一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，包括以下步驟：(1)收集研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料、風(fēng)場(chǎng)氣象資料、地形資料；(2)整理和分析上述收集的風(fēng)場(chǎng)氣象資料，確定影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)氣象因子；(3)計(jì)算各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速；(4)計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速；(5)采用確定性插值法繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖；(6)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)修正風(fēng)區(qū)圖。本發(fā)明制定了電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖區(qū)域分區(qū)、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和流程化的標(biāo)準(zhǔn)繪制體系，能準(zhǔn)確全面反映輸電線路的風(fēng)速分布和特征，有利于電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的實(shí)際應(yīng)用，為輸電線路設(shè)計(jì)選線、風(fēng)荷載取值、風(fēng)災(zāi)防治提供參考依據(jù)。
【專利說(shuō)明】—種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸電線路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種采用確定性插值法繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，輸電線路受到風(fēng)災(zāi)破壞的事故時(shí)有發(fā)生。大風(fēng)引起的線路擾動(dòng)和閃絡(luò)會(huì)嚴(yán)重影響輸電線路的安全運(yùn)行并影響電力能源的運(yùn)輸，隨之而來(lái)的輸電線路倒塌、斷線、跳閘事故，也會(huì)造成電網(wǎng)設(shè)施損毀。可見(jiàn)，開(kāi)展輸電線路風(fēng)災(zāi)防御研究，提高輸電線路在強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害下的安全性是當(dāng)前一個(gè)刻不容緩的任務(wù)和挑戰(zhàn)。眾所周知，風(fēng)區(qū)圖能夠在一定程度上反映區(qū)域風(fēng)暴情況，對(duì)輸電線路的設(shè)計(jì)選線及風(fēng)荷載取值、線路風(fēng)災(zāi)防治等有一定的指導(dǎo)作用。因此，制定電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，十分迫切且必要，而如何科學(xué)地確定風(fēng)暴等級(jí)和易發(fā)區(qū)域是風(fēng)區(qū)圖繪制的關(guān)鍵性問(wèn)題。
[0003]目前風(fēng)區(qū)圖的繪制方法是對(duì)人工記錄的實(shí)際運(yùn)行線路風(fēng)速資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出運(yùn)行線路的基本風(fēng)速，然后采用極值I型分布模型計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速，再根據(jù)不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速人為劃分風(fēng)速分布區(qū)域。這種方法繪制的風(fēng)區(qū)圖人為因素比重大、量化指標(biāo)少、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高。而且，由于風(fēng)具有隨機(jī)性和方向性，且隨高度的變化而變化，人工記錄值無(wú)法全面準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。因此，所繪制的風(fēng)區(qū)圖無(wú)法全面準(zhǔn)確地表征輸電線路的風(fēng)速情況，降低了風(fēng)區(qū)圖的科學(xué)性和實(shí)際應(yīng)用性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的為了克服以上技術(shù)不足，提供一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，本發(fā)明方法采用確定性插值法來(lái)繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖，為輸電線路設(shè)計(jì)選線、風(fēng)荷載取值、風(fēng)災(zāi)防治提供參考依據(jù)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007](I)數(shù)據(jù)收集:收集研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料、風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)、地形資料；
[0008](2)數(shù)據(jù)整理和分析:整理、分析收集的風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)氣象因子為年平均風(fēng)速、16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速、經(jīng)度、緯度、觀測(cè)場(chǎng)海拔高度、風(fēng)速計(jì)離地/平臺(tái)高度和觀測(cè)平臺(tái)高度；
[0009](3)計(jì)算各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速:對(duì)比步驟(2)中的各個(gè)氣象站臺(tái)16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速值，選擇風(fēng)速值最大者作為該氣象站臺(tái)的年最大風(fēng)速并將年最大風(fēng)速換算成標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速X，并計(jì)算出該氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)基本風(fēng)速X的均值X和均方差S ；
