本發(fā)明涉及氣象預(yù)警領(lǐng)域，具體是一種臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率的預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

中國是臺風(fēng)危害最嚴重的國家之一，強臺風(fēng)災(zāi)害的概率雖然不大，但是發(fā)生后卻會造成群發(fā)性的電網(wǎng)斷線，甚至在其他阻塞的推波助瀾下演化成電力災(zāi)難，其風(fēng)險不容忽視，為了計算臺風(fēng)及其發(fā)生災(zāi)害對線路故障率的影響，目前通常采用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但是難以實現(xiàn)在線預(yù)警，無法及時準確的對強臺風(fēng)帶來的災(zāi)害進行預(yù)警。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率的預(yù)測方法，具體技術(shù)方案如下：

一種臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率的預(yù)測方法包括以下步驟：

(1)基礎(chǔ)信息收集：收集基礎(chǔ)信息，包括氣象信息、地形地質(zhì)信息及電網(wǎng)設(shè)備信息；

(2)計算導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速：根據(jù)步驟(1)中收集到的基礎(chǔ)信息對導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速進行計算：

①臺風(fēng)路徑預(yù)測：根據(jù)實時數(shù)據(jù)及氣象預(yù)報信息，預(yù)警臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速；

②臺風(fēng)風(fēng)場計算：臺風(fēng)風(fēng)場某點的背景風(fēng)速V等于移動風(fēng)速分量V_d和環(huán)流風(fēng)速分量V_t的向量和：V＝V_d+V_t，其中：

移動風(fēng)速V_d計算：式中：V₀為臺風(fēng)中心移動風(fēng)速，R_max為最大風(fēng)速半徑，r為臺風(fēng)風(fēng)場中某點到臺風(fēng)中心的距離；

環(huán)流風(fēng)速V_r計算：

當r小于R_max時，

當r大于R_max時，式中：V_max為最大風(fēng)速值；

(3)計算臺風(fēng)導(dǎo)致的導(dǎo)線斷線故障率：將導(dǎo)線視為鉸鏈，并假設(shè)導(dǎo)線的荷載沿長度均勻分布，故采用斜拋物線計算相關(guān)參數(shù)；

①在水平風(fēng)V作用下，忽略順線路方向的風(fēng)荷載，每檔導(dǎo)線上垂直于導(dǎo)線方向的水平風(fēng)荷載W₁為：

W₁＝0.625a₁μ₁N’LDV²sin²θ*10^-3，式中：a₁為導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)；μ₁為導(dǎo)線體型系數(shù)；N’為相導(dǎo)線分裂數(shù)；L為導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度；D為導(dǎo)線外徑；θ為風(fēng)向與導(dǎo)向方向的夾角；

②在風(fēng)作用下該檔導(dǎo)線的總荷載Q及總比載γ分別為：

其中G為導(dǎo)線自重；

③由斜拋物線公式計算導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度L為：

式中：l為該檔線路擋距；β為懸點間高差角；δ₀為風(fēng)荷載下導(dǎo)線的水平應(yīng)力；

④該檔導(dǎo)線最大應(yīng)力

式中：l_m為導(dǎo)線最低點到較高桿塔的水平距離；

⑤采用指數(shù)函數(shù)擬合導(dǎo)線路風(fēng)荷載過載斷線故障P₁與導(dǎo)線最大應(yīng)力δ_m間的關(guān)系：

當δ_m＜μ₁δ₁時，

當δ_m≥μ₁δ₁時，P₁＝0.01；

其中μ₁δ₁為導(dǎo)線所能承受的極限應(yīng)力，δ₁為導(dǎo)線的設(shè)計應(yīng)力，μ₁為導(dǎo)線的安全系數(shù)，K₁和T₁為與線路參數(shù)相關(guān)的常數(shù)。

進一步，所述步驟(1)中所述氣象信息包括歷史信息、實時檢測和預(yù)報信息。

進一步，所述步驟(1)中所述電網(wǎng)設(shè)備信息包括導(dǎo)線的風(fēng)壓不均勻系數(shù)a₁、導(dǎo)線的安全系數(shù)μ₁、導(dǎo)線分裂數(shù)N’、導(dǎo)線外徑D。

進一步，所述步驟(2)采用GIS模擬臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速。

進一步，所述步驟(2)中所述實時數(shù)據(jù)包括臺風(fēng)中心移動風(fēng)速V₀、最大風(fēng)速半徑R_max臺風(fēng)風(fēng)場中某點到臺風(fēng)中心的距離r、最大風(fēng)速值V_max、該檔線路擋距l(xiāng)、懸點間高差角β、風(fēng)荷載下導(dǎo)線的水平應(yīng)力δ₀、導(dǎo)線外徑D、風(fēng)向與導(dǎo)向方向的夾角θ、導(dǎo)線自重G以及導(dǎo)線最低點到較高桿塔的水平距離l_m。

