基于连续雨凇日数的输电线路覆冰厚度增长率分布图绘制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于连续雨凇日数的输电线路覆冰厚 度增长率分布图绘制方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路覆冰是大电网的安全稳定运行的主要灾害之一。当线路发生严重覆冰 时，特别是在短时间内输电线路覆冰快速增长时，发生倒塔、断线等电网事故的风险概率大 大提升。
[0003] 现有的覆冰分布图绘制技术中，主要是利用试验公式或经验公式得出覆冰厚度， 然后计算覆冰厚度重现期，得到不同重现期下的覆冰厚度，并绘制指定区域覆冰厚度的空 间分布。然而，在电网实际运行过程中，冰区图上覆冰厚度相同的区域，其覆冰增长速度存 在很大的差异，对于电网造成的危害程度明显不同。如2014年2月8-10日湖南岳阳微地 形区域输电线路在冻雨发生期间覆冰厚度迅速增长，平均覆冰厚度增长率达到了 5_/天， 导致输电线路发生跳闸。此外，冰区图采用的覆冰厚度计算公式多为试验公式或经验公式， 公式适用范围有限，考虑电网实际覆冰厚度增长情况的较少，计算结果的应用性不强。
[0004] 为此，有必要开展针对输电线路覆冰厚度增长速率的分布图绘制，为电网提前部 署抗冰措施，制定抗冰决策提供科学有效的指导，保障输电线路安全稳定运行。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对当前现有技术的不足，提出一种基于连续雨凇 日数的输电线路覆冰厚度增长率分布图绘制方法，使用该方法可为电网抗冰部署提供科学 的、可靠的、全面的指导，该方法思路新颖、流程清晰、准确率高、实用性强。
[0006] 本发明的解决方案是：
[0007] -种基于连续雨凇日数的输电线路覆冰厚度增长率分布图绘制方法，包括以下步 骤：
[0008] (1)建立覆冰数据库：
[0009] 根据气象部门各个气象观测站的气象要素数据，包括电线覆冰厚度、历史每年冬 季（12月-次年2月）每日雨凇现象观测记录、风速、每日总降水量和连续降水时长，建立 气象覆冰数据库；
[0010] 根据电力部门各个人工观测哨的气象记录数据，包括输电线路覆冰厚度、雨凇现 象观测记录、风速、每日总降水量和连续降水时长，建立电力覆冰观测数据库；
[0011] 其中，并非每个站点都有相应的线路覆冰厚度数据；
[0012] (2)初步估计各站点各个连续雨凇发生时段（即连续多日发生雨凇现象的时段） 的累积覆冰厚度，站点包括气象观测站和人工观测哨；
[0013] 通过步骤（1)建立的气象覆冰数据库和电力覆冰观测数据库统计出历史每年冬 季（12月-次年2月）连续雨凇发生时段，及各个连续雨凇发生时段的时长；利用气象覆冰 数据库和电力覆冰观测数据库中的数据，根据覆冰厚度增长公式，计算第i年第j个连续雨 凇发生时段的累积覆冰厚度的初步估计值T lj, (i = 1，2, . . .，n)，（j = 1，2, . . .，m)，其中 η为总的历史年数，m为第i年连续雨凇发生时段的个数；
[0014] (3)确定覆冰厚度回归校正模型，并计算各个连续雨凇发生时段的累积覆冰厚度 的校正值；
[0015] (3. 1)建立覆冰厚度回归校正模型& = <37； + Z?;其中，A7表示第i年第j个连续 雨凇发生时段的累积覆冰厚度的校正值，a和b为回归参数；
[0016] (3. 2)将记录有输电线路覆冰厚度的站点作为样本，利用步骤（1)中的样本的输 电线路覆冰厚度和步骤（2)中样本的累积覆冰厚度的初步估计值，采用最小二乘法计算回 归参数a和b ;
[0017] (3.3)计算第i年第j个连续雨凇发生时段的累积覆冰厚度的校正值
L0018」 （4)计算干均覆冰増长運卒；
[0019] (4. 1)根据步骤（3. 3)计算得到的和连续雨凇发生时段的时长，计算第i年第 j个连续雨淞发生时段的平均覆冰增长速率Xu, (i = 1，2，. . .，n)，（j = 1，2，. . .，m)，计算 公式为：
[0020]
[0021] (4. 2)计算第i年的最大平均覆冰厚度增长速率Xi, (i = 1，2, ···，η)，计算公式 为：