[0010](4)計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速:將步驟(3)中各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速X通過(guò)極值I型分布模型換算，得到不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk ;
[0011](5)在ArcMap中，采用確定性插值法結(jié)合步驟(4)中的不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖；
[0012](6)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)修正風(fēng)區(qū)圖。
[0013]所述的研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料為區(qū)域風(fēng)災(zāi)發(fā)生的詳細(xì)時(shí)間、地點(diǎn)、故障桿塔號(hào)、設(shè)計(jì)風(fēng)速值和實(shí)測(cè)風(fēng)速值。
[0014]風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)為氣象觀測(cè)站臺(tái)具體位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、觀測(cè)場(chǎng)海拔數(shù)據(jù)、風(fēng)速計(jì)離地/離平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、觀測(cè)平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、累年年平均風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間、風(fēng)向以及各風(fēng)向頻率觀測(cè)數(shù)據(jù)和各風(fēng)向最大風(fēng)速數(shù)據(jù)。
[0015]所述的地形資料為測(cè)繪部門收集本區(qū)域邊界圖層文件，作為風(fēng)區(qū)圖繪制的底圖。
[0016]所述步驟(3)中，將年最大風(fēng)速換算為標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速，換算公式如下:
[0017]1m的基本風(fēng)速X =年最大風(fēng)速*(10/風(fēng)速計(jì)實(shí)際高度)°_16。
[0018]所述步驟(5)中，采用確定性插值法將不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速\進(jìn)行空間插值，繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖，并按電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的風(fēng)區(qū)色標(biāo)對(duì)風(fēng)區(qū)圖進(jìn)行分區(qū)分級(jí)，并按斷點(diǎn)進(jìn)行配色；所述確定性插值法為反距離權(quán)重插值法。
[0019]所述步驟￠)中，比較風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)的實(shí)測(cè)風(fēng)速和所述電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖顯示的事故點(diǎn)的基本風(fēng)速，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙I(yè)技術(shù)人員的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)風(fēng)區(qū)圖進(jìn)行修正。
[0020]本發(fā)明具有下列有益效果:
[0021]1、確定性插值法使風(fēng)區(qū)圖的繪制更加科學(xué)，能全面準(zhǔn)確反映輸電線路的風(fēng)速分布和特征；
[0022]2、制定了根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)修正風(fēng)區(qū)圖的方法；
[0023]3、明確了風(fēng)區(qū)等級(jí)劃分及相應(yīng)的色標(biāo)，增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用性；
[0024]4、具有標(biāo)準(zhǔn)化繪制流程，便于推廣應(yīng)用；
[0025]5、采用電子地圖作為底圖，直觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高，便于使用。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明風(fēng)區(qū)圖繪制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
[0028]一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，其特征在于包括以下步驟:
[0029](I)數(shù)據(jù)收集:收集研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料、風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)、地形資料；
[0030](2)數(shù)據(jù)整理和分析:整理、分析收集的風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)氣象因子為年平均風(fēng)速、16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速、經(jīng)度、緯度、觀測(cè)場(chǎng)海拔高度、風(fēng)速計(jì)離地/平臺(tái)高度和觀測(cè)平臺(tái)高度；
[0031](3)計(jì)算各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速:對(duì)比步驟(2)中的各個(gè)氣象站臺(tái)16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速值，選擇風(fēng)速值最大者作為該氣象站臺(tái)的年最大風(fēng)速并將年最大風(fēng)速換算成標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速X，并計(jì)算出該氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)基本風(fēng)速X的均值X和均方差S ；
[0032](4)計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速:將步驟(3)中各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速X通過(guò)極值I型分布模型換算，得到不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk ;