進一步，步驟(2)中通過線性插值法計算臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速。

進一步，步驟(3)的①和②之間還包括：在山坡處則應(yīng)考慮導(dǎo)線上的垂直風(fēng)荷載F_V：

F_V＝0.625a₁μ₁N’LDV_V²*10^-3，式中：V_V為垂直線路向上的風(fēng)速。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的一種臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率的預(yù)測方法，改變了傳統(tǒng)的在線安全分析功能采用不變的預(yù)想故障表，通過計算得到臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率，實現(xiàn)在線預(yù)警，對強臺風(fēng)帶來的災(zāi)害進行預(yù)警，可以按各潛在的故障關(guān)注度的大小排序，便于人們及時采取營救措施。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明：

一種臺風(fēng)影響電網(wǎng)斷線率的預(yù)測方法，包括以下步驟：

(1)基礎(chǔ)信息收集：收集與臺風(fēng)有關(guān)的基礎(chǔ)信息，包括氣象信息、地形地質(zhì)信息及電網(wǎng)設(shè)備信息等，其中所述氣象信息包括歷史信息、實時檢測和預(yù)報信息；所述電網(wǎng)設(shè)備信息包括導(dǎo)線的風(fēng)壓不均勻系數(shù)a₁、導(dǎo)線體型系數(shù)μ₁、導(dǎo)線分裂數(shù)N’、導(dǎo)線外徑D等。

(2)計算導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速：根據(jù)步驟(1)中收集到的基礎(chǔ)信息，對導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速進行計算：

①臺風(fēng)路徑預(yù)測，根據(jù)實時數(shù)據(jù)及氣象預(yù)報等信息，采用GIS(地理信息系統(tǒng)Geographic Information System)模擬臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速，通過線性插值法計算臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速。

②臺風(fēng)風(fēng)場計算，臺風(fēng)風(fēng)場某點的背景風(fēng)速，即離地10m高的風(fēng)速V等于移動風(fēng)速分量V_d和環(huán)流風(fēng)速分量V_t的向量和：

V＝V_d+V_t，其中：

移動風(fēng)速V_d計算：

式中：V₀為臺風(fēng)中心移動風(fēng)速，R_max為最大風(fēng)速半徑，r為臺風(fēng)風(fēng)場中某點到臺風(fēng)中心的距離；

環(huán)流風(fēng)速V_r計算：

當r小于R_max時，

當r大于R_max時，

式中：V_max為最大風(fēng)速值；

3)計算臺風(fēng)導(dǎo)致的導(dǎo)線斷線故障率：

將導(dǎo)線視為鉸鏈，并假設(shè)導(dǎo)線的荷載沿長度均勻分布，故采用斜拋物線計算相關(guān)參數(shù)；

①在水平風(fēng)V作用下，忽略順線路方向的風(fēng)荷載，每檔導(dǎo)線上垂直于導(dǎo)線方向的水平風(fēng)荷載W₁為：

W₁＝0.625a₁μ₁N’LDV²sin²θ*10^-3；

式中：a₁為導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)，中國標準取值為0.61；μ₁為導(dǎo)線體型系數(shù)，通常取值1.2；N’為相導(dǎo)線分裂數(shù)，其取值一般不超過4；L為導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度；D為導(dǎo)線外徑；θ為風(fēng)向與導(dǎo)向方向的夾角；

在平原地區(qū)或大尺度地形環(huán)境的研究中，一般只考慮W₁；

②但是在山坡處則應(yīng)考慮導(dǎo)線上的垂直風(fēng)荷載F_V：

F_V＝0.625a₁μ₁N’LDV_V²*10^-3

式中：V_V為垂直線路向上的風(fēng)速；

③在風(fēng)作用下該檔導(dǎo)線的總荷載Q及總比載γ分別為：

其中G為導(dǎo)線自重；

④由斜拋物線公式計算導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度L為：

式中：l為該檔線路擋距；β為懸點間高差角；δ₀為風(fēng)荷載下導(dǎo)線的水平應(yīng)力；

⑤該檔導(dǎo)線最大應(yīng)力

式中：l_m為導(dǎo)線最低點到較高桿塔的水平距離；

⑥采用指數(shù)函數(shù)擬合導(dǎo)線路風(fēng)荷載過載斷線故障P₁與導(dǎo)線最大應(yīng)力δ_m間的關(guān)系：

當δm＜μ₁δ₁時，

當δm≥μ₁δ₁時，P₁＝0.01；

其中μ₁δ₁為導(dǎo)線所能承受的極限應(yīng)力，δ₁為導(dǎo)線的設(shè)計應(yīng)力，μ₁為導(dǎo)線的安全系數(shù)，規(guī)程規(guī)定導(dǎo)線的設(shè)計安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5；在采取防振措施的情況下，安全系數(shù)不應(yīng)小于4.0，K₁和T₁為與線路參數(shù)相關(guān)的常數(shù)，通常K₁取值0.85，T₁取值3.06。

