CN114624467A - 线缆交汇节点风向监测预警方法、计算机可读介质、监测设备 - Google Patents

线缆交汇节点风向监测预警方法、计算机可读介质、监测设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种线缆交汇节点风向监测预警方法、一种存储有风向监测程序的计算机可读介质、一种风向监测设备，线缆交汇节点连接有第一风振监测直线段、第二风振监测直线段，第一风振监测直线段不平行于第二风振监测直线段，包括：通过监测t0时刻及t1时刻的第一风振监测线路的风场波前位置和第二风振监测线路的风场波前位置计算风场的方向和风速。它从新的技术路线的角度监测线缆交汇节点处的风向。

Description

线缆交汇节点风向监测预警方法、计算机可读介质、监测设备
技术领域
本发明涉及局部风向识别技术领域，具体涉及一种线缆交汇节点风向监测预警方法、一种存储有风向监测程序的计算机可读介质、一种风向监测设备。
背景技术
大风灾害是引发电网事故的最主要原因之一，特别是伴随导线覆冰状况时，大风天气极易造成覆冰输电线路的舞动，严重时甚至会发生输电线路断裂以及输电杆塔倒塌等线路故障，从而造成供电***停运，大面积停电，造成极大经济损失。
输电线风舞是一个能量积累的过程，需要较长时间的持续性风力作用，瞬时强风一般不会引起线路起舞。局部风场由背景风场、脉动风场以及局部地形结构决定。背景风场在较长时间内保持相对稳定，是大风灾害需要考虑的主要方面。为了能够对线路风舞等事故实现提前预警，并提高预警的可靠性、减少误报率，对背景主风场的风速、风向等参数进行大范围监测和主风场演化趋势预判具有重要意义。
基于后向瑞利散射的分布式相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)可进行长距离、高空间分辨率的振动信息传感，将现有架空输电线缆的光纤复合地线OPGW光缆作为传感单元,通过对φ-OTDR的接收信号进行特征提取和模式识别，能够获得监测电力线路的无风、微风、中风、大风等级状态。现有的φ-OTDR在电网风场监测的研究都是基于单条输电线路开展的，只能获得所测线路沿途的风力等级信息，而无法得到风向、大区域风场及其演化趋势信息，导致大风灾害预警虚警较高，不能实现提前预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种线缆交汇节点风向监测预警方法、一种存储有风向监测程序的计算机可读介质、一种风向监测设备，以从新的技术路线的角度监测线缆交汇节点处的风向。
本发明的技术方案是：
一种线缆交汇节点风向监测预警方法，所述线缆交汇节点连接有第一风振监测直线段、第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，包括以下步骤：
监测所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段的风振信息；
设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；设t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n1l2；设t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；则t0时刻至t1时刻期间，风场的方向垂直于向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2，风速大小为
Figure BDA0003541317650000021
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角。
优选的，所述第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均包括光纤直线段、分布式相位敏感光时域反射计。
优选的，确定风场波前位置的方法是：获取风振监测直线段的风振信息后，确定振动突变位置，振动突破位置即该风振监测线路监测到的风场波前位置。
优选的，所述第一风振监测直线段与所述第二风振监测直线段的夹角为90°。
一种存储有风向监测程序的计算机可读介质，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure BDA0003541317650000022
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure BDA0003541317650000023
一种风向监测设备，包括第一风振监测直线段和第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段不平行且均与线缆交汇节点连接。
优选的，还包括处理器，所述处理器连接有存储有风向监测程序的计算机可读介质，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure BDA0003541317650000031
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure BDA0003541317650000032
本发明的有益效果是：
1.现有技术上获得大区域的风力风向分布需要依靠气象卫星、气象雷达和电力部门布设的微气象监测传感器，气象卫星和气象雷达需要外部门提供数据，实时性无法保证，微气象监测传感器的需要供电和数据链路通道，建设成本和实际维护成本均较高，对于大区域来说更是一笔天文数字。本发明提出的线缆交汇节点风向监测预警方法直接监测光纤线路本体，在已有的光纤的起始端位置加入分布式光纤监测设备即可，线路整体无须增加任何设备，无任何供电和数据链路通道需求，即可实现数万平方公里区域的风力风向监测。
附图说明
图1为一种线缆交汇节点风向监测预警方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
一种线缆交汇节点风向监测预警方法，所述线缆交汇节点连接有第一风振监测直线段、第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，包括以下步骤：
监测所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段的风振信息；
设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，α1为第一风振监测直线段与基准方向的夹角，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)，α2为第二风振监测直线段与基准方向的夹角；设t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n1l2；设t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；则t0时刻至t1时刻期间，风场的方向垂直于向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2，风速大小为
Figure BDA0003541317650000041
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角。
现有技术中，光纤直线段与分布式相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)配合，利用后向瑞利散射原理，可以形成风振监测直线段。对于连接有至少两条不相平行的光纤复合电缆的变电站就可以形成一个线缆交汇节点。
确定风场波前位置的方法是：获取风振监测直线段的风振信息后，确定振动突变位置，振动突破位置即该风振监测线路监测到的风场波前位置。
一般地，第一风振监测直线段与第二风振监测直线段的夹角最好为90°。
应用本发明的线缆交汇节点风向监测预警方法时，首先选择分布式光纤监测设备配置位置和实际电力线路走向，并进行地理坐标的划分。选择合适位置的变电站作为分布式光纤监测设备的安装地点；以变电站为中心，选择向四个方向辐射分布的高压电力线路作为风力监测用的光纤载体，最简的线路方向选择以具有近似垂直的四个走向为宜。参见图1，假定所述变电所的地理坐标为O，所述四个线路走向为直线，li与正东方向的夹角为αi，则线路li的方向相量为li＝∠αi＝(cosαi，sinαi)。li的任意长度ni(千米)处相对于中心位置O的坐标为Ni＝nili，(下标i分别为1,2,3,4)。以OPGW中的一芯光纤作为传感介质，分别将四个走向的OPGW光纤接入单台分布式光纤监测设备的四个监测通道，分布式光纤监测设备实时获得四路光纤不同时刻、不同位置处的风振信息，振动突变的位置为当下时刻的风场波前位置。假定某时刻探测到的风场波前位置为ml1和n l2，一段时间t后的下一时刻，风场波前的位置为(m+Δm)l1和(n+Δn)l2，则风场的方向垂直于向量Δml1+Δnl2，假设求得的方向为相量∠β，则风速大小为Δm×tan(α1-β)/t。风场持续时间和风场范围可由光纤发生风振的总长度和网格化拓扑范围进行综合判断。
一种存储有风向监测程序的计算机可读介质，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure BDA0003541317650000051
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure BDA0003541317650000052
一种风向监测设备，包括第一风振监测直线段和第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段不平行且均与线缆交汇节点连接。
优选的，还包括处理器，所述处理器连接有存储有风向监测程序的计算机可读介质，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure BDA0003541317650000053
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure BDA0003541317650000054
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (7)

