CN104182594B - 一种电力***风区图的绘制方法 - Google Patents

一种电力***风区图的绘制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力***风区图的绘制方法，包括以下步骤：(1)收集研究区域输电线路历年风灾事故点资料、风场气象资料、地形资料；(2)整理和分析上述收集的风场气象资料，确定影响输电线路风速的主导气象因子；(3)计算各气象站台基本风速；(4)计算不同重现期的基本风速；(5)采用确定性插值法绘制电力***风区图；(6)结合实际运行经验修正风区图。本发明制定了电力***风区图区域分区、分级标准和流程化的标准绘制体系，能准确全面反映输电线路的风速分布和特征，有利于电力***风区图的实际应用，为输电线路设计选线、风荷载取值、风灾防治提供参考依据。

Description

一种电力***风区图的绘制方法
技术领域
本发明涉及电力***输电线路技术领域，具体是指一种采用确定性插值法绘制电力***风区图的方法。
背景技术
近年来，输电线路受到风灾破坏的事故时有发生。大风引起的线路扰动和闪络会严重影响输电线路的安全运行并影响电力能源的运输，随之而来的输电线路倒塌、断线、跳闸事故，也会造成电网设施损毁。可见，开展输电线路风灾防御研究，提高输电线路在强风灾害下的安全性是当前一个刻不容缓的任务和挑战。众所周知，风区图能够在一定程度上反映区域风暴情况，对输电线路的设计选线及风荷载取值、线路风灾防治等有一定的指导作用。因此，制定电力***风区图的绘制方法，十分迫切且必要，而如何科学地确定风暴等级和易发区域是风区图绘制的关键性问题。
目前风区图的绘制方法是对人工记录的实际运行线路风速资料进行统计分析，得出运行线路的基本风速，然后采用极值I型分布模型计算不同重现期的基本风速，再根据不同重现期的基本风速人为划分风速分布区域。这种方法绘制的风区图人为因素比重大、量化指标少、数据准确性不高。而且，由于风具有随机性和方向性，且随高度的变化而变化，人工记录值无法全面准确反映现场实际情况。因此，所绘制的风区图无法全面准确地表征输电线路的风速情况，降低了风区图的科学性和实际应用性。
发明内容
本发明的目的为了克服以上技术不足，提供一种电力***风区图的绘制方法，本发明方法采用确定性插值法来绘制电力***风区图，为输电线路设计选线、风荷载取值、风灾防治提供参考依据。
本发明的技术方案：
一种电力***风区图的绘制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)数据收集：收集研究区域输电线路历年风灾事故点资料、风场气象站台历史观测数据、地形资料；
(2)数据整理和分析：整理、分析收集的风场气象站台历史观测数据，确定影响输电线路风速的主导气象因子为年平均风速、16个不同风向的年最大风速、经度、纬度、观测场海拔高度、风速计离地/平台高度和观测平台高度；
(3)计算各气象站台基本风速：对比步骤(2)中的各个气象站台16个不同风向的年最大风速值，选择风速值最大者作为该气象站台的年最大风速并将年最大风速换算成标准高度为10m的基本风速X，并计算出该气象站台历史观测数据基本风速X的均值X和均方差S；
(4)计算不同重现期的基本风速：将步骤(3)中各气象站台基本风速X通过极值I型分布模型换算，得到不同重现期的基本风速XR；
(5)在ArcMap中，采用确定性插值法结合步骤(4)中的不同重现期的基本风速XR绘制电力***风区图；
(6)结合实际运行经验修正风区图。
所述的研究区域输电线路历年风灾事故点资料为区域风灾发生的详细时间、地点、故障杆塔号、设计风速值和实测风速值。
风场气象站台历史观测数据为气象观测站台具***置的经纬度数据、观测场海拔数据、风速计离地/离平台高度数据、观测平台高度数据、累年年平均风速、累年年极大风速、累年年极大风速出现时间、风向以及各风向频率观测数据和各风向最大风速数据。
所述的地形资料为测绘部门收集本区域边界图层文件，作为风区图绘制的底图。
所述步骤(3)中，将年最大风速换算为标准高度为10m的基本风速，换算公式如下：
10m的基本风速X＝年最大风速*(10/风速计实际高度)0.16。
所述步骤(5)中，采用确定性插值法将不同重现期的基本风速XR进行空间插值，绘制电力***风区图，并按电力***风区图的风区色标对风区图进行分区分级，并按断点进行配色；所述确定性插值法为反距离权重插值法。
所述步骤(6)中，比较风灾事故点的实测风速和所述电力***风区图显示的事故点的基本风速，并结合当地专业技术人员的实际运行经验对风区图进行修正。
本发明具有下列有益效果：
1、确定性插值法使风区图的绘制更加科学，能全面准确反映输电线路的风速分布和特征；
