一种基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法

摘要

本发明公开了一种基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法，该方法为下述步骤：1.观测数据获取，2.数据网格化处理，3.锋线点筛选，4.副高边缘点筛选，5.距离计算，6.冷空气移动速度计算，7.锋线点移动时间计算，8.覆冰发生时间计算。本方法的有益效果为：本发明填补了目前尚无基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法技术空白，适用于电网所有易覆冰点的覆冰开始时间预测，计算操作简单，实用性强。本发明考虑锋线点的受力情况，建立锋线点的运动方程，计算运动时间，从而计算覆冰开始时间，准确率高。本发明计算得到的输电线路覆冰开始时间，在冬季电网覆冰期间，为开展电网融、除冰工作部署供了科学的参考依据。

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法。

背景技术

北方冷空气的南下是导致输电线路覆冰的重要关键因子，对于电网安全造成严重威胁。而冷空气到达易覆冰线路的时间，对开展电网抗冰部署，融冰决策至关重要。因此，迫切需要对电网覆冰开始时间进行计算。

现有技术当中，覆冰开始时间的计算主要通过人工经验来估测天气图上大尺度系统的移动，然而这种估算方法对于往往只考虑单一的天气系统。同时，由于天气系统尺度较大，人为估算的不确定性较高，估算精度较粗，且未考虑空气运动过程，对于易覆冰点的估算结果与实际偏差较大。

因此，本发明通过计算锋线点的位置、移动速度，同时，考虑副高边缘点对冷空气南下的影响，计算所有锋线点到达易覆冰点的时间。同时，选取最小时间作为微地形点的覆冰发生时间。利用本发明，能够提前准确预测覆冰微地形点的覆冰开始时间，为开展融冰决策，优化资源调度提供参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对当前覆冰发生时间计算技术的不足，提出一种基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法，使用该方法可提前计算覆冰开始时间，为电网抗冰调度，采取应对措施提供科学支撑。

本发明的解决方案是：一种基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法，系考虑了锋线的温度变化特征，并考虑了副高边缘的影响，计算每一个锋线点移动速度，从而计算预测点的覆冰发生时间。该方法的具体步骤如下：

(1)观测数据获取

确定计算开始时间为t₀、预测点P的位置及包含P的计算区域Q，收集t₀时刻与前24小时t_-24区域Q范围内高空500hPa高度观测数据、风速风向观测数据、地面温度观测数据。

(2)数据网格化处理

设定网格分辨率为r，并将步骤(1)设定的区域Q划分为r×r的网格。同时，将步骤(1)收集的t₀和t_-24时刻的500hPa高度观测数据、风速风向数据、地面温度数据，利用克里金方法插值到网格点上。

(3)锋线点筛选

计算步骤(2)网格化处理的地面t₀和t_-24时刻气温点，计算24小时变温

Δt＝t₀-t_-24

按照自西向东，自北向南的顺序，筛选Δt小于-8℃且在t₀和t_-24时段内最低气温小于4℃的格点，对于经度相同的点，选取纬度较小的点作为锋线点，记为F_i，其中i＝1…n，共n个点。

(4)副高边缘点筛选

计算步骤(2)网格化处理的地面t₀时刻的高度数据网格点，按照自西向东，自南向北的顺序筛选大于等于5880的网格点，对于筛选后经度相同的网格点，先筛选纬度连续的网格点，然后在其中选取纬度大的点作为副高边缘点，记为H_j，j＝1…m，共m个点。

(5)距离计算

计算步骤(3)确定的每一个锋线点F_i与预测点P的水平距离，记为L_i。

计算步骤(4)确定的每一个副高边缘点与步骤(3)确定的每一个锋线点的水平距离，记为S_ij。

(6)冷空气移动速度计算

计算步骤(4)选取的每一个副高边缘点H_j，与锋线点F_i在500hPa平面上的高度差，记为ΔH_ij，加速度计算如下：

$a_{ij}=\frac{{\mathrm{g\Delta H}}_{ij}}{|S_{ij}{|}^2}·\overline{S_{ij}}$

其中，g为重力加速度，取9.8m/s²。

则所有影响锋线点F_i的副高边缘点产生的加速度和为：

$\overline{A_i}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\overline{a_{ij}}$