1.一种线缆交汇节点风向监测预警方法，其特征在于，所述线缆交汇节点连接有第一风振监测直线段、第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，包括以下步骤：
监测所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段的风振信息；
设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；设t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n1l2；设t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；则t0时刻至t1时刻期间，风场的方向垂直于向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2，风速大小为
Figure FDA0003541317640000011
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角。
2.如权利要求1所述的线缆交汇节点风向监测预警方法，其特征在于，所述第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均包括光纤直线段、分布式相位敏感光时域反射计。
3.如权利要求1所述的线缆交汇节点风向监测预警方法，其特征在于，确定风场波前位置的方法是：获取风振监测直线段的风振信息后，确定振动突变位置，振动突破位置即该风振监测线路监测到的风场波前位置。
4.如权利要求1所述的线缆交汇节点风向监测预警方法，其特征在于，所述第一风振监测直线段与所述第二风振监测直线段的夹角为90°。
5.一种存储有风向监测程序的计算机可读介质，其特征在于，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure FDA0003541317640000012
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure FDA0003541317640000021
6.一种风向监测设备，其特征在于，包括第一风振监测直线段和第二风振监测直线段，所述第一风振监测直线段和所述第二风振监测直线段不平行且均与线缆交汇节点连接。
7.如权利要求6所述的风向监测设备，其特征在于，还包括处理器，所述处理器连接有存储有风向监测程序的计算机可读介质，所述风向监测程序包括输入模块、运算模块、输出模块，所述输入模块用于接收t0时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置m1l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置n1l2，所述输入模块还用于接收t1时刻，所述第一风振监测线路的风场波前位置为m2l1，所述第二风振监测线路的风场波前位置为n2l2；其中，第一风振监测直线段和第二风振监测直线段均连接于线缆交汇节点，所述第一风振监测直线段不平行于所述第二风振监测直线段，设所述线缆交汇节点为坐标原点O，所述第一风振监测直线段的方向向量为l1＝(cosα1,sinα1)，所述第二风振监测直线段的方向向量为l2＝(cosα2,sinα2)；所述运算模块用于计算向量(m2-m1)l1+(n2-n1)l2的垂直向量、
Figure FDA0003541317640000022
其中，β为风场的方向与基准方向的夹角；所述输出模块用于输出风场的方向和风速，风场的方向为所述垂直向量，风速为
Figure FDA0003541317640000023
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