2、制定了根据实际运行经验修正风区图的方法；
3、明确了风区等级划分及相应的色标，增强实际应用性；
4、具有标准化绘制流程，便于推广应用；
5、采用电子地图作为底图，直观性强、准确度高，便于使用。
附图说明
图1是本发明风区图绘制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
一种电力***风区图的绘制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)数据收集：收集研究区域输电线路历年风灾事故点资料、风场气象站台历史观测数据、地形资料；
(2)数据整理和分析：整理、分析收集的风场气象站台历史观测数据，确定影响输电线路风速的主导气象因子为年平均风速、16个不同风向的年最大风速、经度、纬度、观测场海拔高度、风速计离地/平台高度和观测平台高度；
(3)计算各气象站台基本风速：对比步骤(2)中的各个气象站台16个不同风向的年最大风速值，选择风速值最大者作为该气象站台的年最大风速并将年最大风速换算成标准高度为10m的基本风速X，并计算出该气象站台历史观测数据基本风速X的均值X和均方差S；
(4)计算不同重现期的基本风速：将步骤(3)中各气象站台基本风速X通过极值I型分布模型换算，得到不同重现期的基本风速XR；
(5)在ArcMap中，，采用确定性插值法结合步骤(4)中的不同重现期的基本风速XR绘制电力***风区图；
(6)结合实际运行经验修正风区图。
电力***风区图的绘制方法分为数据收集、数据整理和分析、作图三部分，作图软件以ArcGIS为例。
1、数据收集
所需数据包括三大类，分别是研究区域输电线路历年风灾事故点资料、风场气象历史观测数据、区域边界图层文件。
1.1输电线路历年风灾事故点资料
需收集研究区域风灾发生的详细时间、地点、故障杆塔号、设计风速值、实测风速值，用来参考修正所述的电力***风区图。
1.2风场气象历史观测数据
从气象观测台站收集研究区域历年风场气象观测数据，包括气象观测台站具***置的经纬度数据、观测场海拔数据、风速计离地/离平台高度数据、观测平台高度数据、累年年平均风速、累年年极大风速、累年年极大风速出现时间、风向以及各风向频率观测数据、各风向最大风速数据等。
1.3区域边界图层文件
从测绘部门收集本区域边界图层文件，作为风区图绘制的底图。
2、数据整理和分析
2.1排序筛选影响线路风区分布的有效气象地理要素
在Excel中，按输电线路名称进行排序和筛选，对比分析气候条件、风向、风速值、温度、湿度等气象指标，地形条件、经度、纬度等地理指标，找出影响输电线路风区分布的有效气象地理要素。
2.2确定影响输电线路风速的主导气象因子
在Excel中，对风场气象数据进行归类整理、对比分析，分析影响输电线路风速的主导因素及其影响程度，确定平均风速、16个不同风向的年最大风速(如N风向年最大风速、NNE风向年最大风速、ENE风向年最大风速等)、经度、纬度、观测场海拔高度、风速计离地/平台高度、观测平台高度等因子为主导气象因子。
2.3计算各气象站点基本风速
对比各气象站点16个不同风向的年最大风速值，选择值最大者作为该气象站点的年最大风速，在Excel中将其换算为标准高度为10m的基本风速，10m的基本风速＝年最大风速*(10/风速计实际高度)0.16。
2.4计算不同重现期的基本风速
在Excel中，根据极值I型分布模型公式计算出不同重现期(10、15、20……)的基本风速。公式(1)为极值I型分布模型
式中，XR为不同重现期基本风速，X为历史气象数据的均值，S为历史气象数据的均方差，c1、c2根据表1取值，T为重现期。
表1
n c1 c2
10 0.94963 0.49521
15 1.02057 0.51284
20 1.06282 0.52355
25 1.09145 0.53086
30 1.11237 0.53622
35 1.12847 0.54034
40 1.14131 0.54362
45 1.15184 0.54630
50 1.16066 0.54854
∞ 1.28255 0.57722
表中n代表历史气象数据的数据年限
3、作图
3.1不同重现期的风区图绘制
在ArcMap中，采用空间分析模块下的反距离权重工具，对不同重现期的基本风速进行插值，绘制电力***风区图。
3.2风区图渲染
在ArcMap软件中，按电力***风区图的风区色标(表2)对风区图进行分区分级，并按断点进行配色。
表2
3.3风区图修正
在ArcMap中，将输电线路发生风灾的杆塔坐标叠加在渲染后的风区图上，比较风灾事故点的实测风速和所述风区图显示的事故点的基本风速，并结合当地专业技术人员的实际运行经验对风区图进行修正。

