考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法与流程

本发明涉及电气工程领域，涉及一种考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法。
背景技术：
：冰灾容易造成电网大面积停电，如2008年初，我国南方多个省份遭受大面积长时间雨雪冰冻灾害，覆冰倒塔70多万基，大面积停电达7天之久，电网财产损失250多亿元，对人民正常生产生活构成了严重影响。根据历史数据统计，我国南方地区是重覆冰区，北方地区覆冰很少，尤其是2008年以后有大量针对南方地区电网覆冰的研究。但是近几年来由于气候变化，我国北方地区出现了多次严重覆冰过程，生产实践中发现南方地区电网覆冰模型在北方地区电网覆冰的应用中有一些需要修正的地方，其中一个比较突出的因子就是太阳辐射。南方地区植被茂密，冬季阴雨缠绵，即使雨雪过程结束天气很少立即放晴，北方地区植被稀疏，冬季干燥，雨雪过程结束后天气很快转晴，早晚温差很大，虽然日平均温度较低，但午后时段由于太阳辐射条件较好，温度上升很快，有利于覆冰消融。因此，太阳辐射对北方地区电网覆冰消融速度有重要影响。现在业务化运行的电网覆冰数值模式对太阳辐射造成的短时升温考虑不充分，对北方地区输电线路覆冰预报有一定偏差。所以，北方地区输电线路覆冰数值预报的结果，需要在考虑太阳辐射基础上进行一定修正。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法，使用该方法可以让现有的电网覆冰数值预报结果更加适应北方地区电网覆冰情况，可以更好地对北方地区电网覆冰过程进行预测，指导电网相关单位的应急抗灾工作。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法，包括以下步骤：(1)气象数据采集：从北方地区当地气象台当天的天气预报中，采集当天的地面和高空实时气象数据、预报气象数据，所述实时气象数据和预报气象数据均包括温度数据；(2)覆冰数据收集：收集北方地区当地输电线路实时覆冰数据和数值模式预报覆冰数据；(3)逐日太阳辐射强度计算：利用步骤(1)中采集的温度数据反演实时覆冰和预报覆冰期间每天的太阳辐射强度，计算公式为：R=aTmax-TminRa]]>式中，R为预报地预报日太阳辐射强度；Ra为预报地预报日天文辐射强度；Tmax为预报地日最高温度；Tmin为预报地日最低温度；a为辐射系数；Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc为太阳常数，Eo为地球轨道偏心率校正因子，Φ为纬度，δ为太阳赤角，Ws为时角，当季节、时间确定时，Gsc、Eo、δ、Ws均可以视为定值，因此在季节、时间确定时，Ra仅与纬度有关；(4)太阳辐射强度和最高温度联合分析：以逐日太阳辐射强度为横坐标，最高温度为纵坐标建立坐标系，确定计算日在所述坐标系中的位置；对于坐标系中心点(Ro，To)，To为导线覆冰融化临界温度，取-2℃，Ro为导线覆冰融化临界值，与覆冰日期和覆冰地点有关；Ro＝kRa，系数k的具体计算方法如下：i)根据近30年逐月平均气温分布图，确定北方覆冰发生时的平均0℃线所在纬度；ii)中国大陆地区，局地逐日太阳辐射强度与当地天文辐射之间系数多年平均值为0.432，即：iii)导线覆冰融化临界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步骤(3)可知，当时间确定时，Ra和Ra0℃仅与纬度有关，确定0℃线所在纬度和覆冰纬度后，两者之间的比例确定，由此可以确定系数k的值。(5)、对数值模式的覆冰预报结果进行修正；根据步骤(4)确定的计算日坐标位置对所述步骤(1)收集的数值模式预报覆冰数据进行分析和修正：a.如果计算日坐标位置落在所述坐标系的第一象限，则覆冰消融；b.如果计算日坐标位置落在所述坐标系的第二象限，则覆冰维持或略有增长；c.如果计算日坐标位置落在所述坐标系的第三象限，则覆冰增长；d.