本发明涉及输电线设备维护领域，尤其涉及一种临近网格温度分层细化预测方法和系统。
背景技术：
：近年来，电网规模迅速扩大，输电线路不可避免经过覆冰易舞动区域，覆冰舞动会导致金具损坏、断线等问题，严重时还会致使倒塔现象发生，严重威胁着广大电网的安全运行。随着全球气候变化，各种灾害频发，电网覆冰舞动问题愈加凸显，促进了覆冰舞动预测技术快速发展，电网覆冰舞动预报由传统的小范围经验预报转化为较大区域范围的数值预报，然而，研究发现电网覆冰舞动往往是发生在轻冰条件下，而轻冰的计算不仅对地面，还对高空的温度都提出了更高的精细化预报要求；目前，数值模式对温度的预报均是在规则的网格点上，然而，在实际情况中电网覆冰易舞动点分布离散，往往位于规则网格内，而对于这种离散型非网格点计算，数值模式难以完全适用，需要采用插值的方式计算。传统的温度细化插值主要采用统计方法，未考虑温度垂直变化的物理规律，导致计算结果存在误差。因此，考虑温度垂直递减的物理过程下，对温度数值预报结果进行细化显得尤为重要，现需提供一种临近网格温度分层细化预测方法和系统，该方法和系统对覆冰易舞动点的垂直温度进行细化计算，大大提高易舞动点的垂直温度分辨率，精确度高，计算速度快范围广，符合垂直温度的物理变化规律，为电网覆冰舞动精细化预测，保障电网安全运行提供了有力的科学支撑。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种临近网格温度分层细化预测方法和系统，该方法和系统对覆冰易舞动点的垂直温度进行细化计算，大大提高易舞动点的垂直温度分辨率，精确度高，计算速度快范围广，符合垂直温度的物理变化规律，为电网覆冰舞动精细化预测，保障电网安全运行提供了有力的科学支撑。为实现上述目的，本发明公开的一种临近网格温度分层细化预测方法包括：确定三维温度场的计算网格，基于气象wrf数值模式计算三维温度场中各网格格点的温度数据，并计算垂直方向相邻网格之间的垂直温度直减率；其中，所述网格的水平面表征经纬度，垂直方向表征海拔高度；根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，垂直方向的网格高度为δz，垂直方向的层高为δ1，且δz/δ1为大于等于2的整数；根据地面温度直减率及相关温度数据计算所对应系列网格中相邻格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，然后根据所计算的各该温度的值以双线性插值方法计算待分析舞动点地面海拔高度的温度；同时根据关联格点任一δz之间的垂直温度直减率以加权平均方法计算待分析舞动点同一δz之间的垂直温度直减率；根据待分析舞动点地面海拔高度的温度和各δz之间的垂直温度直减率计算对应δ1各层的温度数据。为实现上述目的，本发明公开的临近网格温度分层细化预测系统包括：第一计算单元：用于确定三维温度场的计算网格，基于气象wrf数值模式计算三维温度场中各网格格点的温度数据，并计算垂直方向相邻网格之间的垂直温度直减率；其中，所述网格的水平面表征经纬度，垂直方向表征海拔高度；第二计算单元：用于根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，垂直方向的网格高度为δz，垂直方向的层高为δ1，且δz/δ1为大于等于2的整数；第三计算单元：用于根据地面温度直减率及相关温度数据计算所对应系列网格中相邻格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，然后根据所计算的各该温度的值以双线性插值方法计算待分析舞动点地面海拔高度的温度；同时根据关联格点任一δz之间的垂直温度直减率以加权平均方法计算待分析舞动点同一δz之间的垂直温度直减率；第四计算单元：用于根据待分析舞动点地面海拔高度的温度和各δz之间的垂直温度直减率计算对应δ1各层的温度数据。本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种临近网格温度分层细化预测方法和系统，该方法和系统根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，考虑了温度垂直变化的物理规律，大大提高了易舞动点的垂直温度分辨率，精确度高，计算速度快范围广，为电网覆冰舞动精细化预测，保障电网安全运行提供了有力的科学支撑。具体实施方式以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1本实施例公开一种临近网格温度分层细化预测方法，包括：确定三维温度场的计算网格，基于气象wrf数值模式计算三维温度场中各网格格点的温度数据，并计算垂直方向相邻网格之间的垂直温度直减率；其中，所述网格的水平面表征经纬度，垂直方向表征海拔高度；根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，垂直方向的网格高度为δz，垂直方向的层高为δ1，且δz/δl为大于等于2的整数；根据地面温度直减率及相关温度数据计算所对应系列网格中相邻格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，然后根据所计算的各该温度的值以双线性插值方法计算待分析舞动点地面海拔高度的温度；同时根据关联格点任一δz之间的垂直温度直减率以加权平均方法计算待分析舞动点同一δz之间的垂直温度直减率；根据待分析舞动点地面海拔高度的温度和各δz之间的垂直温度直减率计算对应δ1各层的温度数据。