[0033](5)在ArcMap中，，采用確定性插值法結(jié)合步驟(4)中的不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖；
[0034](6)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)修正風(fēng)區(qū)圖。
[0035]電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理和分析、作圖三部分，作圖軟件以ArcGIS為例。
[0036]1、數(shù)據(jù)收集
[0037]所需數(shù)據(jù)包括三大類，分別是研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料、風(fēng)場(chǎng)氣象歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)、區(qū)域邊界圖層文件。
[0038]1.1輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料
[0039]需收集研究區(qū)域風(fēng)災(zāi)發(fā)生的詳細(xì)時(shí)間、地點(diǎn)、故障桿塔號(hào)、設(shè)計(jì)風(fēng)速值、實(shí)測(cè)風(fēng)速值，用來(lái)參考修正所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖。
[0040]1.2風(fēng)場(chǎng)氣象歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)
[0041]從氣象觀測(cè)臺(tái)站收集研究區(qū)域歷年風(fēng)場(chǎng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣象觀測(cè)臺(tái)站具體位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、觀測(cè)場(chǎng)海拔數(shù)據(jù)、風(fēng)速計(jì)離地/離平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、觀測(cè)平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、累年年平均風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間、風(fēng)向以及各風(fēng)向頻率觀測(cè)數(shù)據(jù)、各風(fēng)向最大風(fēng)速數(shù)據(jù)等。
[0042]1.3區(qū)域邊界圖層文件
[0043]從測(cè)繪部門收集本區(qū)域邊界圖層文件，作為風(fēng)區(qū)圖繪制的底圖。
[0044]2、數(shù)據(jù)整理和分析
[0045]2.1排序篩選影響線路風(fēng)區(qū)分布的有效氣象地理要素
[0046]在Excel中，按輸電線路名稱進(jìn)行排序和篩選，對(duì)比分析氣候條件、風(fēng)向、風(fēng)速值、溫度、濕度等氣象指標(biāo)，地形條件、經(jīng)度、緯度等地理指標(biāo)，找出影響輸電線路風(fēng)區(qū)分布的有效氣象地理要素。
[0047]2.2確定影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)氣象因子
[0048]在Excel中，對(duì)風(fēng)場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理、對(duì)比分析，分析影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)因素及其影響程度，確定平均風(fēng)速、16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速(如N風(fēng)向年最大風(fēng)速、NNE風(fēng)向年最大風(fēng)速、ENE風(fēng)向年最大風(fēng)速等)、經(jīng)度、緯度、觀測(cè)場(chǎng)海拔高度、風(fēng)速計(jì)離地/平臺(tái)高度、觀測(cè)平臺(tái)高度等因子為主導(dǎo)氣象因子。
[0049]2.3計(jì)算各氣象站點(diǎn)基本風(fēng)速
[0050]對(duì)比各氣象站點(diǎn)16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速值，選擇值最大者作為該氣象站點(diǎn)的年最大風(fēng)速，在Excel中將其換算為標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速，1m的基本風(fēng)速=年最大風(fēng)速* (10/風(fēng)速計(jì)實(shí)際高度)°_16。
[0051]2.4計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速
[0052]在Excel中，根據(jù)極值I型分布模型公式計(jì)算出不同重現(xiàn)期(10、15、20……)的基本風(fēng)速。公式(I)為極值I型分布模型
—c- 「廣 r V
[0053]Xr =X-- (c2 + In In -)⑴
ci L V^7-1yJ
[0054]式中，Xe為不同重現(xiàn)期基本風(fēng)速，X為歷史氣象數(shù)據(jù)的均值，S為歷史氣象數(shù)據(jù)的均方差，C1, C2根據(jù)表I取值，T為重現(xiàn)期。
[0055]表I
[0056]
n C1_C1_
10 0.94963 0.49521
?5~1.02057 ~51284
2Q~1.06282 ~52355
25~1.09145 ~53Q86
3Q~ 1.11237 ~53622
35~1.12847 ~54Q34
4Q~1.14131 ~54362
45~1.15184 ~5463Q
5Q~1.16066 ~54854
^Tl.28255 |θ.57722
[0057]表中n代表歷史氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)年限
[0058]3、作圖
[0059]3.1不同重現(xiàn)期的風(fēng)區(qū)圖繪制
[0060]在ArcMap中，釆用空間分析模塊下的反距離權(quán)重工具，對(duì)不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速進(jìn)行插值，繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖。
[0061]3.2風(fēng)區(qū)圖渲染