[0022] Xi= max (X il; xi2,…，Xij,…，xim)
[0023] (5)覆冰增长率重现期计算；
[0024] 根据步骤（4)中计算得到的单一站点的每年最大平均覆冰厚度增长速率，利用概 率分布函数，计算单一站点不同重现期下的覆冰厚度增长速率值；
[0025] 依次计算所有站点在不同重现期下的平均覆冰厚度增长速率；
[0026] (6)将步骤（5)的计算结果插值、平滑与电网GIS展示；
[0027] 根据展示区域的要求，确定电网GIS展示空间经度与炜度范围，并确定空间插值 分辨率；根据分辨率，将空间范围等分为若干网格；
[0028] 将步骤（5)计算得到的展示区域内所有站点在不同重现期下的平均覆冰增长速 率，利用插值方法，插值到划分的网格点上，并对插值结果进行平滑处理，并在电网GIS平 台上进行图像展示，输出分布图绘制结果。
[0029] 进一步地，所述步骤（2)中，覆冰厚度增长公式采用JONES模型，公式如下：
[0030]
[0031] 其中，P i为冰的密度，取值0. 8g/cm3, P。为水的密度，取值lg/cm3, p为每日总降 水量，w为液态水含量，是每日总降水量p的函数，w = 0. 067ρα846;ν为风速，h为连续降水 日数。
[0032] 进一步地，所述步骤（3. 2)中，考虑到不同海拔地区覆冰的差异性，将站点按照海 拔分类，分别计算回归参数a和b，建立相应海拔范围内站点的覆冰厚度回归校正模型。
[0033] 进一步地，所述步骤（5)中，利用皮尔逊-III型概率分布函数进行重现期的计算， 皮尔逊-III型概率分布函数如下：
[0037] 其中，P(X1)为概率密度函数，表示最大平均覆冰厚度增长速率X1的发生概率， Γ ( α )为伽玛函数，！为X1的平均值；
[0038] 将步骤（4)计算得到的单一站点每年最大覆冰增长速率带入到公式当中，得到不 同概率密度下的覆冰厚度增长率曲线，根据概率ρ (X1)与重现期T的关系T = +，得到该 站点不同重现期下的平均覆冰厚度增长速率。
[0039] 有益效果：
[0040] 本发明考虑了连续雨凇发生的情况下输电线路覆冰厚度的增长情况，并进行历史 覆冰厚度增长率的数据构建，计算出覆冰厚度增长率的重现期，并利用插值方法，将不同重 现期的计算结果插值到网格点上，根据实际运行经验，对分布图进行了局部调整，得到实际 应用性强的输电线路覆冰厚度增长率分布图。具有以下优点：
[0041] 1、本发明调理清晰、可操作性强、实用性强，填补了目前尚无覆冰增长率分布图绘 制技术的空白。
[0042] 2、本发明适用性广，移植性好，采用该方法能够绘制任意区域的覆冰厚度增长速 率分布图。
[0043] 3、本发明提出的历史覆冰增长率的计算方法和校正方法，能够科学合理的反应历 史覆冰过程中覆冰厚度的增长情况，为研究历史覆冰增长规律提供了重要的突破点；
[0044] 4、采用本发明绘制的输电线路覆冰增长率分布图，对于科学合理、经济有效部署 抗冰措施，制定融冰决策，提供了重要的参考依据，减小电网因覆冰造成的损失。
[0045] 5、本发明基于气象部门各个气象观测站的气象要素数据和电力部门各个人工观 测哨的气象记录数据，构建历史覆冰厚度增长率的数据，观测站点多，精度更高。
【附图说明】
[0046] 图1为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进一步具体说明。
[0048] 实施例1 :
[0049] 以湖南为例，如图1所示，基于连续雨凇日数的湖南电网覆冰增长率分布图绘制 的具体实施过程如下：
[0050] (1)建立覆冰数据库。
[0051] 将湖南历史电线覆冰厚度，历年（1951 - 2013年共63年）雨凇现象观测记录、气 象站点降水、风速数据建立湖南气象覆冰数据库；将2011 - 2013年每次覆冰过程湖南电网 人工覆冰观测哨记录的覆冰发生时段、覆冰厚度、雨凇现象观测记录、每日总降水量、连续 降水时长、风速建立为湖南电网覆冰观测数据库。
[0052] (2)初步估计各站点各个连续雨凇发生时段的累积覆冰厚度，站点包括气象观测 站和人工观测哨；根据基于物理过程的覆冰厚度增长公式，利用步骤（1)建立的湖南电网 覆冰观测数据库和气象覆冰数据库，采用JONES模型初步估算覆冰厚度，公式如下：