尼諾時期周最高降雨預警等級指數距平值。根據厄爾尼諾時期周降雨總時長距平值和厄爾尼諾時期周最高降雨預警等級指數距平值計算厄爾尼諾影響係數。
拉尼娜時期：計算拉尼娜時期周降雨總時長平均值和周最高降雨預警等級指數平均值，以及計算非enso時期降雨數據平均值和enso指數數據平均值。用拉尼娜時期周降雨總時長平均值減去非enso時期周降雨總時長平均值得到拉尼娜時期周降雨總時長距平值，用拉尼娜時期周最高降雨預警等級指數平均值減去非enso時期周最高降雨預警等級指數平均值得到拉尼娜時期周最高降雨預警等級指數距平值。根據拉尼娜時期周降雨總時長距平值和拉尼娜時期周最高降雨預警等級指數距平值計算拉尼娜影響係數。
採集湖南省60年來輸電線路沿線的夏季降雨數據，包括6-9月間的每周降雨量(單位：毫米)和每周降雨總時長(單位：天)；收集60年來逐周的soi(南方濤動指數，一種enso指數)數據。通過本發明優選實施例1計算得到厄爾尼諾時期夏季周降雨總時長距平值1天和周降雨量距平值為9毫米，拉尼娜時期夏季周降雨總時長距平值0天和周降雨量距平值2毫米。從而計算可得周降雨總時長與厄爾尼諾強度的相關係數為0.25，周降雨量與厄爾尼諾強度的相關係數為0.68，周降雨總時長與拉尼娜強度的相關係數為0.14，周降雨量與拉尼娜強度的相關係數為0.55。
由於湖南省厄爾尼諾時期夏季周降雨總時長(周降雨量)距平值為正，認為厄爾尼諾容易造成周降雨總時長(周降雨量)的增加，計算得到降雨時長的enso影響係數為2.5，降雨量的enso影響係數為0.9，認為降雨距平對厄爾尼諾有弱響應。查相關係數顯著性檢驗表，由於周降雨總時長(周降雨量)與厄爾尼諾強度的相關係數絕對值小於表中對應自由度下、95％顯著性水平下的顯著相關閾值0.22，則認為厄爾尼諾事件對湖南省夏季降雨持續時間(降雨強度)的影響並不顯著。
以拉尼娜時期距平值和相關係數代替厄爾尼諾時期距平值和相關係數，重複上述步驟進行拉尼娜時期距平值和相關性響應分析，同樣發現拉尼娜容易造成湖南省夏季周降雨總時長(周降雨量)的增加，湖南省夏季降雨對拉尼娜存在弱響應，同時拉尼娜事件對湖南省夏季周降雨總時長(周降雨量)的影響並不顯著。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。