分别计算锋线点F_i的加速度和速度在距离L_i方向上的分量

$a_i=\left|\overline{A_i}\right|·cos\alpha$

$v_i=\left|\overrightarrow{V_i}\right|·cos\beta$

则L_i方向上的速度为v_it＝v_i+a_it，t为时间，α和β为加速度和速度与L_i方向的夹角。

(7)锋线点移动时间计算

根据步骤(5)的计算的距离L_i和步骤(6)计算的L_i方向上速度v_it，计算锋线点F_i到达预测点P的时间t_i

$t_i=\frac{\sqrt{{v_i}^2+2L_i{a}_i}-v_i}{a_i}$

(8)覆冰发生时间计算

重复步骤(6)-(7)计算所有锋线点到达预测点P的时间，并选取最小时间t_min，作为发生覆冰时间。

t_min＝min{t_i}

本发明通过计算锋线点的位置、移动速度，同时，考虑副高边缘点对冷空气南下的影响，计算所有锋线点到达易覆冰点的时间，并选取最小时间作为微地形点的覆冰发生时间。其具有如下有益效果。

1、本发明填补了目前尚无基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法技术空白，适用于电网所有易覆冰点的覆冰开始时间预测，计算操作简单，实用性强。

2、本发明考虑锋线点的受力情况，建立锋线点的运动方程，计算运动时间，从而计算覆冰开始时间，准确率高。

3、本发明计算得到的输电线路覆冰开始时间，在冬季电网覆冰期间，为开展电网融、除冰工作部署供了科学的参考依据。

附图说明

图1为本发明实施例电网覆冰开始时间计算方法流程图。

图2为本发明实施例锋线点与副高边缘点分布图。

具体实施方式

本实施例基于空气运动计算的电网覆冰开始时间计算方法，系考虑了锋线的温度变化特征，并考虑了副高边缘的影响，计算每一个锋线点移动速度，从而计算预测点的覆冰发生时间。现结合图1与实施例详细描述该方法的具体步骤如下。

(1)观测数据获取

确定计算开始时间t₀为2016年1月19日20时、预测点P的纬度为30°N，经度为110°E，包含P的计算区域Q的范围为10°-50°N，70°-130°E区域，收集t₀时刻与前24小时t_-24内高空500hPa高度观测数据、风速风向观测数据、地面温度观测数据。

(2)数据网格化处理

设定网格分辨率为5°，并将步骤(1)设定的区域Q划分为5°×5°的网格。同时，将步骤(1)收集的t₀和t_-24时刻的500hPa高度观测数据、风速风向数据、地面温度数据，利用克里金方法插值到网格点上。

(3)锋线点筛选

计算步骤(2)网格化处理的地面t₀和t_-24时刻气温点，计算24小时变温

Δt＝t₀-t_-24

按照自西向东，自北向南的顺序，筛选Δt小于-8℃且在t₀和t_-24时段内最低气温小于4℃的格点，对于经度相同的点，选取纬度较小的点作为锋线点，记为F_i，其中i＝1…3，共3个点。

(4)副高边缘点筛选

计算步骤(2)网格化处理的地面t₀时刻的高度数据网格点，按照自西向东，自南向北的顺序筛选大于等于5880的网格点，对于筛选后经度相同的网格点，先筛选纬度连续的网格点，然后在其中选取纬度大的点作为副高边缘点，记为H_j，j＝1…3，共3个点。图2所示为2016年1月19日20时锋线点与副高边缘点分布图。

(5)距离计算

计算步骤(3)确定的每一个锋线点F_i与预测点P的水平距离，记为L_i。

计算步骤(4)确定的每一个副高边缘点与步骤(3)确定的每一个锋线点的水平距离，记为S_ij。

(6)冷空气移动速度计算

计算步骤(4)选取的每一个副高边缘点H_j，与锋线点F_i在500hPa平面上的高度差，并计算相应加速度，然后求所有影响锋线点F_i的副高边缘点产生的加速度在距离L_i方向上的分量。

(7)锋线点移动时间计算

根据步骤(5)的计算的距离L_i和步骤(6)计算的L_i方向上速度v_it，计算锋线点F_i到达预测点P的时间

(8)覆冰发生时间计算

重复步骤(6)-(7)计算所有锋线点到达预测点P的时间。

表1锋线点到达预测点P的时间

锋线点F₁F₂F₃到达P时间(小时)54.317.420.1

并选取最小时间t_min，为17.4小时，因此覆冰发生时间为17.4小时之后，即1月20日13时24分开始覆冰，实际发生的覆冰时间为1月20日14时，计算时间与预测时间基本吻合。