Claims (3)

1.一种电力***风区图的绘制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)数据收集：收集研究区域输电线路历年风灾事故点资料、风场气象站台历史观测数据、地形资料；
(2)数据整理和分析：整理、分析收集的风场气象站台历史观测数据，在Excel中，按输电线路名称进行排序和筛选，对比分析气候条件、风向、风速值、温度、湿度气象指标，地形条件、经度、纬度地理指标，找出影响输电线路风区分布的有效气象地理要素，在Excel中，对风场气象数据进行归类整理、对比分析，分析影响输电线路风速的主导因素及其影响程度，确定影响输电线路风速的主导气象因子为年平均风速、16个不同风向的年最大风速、经度、纬度、观测场海拔高度、风速计离地/平台高度和观测平台高度；
(3)计算各气象站台基本风速：对比步骤(2)中的各个气象站台16个不同风向的年最大风速值，选择风速值最大者作为该气象站台的年最大风速并将年最大风速换算成标准高度为10m的基本风速X，并计算出该气象站台历史观测数据基本风速X的均值和均方差s,换算公式如下：
10m的基本风速X＝年最大风速*(10/风速计实际高度)0.16；
(4)计算不同重现期的基本风速：将步骤(3)中各气象站台基本风速X、均值和均方差s通过极值I型分布模型换算，得到不同重现期的基本风速XR，具体方法如下：在Excel中，根据极值I型分布模型公式计算出不同重现期10、15、20……的基本风速，公式(1)为极值I型分布模型
<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mi>R</mi> </msub> <mo>=</mo> <mover> <mi>X</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>s</mi> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>T</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，XR为不同重现期基本风速，为历史气象数据的均值，s为历史气象数据的均方差，c1、c2根据历史数据表取值，T为重现期；
(5)在ArcMap中，采用确定性插值法结合步骤(4)中的不同重现期的基本风速XR绘制电力***风区图：所述的地形资料为测绘部门收集本区域边界图层文件，作为风区图绘制的底图，采用确定性插值法将不同重现期的基本风速XR进行空间插值，绘制电力***风区图，并按电力***风区图的风区色标对风区图进行分区分级，并按断点进行配色；所述确定性插值法为反距离权重插值法；
(6)结合实际运行经验修正风区图:比较风灾事故点的实测风速和所述电力***风区图显示的事故点的基本风速，并结合当地专业技术人员的实际运行经验对风区图进行修正。
2.如权利要求1所述的电力***风区图的绘制方法，其特征在于：所述的研究区域输电线路历年风灾事故点资料为区域风灾发生的详细时间、地点、故障杆塔号、设计风速值和实测风速值。
3.如权利要求1所述的电力***风区图的绘制方法，其特征在于：风场气象站台历史观测数据为气象观测站台具***置的经纬度数据、观测场海拔数据、风速计离地/离平台高度数据、观测平台高度数据、累年年平均风速、累年年极大风速、累年年极大风速出现时间、风向以及各风向频率观测数据和各风向最大风速数据。
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