實施例一

(1)基礎(chǔ)信息收集：收集與臺風(fēng)有關(guān)的基礎(chǔ)信息，包括氣象信息、地形地質(zhì)信息及電網(wǎng)設(shè)備信息等，其中所述氣象信息包括歷史信息、實時檢測和預(yù)報信息；所述電網(wǎng)設(shè)備信息包括導(dǎo)線的風(fēng)壓不均勻系數(shù)a₁、導(dǎo)線體型系數(shù)μ₁、導(dǎo)線分裂數(shù)N’、導(dǎo)線外徑D等。

(2)計算導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速：根據(jù)步驟(1)中收集到的基礎(chǔ)信息，對導(dǎo)線上的臺風(fēng)風(fēng)速進行計算：

①臺風(fēng)路徑預(yù)測，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)及氣象預(yù)報等信息，采用GIS(地理信息系統(tǒng)Geographic Information System)模擬臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速，或者通過線性插值法計算臺風(fēng)走向、速率和最大風(fēng)險的變化率以及下一時刻臺風(fēng)中心位置及最大風(fēng)速。

②臺風(fēng)風(fēng)場計算，臺風(fēng)風(fēng)場某點的背景風(fēng)速，即離地10m高的風(fēng)速V等于移動風(fēng)速分量V_d和環(huán)流風(fēng)速分量V_t的向量和：

V＝V_d+V_r，其中：

移動風(fēng)速V_d計算：

其中，假定臺風(fēng)中心移動風(fēng)速V₀為10m/s，最大風(fēng)速半徑R_max為10m，臺風(fēng)風(fēng)場中某點到臺風(fēng)中心的距離r為100m；

環(huán)流風(fēng)速V_r計算：

當r大于R_max時，

其中，假定最大風(fēng)速值V_max為20m/s。

3)計算臺風(fēng)導(dǎo)致的導(dǎo)線斷線故障率：

將導(dǎo)線視為鉸鏈，并假設(shè)導(dǎo)線的荷載沿長度均勻分布，故采用斜拋物線計算相關(guān)參數(shù)；

①在水平風(fēng)V作用下，忽略順線路方向的風(fēng)荷載，每檔導(dǎo)線上垂直于導(dǎo)線方向的水平風(fēng)荷載W₁為：

W₁＝0.625a₁μ₁N’LDV²sin²θ*10^-3＝0.625*.061*1.2*4*L*(2+10e^-π)²*0.25*10^-3＝0.0108L；

其中：a₁為導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)，中國標準取值為0.61；μ₁為導(dǎo)線體型系數(shù)，通常取值1.2；N’為相導(dǎo)線分裂數(shù)，其取值一般不超過4；L為導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度；假定導(dǎo)線外徑D為0.05m；風(fēng)向與導(dǎo)向方向的夾角θ為30°；

在平原地區(qū)或大尺度地形環(huán)境的研究中，一般只考慮W₁；

②但是在山坡處則應(yīng)考慮導(dǎo)線上的垂直風(fēng)荷載F_V：

F_V＝0.625a₁μ₁N’LDV_V²*10^-3＝0.625*.061*1.2*4*L*25*10^-3＝0.04575L

其中：假定垂直線路向上的風(fēng)速V_V為5m/s。

③在風(fēng)作用下該檔導(dǎo)線的總荷載Q及總比載γ分別為：

其中G為導(dǎo)線自重；

④由斜拋物線公式計算導(dǎo)線在風(fēng)荷載下的長度L為：

其中：假定該檔線路擋距l(xiāng)為5m；懸點間高差角β為60°；風(fēng)荷載下導(dǎo)線的水平應(yīng)力δ₀,只要測定δ₀的數(shù)值，以上關(guān)系式均只有一個未知數(shù)L，通過上述方程即可求得L的具體數(shù)值，為常規(guī)技術(shù)特征，此處不再詳細求出L的具體值。

⑤該檔導(dǎo)線最大應(yīng)力

其中：假定導(dǎo)線最低點到較高桿塔的水平距離l_m為5m，上述關(guān)系式為關(guān)于L的關(guān)系式，得到L的數(shù)值，即可得到δ_m,此處不再詳細求出δ_m的具體數(shù)值。

⑥采用指數(shù)函數(shù)擬合導(dǎo)線路風(fēng)荷載過載斷線故障P₁與導(dǎo)線最大應(yīng)力δ_m間的關(guān)系：

當δm＜μ₁δ₁時，

當δm≥μ₁δ₁時，P₁＝0.01；

其中μ₁δ₁為導(dǎo)線所能承受的極限應(yīng)力，δ₁為導(dǎo)線的設(shè)計應(yīng)力，μ₁為導(dǎo)線的安全系數(shù)，規(guī)程規(guī)定導(dǎo)線的設(shè)計安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5；在采取防振措施的情況下，安全系數(shù)不應(yīng)小于4.0，K₁和T₁為與線路參數(shù)相關(guān)的常數(shù)，通常K₁取值0.85，T₁取值3.06。

本發(fā)明不局限于以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。