一種基于wrf模式和相似日強(qiáng)對流指數(shù)辨識的雷害預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于WRF模式和相似日強(qiáng)對流指數(shù)辨識的雷害預(yù)警方法，屬高壓 電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)檢修技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷電活動是大氣中的自然放電現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在我國輸電線路 遭受雷擊的概率較高，雷擊跳閘故障常有發(fā)生。就電力行業(yè)而言，雷擊跳閘一直處在各類 故障事故的第一位。據(jù)統(tǒng)計，2014年江西省范圍內(nèi)110~500kV輸電線雷擊故障占總故障 的61. 1%，其中IlOkV輸電線路雷擊故障占 IlOkV輸電線路故障的65. 9%、220kV輸電線 路雷擊故障占220kV輸電線路故障的47. 9%、500kV輸電線路雷擊故障占500kV輸電線路 故障的23. 0% ;2013年江西省范圍內(nèi)110~500kV輸電線雷擊故障占總故障的38. 3%，其 中IlOkV輸電線路雷擊故障占 IlOkV輸電線路故障的40. 3%、220kV輸電線路雷擊故障占 220kV輸電線路故障的33. 3%、500kV輸電線路雷擊故障占500kV輸電線路故障的20. 0%。 盡管一次系統(tǒng)中高壓電器設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、抵御雷害的能力優(yōu)于低電壓電氣設(shè)備，但僅 靠提高一次設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來強(qiáng)化雷擊災(zāi)害的防御能力勢必導(dǎo)致極大的資產(chǎn)投入負(fù)擔(dān)，在 短時間內(nèi)很難予以實現(xiàn)，而且由于輸電線路分布區(qū)域廣且暴露在野外，有些桿段處于地形 氣象條件復(fù)雜的地區(qū)，容易遭受雷擊，雷擊已成為影響架空輸電線路設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的 重要因素，因此，提前對雷電活動及可能遭受雷擊的輸電線路區(qū)域進(jìn)行預(yù)警，對于電網(wǎng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。
[0003] 雷電活動與氣象條件（尤其是中小尺度強(qiáng)對流天氣的環(huán)流特征）、地形條件密切 相關(guān)。中小尺度天氣過程能夠?qū)е吕自频漠a(chǎn)生，大氣強(qiáng)烈放電的物理機(jī)理研究中通常包括 了對流有效位能、對流抑制能量、抬升凝結(jié)高度、沙氏指數(shù)等物理參數(shù)的計算。通過上述指 數(shù)，對雷害發(fā)生前后的天氣過程進(jìn)行研究，這一基于物理的雷電生成條件的研究對于電網(wǎng) 雷害事故的預(yù)警技術(shù)研發(fā)具有重要意義。通過氣象數(shù)值模式，可模擬、預(yù)報雷害發(fā)生前后的 天氣過程研究，生成各類氣象環(huán)境參數(shù)，對提高電網(wǎng)雷擊故障預(yù)警能力具有顯著的應(yīng)用價 值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，提高區(qū)域雷電活動及雷擊事故的預(yù)先判斷期，為電網(wǎng)輸電線路 防雷減災(zāi)措施提供科學(xué)參考，本發(fā)明公開了一種基于WRF模式和相似日強(qiáng)對流指數(shù)辨識的 雷害預(yù)警方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，基于WRF模式和雷害事故同期的強(qiáng)對流指數(shù)辨識，進(jìn)行計 及氣象物理約束的電網(wǎng)雷害預(yù)警方法，利用中尺度氣象模式WRF模式（Weather Research Forecast)生成指定區(qū)域和雷擊故障歷史同期的氣象要素預(yù)報數(shù)據(jù)，基于模式結(jié)果計 算對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE)及對流抑制能量 (Convective Inhibition Energy，CIN)等強(qiáng)對流指數(shù)，通過空間相關(guān)分析和時序相關(guān)分析 確定雷擊故障與上述強(qiáng)對流指數(shù)間的數(shù)值模型，從而將WRF模式的技術(shù)優(yōu)勢與雷電預(yù)警技 術(shù)相融合，提高雷害預(yù)警的遇見期。
