一种输电线路气象特征的样条插值分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电线路风险预警与精细化数据处理技术领域，特别涉及一种输电线 路气象特征的样条插值分析方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路是电力系统大动脉，是连接发电厂与电力用户的纽带，由于架空输电线 路纵横交错，直接暴露在自然环境中，极端恶劣气象条件，例如雷电、台风、暴雨、山火等，均 可能会对输电线路的安全稳定运行带来严重影响，据统计，因气象、环境原因导致的IlOkv 及以上输电线路跳闸事件，往往占到电网输电线路全部跳闸事件的70%以上，为此电力系 统亟需开展极端恶劣气象条件下输电线路跳闸风险评估研究。该研究主要可分为解析法和 模拟法两大类。前者在北美等地区应用范围较广，后者则于欧洲更为常见；解析法是根据已 知的各个电力系统元件的随机参数，建立整个系统的可靠性数学模型，并通过数值计算获 得系统的各项指标，但是对于大系统，此模型需要考虑的因素较多，计算比较复杂，其典型 代表为事故树分析法。模拟法通过计算机来模拟系统的实际情况，经过模拟过程进行一段 时间的观察分析，估算出所要求的指标，其典型代表为蒙特卡洛模拟法，在对大规模电力系 统进行风险评估时，采用较多的是蒙特卡洛模拟法。目前，国内输变电设备常用的风险评估 方法主要有风险坐标图法、失效模式与影响分析法、蒙特卡罗法、故障树分析法等。
[0003] 不论采用以上那种方法，输电线路气象数据是风险评估的基本参数，气象数据精 度将影响风险评估的准确性，现有相关研究中，都是直接采用气象部门的预报数据，为便于 预报，将站点所在区域气象参数统一为该站点观测值，一般以地级市为单位，对于贯穿某地 级市的线路，其沿线气象数据一致，这与实际情况差别较大，直接将该数据用于后续风险评 估，会带来较大误差，而目前电力系统还未有相关分析方法，对气象部门数据进行处理，结 合输电线路分布广泛，沿线环境多样的特点，精细化分析其周边气象环境，提高风险评估准 确性
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种输电线路气象特征的样条 插值分析方法，根据气象部门数据，采用样条函数建立空间差值函数，结合输电线路地理信 息，最终生成输电线路周边气象参数，用于跳闸风险评估，为了实现上述目的，本发明采用 的技术方案如下：
[0005] -种输电线路气象特征的样条插值分析方法，其特征在于：据气象部门数据，采用 样条函数建立空间差值函数，结合输电线路地理信息，生成线路周边气象环境参数。包括以 下步骤：
[0006] 步骤1 :分析气象部门县级观测站日值数据，信息包括气象观测点地理坐标，气 温、湿度、风速以及降雨量参数，以天为单位汇总；将气象逐日数据处理，本发明采用的气象 数据为气象部门县级观测站日值数据，以天为单位进行分析；气象数据处理主要是对气象 观测点进行标编号并统计其地理信息，气象参数包括气温、湿度、风速、降雨量；
[0007] 步骤2 :采用样条函数分析现有气象数据，拟合平滑的插值曲线，建立空间插值函 数Z = F(X，Y);
[0008] 步骤3 :将输电线路杆塔坐标代入空间插值函数，获取线路沿线气象参数；通过获 取线路杆塔周边气象信息，将空间插值函数Z = F(X，Y)用于获取输电线路周边气象信息， 由于电力系统输电线路地理坐标是以杆塔坐标为基础，本发明以杆塔所在气象环境作为线 路沿线气象分布，通过杆塔坐标，计算杆塔与各观测站距离，以获取气象参数。
[0009] 步骤4:分别以时间和空间为单位，生成沿线气象分布曲线以及各杆塔气象数据 日值曲线；利用线路杆塔周边气象信息，生成线路气象统计图表，以便用于输电线路跳闸风 险评估；
[0010] 优选地，所述样条函数建立的空间差值函数表达式如下：
[0012] 其中，Z为待插点的气象要素估计值，m为参与插值的气象观测站点的数目，山为 待插点到第i个气象观测点的空间距离，a+bX+cY为局部趋势模块；
为一个基 础函数；X，Y为待插点的位置坐标，和c为方程系数；样条插值就是利用样本点拟合 光滑曲线，在满足最优平滑原则的情况下寻找一个表面曲率最小曲面；
[0013] 优选地，所述空间插值函数方程系数通过如下表达式求解，以获得曲面的最小化 曲率：
[0016] 综上所述，本发明具有以下优点与积极效果：
[0017] (1)基于差值原理，精细化分析输电线路沿线气象参数，提高其跳闸风险评估准确 性·
[0018] (2)样条函数是灵活曲线规的分段函数，拟合时为保证曲线段的连接处平滑，通常 只有少数样本点进行配准，因此不必计算整条曲线，只需逐个匹配曲线的某一段样本点，插 值速度相对较快通讯结构灵活多变。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现 有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
[0020] 图1是本发明一种输电线路气象特征的样条插值分析方法的原理图。
[0021] 图2是本发明一种输电线路气象特征的样条插值分析方法的线路气象数据分析 流程图
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
[0023] 下面结合附图1对本发明的一种输电线路气象特征的样条插值分析方法作进一 步的描述，本发明根据气象部门县级观测站日值数据，基于样条函数拟合光滑曲线，在满足 最优平滑原则的情况下，寻找一个表面曲率最小曲面，建立空间插值函数，根据电力系统输 电线路杆塔地理坐标，导入空间插值函数中，求取杆塔所在环境气象参数，以此表征线路沿 线气象条件，具体步骤如下：
[0024] (一）气象逐日数据处理：
[0025] 在本发明实施例中，分析处理的数据来自相关气象部门日值数据，以县级观测站 为单位，为后续插值处理提供尽可能多的样本，以提高处理精度，为便于后续处理，气象数 据以天为单位进行汇总，建立逐日气象表格，对气象观测站点进行编号，此编号为后续处理 重要参数；气象数据主要包括地理信息与