如果计算日坐标位置落在所述坐标系的第四象限，则覆冰维持或减弱。优选地，所述步骤(2)收集的气象数据还包括降水数据。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法，可以对现有电网覆冰模型进行修正，使之更加符合北方地区覆冰过程，提高对北方地区电网覆冰预测的准确度；具有方法简单可靠，可操作性强，预报准确率高等优点。附图说明图1为本发明中以逐日太阳辐射强度(横坐标)和最高气温(纵坐标)为坐标轴建立的坐标系示意图。图2为本发明中计算日坐标位置落在坐标系不同象限的示意图。图3为本发明实施例1的计算日坐标位置落在坐标系中位置的示意图。图4为本发明实施例2的计算日坐标位置落在坐标系中位置的示意图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。实施例1：2015年11月6-9日，辽宁省发生一次大范围严重覆冰过程，以大连市为例，利用本发明的考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法，对这次覆冰过程数值预报进行修正，具体步骤如下：(1)、气象数据采集。从当地气象台2015年11月6日的天气预报中，采集当天的地面和高空实时气象数据、预报气象数据，包括降水数据、温度数据。(2)、覆冰数据收集。收集辽宁省2015年11月6日输电线路覆冰实况信息以及2015年11月7-12日输电线路覆冰数值预报信息：2015年11月6日，输电线路覆冰区域为大连、营口两地；11月7-12日输电线路覆冰数值预报结果：7日覆冰增长，8日覆冰略有增长，9日覆冰维持，10日覆冰开始消融，11-12日无覆冰。(3)、逐日太阳辐射强度计算。利用步骤(1)中每天的最高温度和最低温度之差反演当天太阳辐射强度，计算公式为：R=aTmax-TminRa]]>式中，R为预报地预报日太阳辐射强度；Ra为预报地预报日天文辐射强度，在短期内变化不大，针对这次过程，可视为常数；Tmax为预报地日最高温度；Tmin为预报地日最低温度；a为辐射系数，与海陆位置有关，辽宁省采用0.19。其中Ra的确定方法如下：Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc为太阳常数，Eo为地球轨道偏心率校正因子，Φ为纬度，δ为太阳赤角，Ws为时角，当季节、时间确定时，Gsc、Eo、δ、Ws均可以视为定值，因此在季节、时间确定时，Ra仅与纬度有关；反演结果如表1所示：表1本发明实施例1太阳辐射强度和最高温度数据日期太阳辐射强度最高温度2015年11月6日0.2166Ra-3.62015年11月7日0.4918Ra-3.42015年11月8日0.4693Ra-3.82015年11月9日0.6302Ra-2.12015年11月10日0.5572Ra0.12015年11月11日0.5101Ra0.32015年11月12日0.5341Ra5.8(4)、太阳辐射强度和最高温度联合分析。如图1所示，以逐日太阳辐射强度(横坐标)和最高温度(纵坐标)为坐标轴建立坐标系；如图2所示，根据步骤(1)采集的最高温度和步骤(3)计算的太阳辐射强度，确定计算日在上述坐标系中的位置。其中坐标系中心点(Ro，To)是根据历史太阳辐射强度和导线覆冰融化临界温度得到的，To为导线覆冰融化临界温度，To＝-2℃；Ro为导线覆冰融化临界值，与覆冰日期和覆冰地点有关；Ro＝kRa，本实施例中，Ro＝0.454Ra。系数k的具体计算方法如下：i)根据近30年逐月平均气温分布图，确定北方覆冰发生时的平均0℃线所在纬度；ii)中国大陆地区，局地逐日太阳辐射强度与当地当日天文辐射之间系数多年平均值为0.432，即：iii)导线覆冰融化临界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步骤(3)知，当时间确定时，Ra和Ra0℃仅与纬度有关，确定0℃线所在纬度和覆冰纬度后，两者之间的比例确定，由此可以确定系数k的值。