[0006] 本發(fā)明應(yīng)用中尺度WRF模式生成電網(wǎng)雷擊故障相關(guān)的各類強(qiáng)對流指數(shù)，應(yīng)用歷史 同期電網(wǎng)雷擊故障與各類強(qiáng)對流指數(shù)的相關(guān)關(guān)系診斷，篩選與電網(wǎng)雷擊故障顯著強(qiáng)相關(guān)的 強(qiáng)對流指數(shù)類別及其在相似日概念下所對應(yīng)的、量化的門限值，從而得到強(qiáng)對流雷害預(yù)警 參數(shù)化模型并進(jìn)行校驗。
[0007] -種基于WRF模式和相似日強(qiáng)對流指數(shù)辨識的雷害預(yù)警方法，所述方法的實現(xiàn)步 驟如下：
[0008] (1)將GFS數(shù)據(jù)及資料同化數(shù)據(jù)作為WRF模式輸入，通過模式運(yùn)算，生成氣象場格 點預(yù)報數(shù)據(jù)；
[0009] (2)提取氣象場格點預(yù)報數(shù)據(jù)中有用信息，利用CAPE、CIN等指數(shù)計算公式得到 CAPE和CIN格點分布；
[0010] (3)以雷擊故障信息為前提，提取WRF生成的各類強(qiáng)對流指數(shù)，統(tǒng)計雷擊故障歷史 同期強(qiáng)對流指數(shù)量值等級、強(qiáng)對流面積指數(shù)、強(qiáng)對流指數(shù)的強(qiáng)值中心及其與雷擊故障點距 離的離線特征量，抽取上述離線特征量中與雷擊故障具有時空相關(guān)性的數(shù)值預(yù)報信息，并 統(tǒng)計得出信息抽取的門限值；
[0011] (4)得出某地雷擊故障的氣象成因統(tǒng)計規(guī)律及其對應(yīng)的可量化的氣象強(qiáng)對流指數(shù) 集，依據(jù)上述兩類信息進(jìn)行參數(shù)化建模，得出雷擊故障與不同氣象強(qiáng)對流指數(shù)子集的映射 關(guān)系，即
[0012] Li= f(x H，x2i，…，xni)
[0013] 其中，L1代表某次雷擊事故，χηι代表歷史同期強(qiáng)對流指數(shù)集中的各項強(qiáng)對流因 子；
[0014] (5)通過測試樣本集的離線方式預(yù)報仿真，分析預(yù)報模型可靠性、強(qiáng)壯性，依據(jù)預(yù) 報模型失效案例對原強(qiáng)對流指數(shù)集的組合因子、組合方式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化；
[0015] (6)進(jìn)行雷害預(yù)警的預(yù)報概率分析，概率分析限于兩個部分：其一，雷擊故障記錄 中可通過強(qiáng)對流指數(shù)解釋的部分占總故障記錄的比例；其二，離線仿真過程中，預(yù)報模型的 有效預(yù)報次數(shù)與總預(yù)報發(fā)布次數(shù)的比例。
[0016] 所述CAPE計算式為：
[0017]
[0018] 式中，Zf為自由對流高度，Ze為平衡高度，Ttc為環(huán)境虛溫，T va為氣塊虛溫，巧為 自由對流高度和平衡高度之間環(huán)境的平均虛溫；
[0019] 所述CIN計算公式為：
[0020]
[0021] 式中，g是重力加速度，Tb是該層的平均溫度，?\、ΤΡ分別表示環(huán)境與氣塊的溫度。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過氣象數(shù)值模式，可模擬、預(yù)報雷害發(fā)生前后的天 氣過程研究，生成各類氣象環(huán)境參數(shù)，能提前對雷電活動及可能遭受雷擊的輸電線路區(qū)域 進(jìn)行預(yù)警，對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用；對提高電網(wǎng)雷擊故障預(yù)警能力具有顯 著的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的算法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明所采用的