[0062]在ArcMap軟件中，按電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的風(fēng)區(qū)色標(biāo)(表2)對(duì)風(fēng)區(qū)圖進(jìn)行分區(qū)分級(jí)，并按斷點(diǎn)進(jìn)行配色。
[0063]表 2
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的繪制方法，其特征在于包括以下步驟: (1)數(shù)據(jù)收集:收集研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料、風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)、地形資料； (2)數(shù)據(jù)整理和分析:整理、分析收集的風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定影響輸電線路風(fēng)速的主導(dǎo)氣象因子為年平均風(fēng)速、16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速、經(jīng)度、緯度、觀測(cè)場(chǎng)海拔高度、風(fēng)速計(jì)離地/平臺(tái)高度和觀測(cè)平臺(tái)高度； (3)計(jì)算各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速:對(duì)比步驟(2)中的各個(gè)氣象站臺(tái)16個(gè)不同風(fēng)向的年最大風(fēng)速值，選擇風(fēng)速值最大者作為該氣象站臺(tái)的年最大風(fēng)速并將年最大風(fēng)速換算成標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速X，并計(jì)算出該氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)基本風(fēng)速X的均值X和均方差S ； (4)計(jì)算不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速:將步驟(3)中各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速X、均值X和均方差S通過(guò)極值I型分布模型換算，得到不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk ； (5)在ArcMap中，采用確定性插值法結(jié)合步驟(4)中的不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖； (6)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)修正風(fēng)區(qū)圖。
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:所述的研究區(qū)域輸電線路歷年風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)資料為區(qū)域風(fēng)災(zāi)發(fā)生的詳細(xì)時(shí)間、地點(diǎn)、故障桿塔號(hào)、設(shè)計(jì)風(fēng)速值和實(shí)測(cè)風(fēng)速值。
3.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:風(fēng)場(chǎng)氣象站臺(tái)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)為氣象觀測(cè)站臺(tái)具體位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、觀測(cè)場(chǎng)海拔數(shù)據(jù)、風(fēng)速計(jì)離地/離平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、觀測(cè)平臺(tái)高度數(shù)據(jù)、累年年平均風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速、累年年極大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間、風(fēng)向以及各風(fēng)向頻率觀測(cè)數(shù)據(jù)和各風(fēng)向最大風(fēng)速數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:所述的地形資料為測(cè)繪部門收集本區(qū)域邊界圖層文件，作為風(fēng)區(qū)圖繪制的底圖。
5.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將年最大風(fēng)速換算為標(biāo)準(zhǔn)高度為1m的基本風(fēng)速X，換算公式如下: 1m的基本風(fēng)速X =年最大風(fēng)速*(10/風(fēng)速計(jì)實(shí)際高度16
6.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:所述步驟(5)中，采用確定性插值法將不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速Xk進(jìn)行空間插值，繪制電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖，并按電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖的風(fēng)區(qū)色標(biāo)對(duì)風(fēng)區(qū)圖進(jìn)行分區(qū)分級(jí)，并按斷點(diǎn)進(jìn)行配色；所述確定性插值法為反距離權(quán)重插值法。
7.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖繪制方法，其特征在于:所述步驟(6)中，比較風(fēng)災(zāi)事故點(diǎn)的實(shí)測(cè)風(fēng)速和所述電力系統(tǒng)風(fēng)區(qū)圖顯示的事故點(diǎn)的基本風(fēng)速，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙I(yè)技術(shù)人員的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)風(fēng)區(qū)圖進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104182594SQ201410460634
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】陳孝明, 黃俊杰, 阮羚, 熊宇 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院, 武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司