(5)、对数值模式的覆冰预报结果进行修正。根据步骤(4)确定的计算日坐标位置进行分析，如图3所示：6日结果落在第三象限，表明太阳辐射弱且温度低，覆冰增长；7日结果落在第四象限，表明太阳辐射较强但是温度低，覆冰略有减弱；8日结果仍落在第四象限，但同7日相比，太阳辐射强度和温度条件都变差，覆冰维持；9日结果落在横坐标轴正方向上，表明太阳辐射强度强，温度条件好转，覆冰开始消融；10日结果落在第一象限，表明太阳辐射度强和温度条件都很好，则覆冰基本消融；11-12日结果仍落在第一象限，覆冰消融后过程结束。结果如下表2所示：表2本发明实施例1覆冰数值预报结果和修正后结果对比表实施例2：2015年11月23-24日，河南省发生一次覆冰过程，利用本发明的考虑太阳辐射的北方地区电网覆冰数值预报修正方法，对这次覆冰过程数值预报进行修正，具体步骤如下：(1)、气象数据采集。从当地气象台2015年11月22日的天气预报中，采集当天的地面和高空实时气象数据、预报气象数据，包括降水数据、温度数据。(2)、覆冰数据收集。收集河南省2015年11月22日输电线路覆冰实况信息以及2015年11月23-26日输电线路覆冰数值预报信息：2015年11月22日，输电线路基本无覆冰；11月23-26日输电线路覆冰数值预报结果：23日在河南西南部出现轻度覆冰；24日覆冰快速发展，范围扩大为河南南部地区，覆冰程度为中等程度；25日覆冰维持，26日覆冰开始消融。(3)、逐日太阳辐射强度计算。利用步骤(1)中每天的最高温度和最低温度之差反演当天太阳辐射强度，计算公式为：R=aTmax-TminRa]]>式中，R为预报地预报日太阳辐射强度；Ra为预报地预报日天文辐射强度，在短期内变化不大，针对这次过程，可视为常数；Tmax为预报地日最高温度；Tmin为预报地日最低温度；a为辐射系数，与海陆位置有关，河南省采用0.185。其中Ra的确定方法如下：Ra=1π*Gsc*Fo*(cosΦ*cosδ*sinWs+π180*sinΦ*sinδ*Ws)]]>式中，Gsc为太阳常数，Eo为地球轨道偏心率校正因子，Φ为纬度，δ为太阳赤角，Ws为时角，当季节、时间确定时，Gsc、Eo、δ、Ws均可以视为定值，因此在季节、时间确定时，Ra仅与纬度有关；反演结果如表3所示：表3本发明实施例2太阳辐射强度和最高温度数据日期太阳辐射强度最高温度2015年11月23日0.37Ra12015年11月24日0.414Ra-1.32015年11月25日0.555Ra-1.22015年11月26日0.49Ra-3.6(4)、太阳辐射强度和最高温度联合分析。以逐日太阳辐射强度(横坐标)和最高温度(纵坐标)为坐标轴建立坐标系；根据步骤(1)采集的最高温度和步骤(3)计算的太阳辐射强度，确定计算日在上述坐标系中的位置。其中坐标系中心点(Ro，To)是根据历史太阳辐射强度和导线覆冰融化临界温度得到的，To为导线覆冰融化临界温度，To＝-2℃；Ro为导线覆冰融化临界值，与覆冰日期和覆冰地点有关；Ro＝kRa，本实施例中，Ro＝0.43Ra。系数k的具体计算方法如下：i)根据近30年逐月平均气温分布图，确定北方覆冰发生时的平均0℃线所在纬度；ii)中国大陆地区，局地逐日太阳辐射强度与当地当日天文辐射之间系数多年平均值为0.432，即：iii)导线覆冰融化临界值Ro＝R0℃，即：kRa＝0.432Ra0℃iv)由步骤(3)知，当时间确定时，Ra和Ra0℃仅与纬度有关，确定0℃线所在纬度和覆冰纬度后，两者之间的比例确定，由此可以确定系数k的值。(5)、对数值模式的覆冰预报结果进行修正。根据步骤(4)确定的计算日坐标位置进行分析，如图4所示：23日结果落在第二象限，表明太阳辐射很弱但温度较高，覆冰维持或略有增长；24日结果落在第二象限，但同23日相比，温度明显降低，表明环境利于覆冰，覆冰略有增长；25日结果落在第三象限，特别是太阳辐射条件较好，覆冰快速消融；26日结果落在第四象限，虽然温度降低，但太阳辐射强度较好，覆冰完全消融。结果如下表4所示：表4本发明实施例2覆冰数值预报结果和修正后结果对比表当前第1页1 2 3