作为本实施例优选的实施方式，计算待分析舞动点地面海拔高度的温度包括：(1)确定计算网格四个格点的地面海拔高度及其经纬度，并通过三维温度场计算该四个格点的地面海拔高度的温度。(2)计算所述四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度：式中，表示四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，t(i，j，1，t)、t(i+1，j，1，t)、t(i，j+1，1，t)、t(i+1，j+1，1，t)表示四个格点的地面海拔高度的温度，r0表示地面温度递减率，h(i，j)、h(i+1，j)、h(i，j+1)、h(i+1，j+1)表示四个格点的地面海拔高度。(3)计算待分析舞动点地面海拔高度的温度：式中，t(q，t)表示待分析舞动点的地面海拔的温度，表示四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，x表示待分析舞动点的经度，y表示待分析舞动点的纬度，xi、xi+1表示四个格点其中两个格点的经度，yj、yi+1表示四个格点其中两个格点的纬度。具体地，以某地区某条220kv线路的待分析舞动点的温度分层细化预测为例，确认计算网格空间范围为t、水平网格分辨率为30km，对应的经纬度为0.25°*0.25°，垂直分辨率为1km，对应水平格点数为5×5个，垂直网格数为5，将待分析舞动点记为q，获取待分析舞动点q(以下简称q点)的经纬度坐标(111.36°e，29.40°n)，并对q点垂直方向按照计算网格的垂直分辨率划分为5层，例如：垂直方向相邻网格高度δz为1000m，垂直方向细分后的层高δ1则为200m；获取q点的海拔高度为127m，确认计算网格的四个格点的水平面坐标为(111.25°e，29.25°n)，(111.50°e，29.25°n)，(111.25°e，29.50°n)，(111.50°e，29.50°n)，对应地面点分别记为a，b，c，d，将四个格点的地面海拔高度分别记为h(i，j)，h(i+1，j)，h(i，j+1)，h(i+1，j+1)，确认四个格点的地面海拔高度为h(i，j)：103m，h(i+1，j)：101m，h(i，j+1)：255m，h(i+1，j+1)：92m。以2015年1月27日20时为起始时间，设定时长为24小时，计算格点的三维温度场t(i，j，k，t)，其中i＝1…5，j＝1…5，k＝1…5，t＝24，具体地，基于气象wrf数值模式计算得到2015年1月28日20时四个格点地面海拔高度的温度a点为-0.75℃，b点为-0.69℃，c点为-1.88℃，d点为-0.61℃，根据统一的地面温度直减率及由三维温度场计算所得温度数据，计算a，b，c，d四个格点对应q点的地面海拔高度的温度：也就是说，a，b，c，d四个格点对应q点的地面海拔高度的温度为：a点-0.89℃，b点-0.85℃，c点-1.11℃，d点-0.82℃，需要说明的是，地面温度递减率为0.006是自然现象(作为一种变形，也可以对每个关联格点以后续所计算的垂直温度直减率r(i，j，k，t)中位置最接近地面的值进行替换，而不是统一取值0.006)，即海拔每升高1000m，温度下降0.006℃；然后，以双线性插值方法计算q点地面海拔高度的温度：也就是说，2015年1月28日20时q点地面海拔高度的温度为-0.93℃。作为本实施例优选的实施方式，计算待分析舞动点垂直温度直减率包括：(1)计算四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率：式中，r(i，j，k，t)表示四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率，t(i，j，k，t)与t(i，j，k+1，t)表示相邻两网格的温度，δz表示相邻两网格的高度差。进一步的，计算a，b，c，d四个格点自下而上相邻两个格点的温度直减率rk，结果如下表1所示(单位℃/m)：表1四个格点自下而上相邻两个格点的温度直减率rk格点abcdr1(0-1000m)0.00390.00370.00380.0041r2(1000-2000m)-0.0024-0.0032-0.0026-0.0022r3(2000-3000m)-0.0039-0.0028-0.0047-0.0040r4(3000-4000m)0.00350.00280.00470.0015r5(4000-5000m)0.00200.00270.00110.0043(2)将四个格点分别记为a、b、c、d，待分析舞动点记为q，计算四个格点与待分析舞动点之间的权重系数：式中，α1、α2、α3、α4分别表示a、b、c、d四个格点与待分析舞动点之间的权重系数，为a点到q点的距离，为b点到q点的距离，为c点到q点的距离，为d点到q点的距离，通过计算得出a，b，c，d四个格点与q点之间的权重系数为：α1：0.26，α2：0.29，α3：0.21，α4：0.24。(3)计算待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率：rq(k，t)＝α1r(i，j，k，t)+α2r(i+1，j，k，t)+α3r(i，j+1，k，t)+α4r(i+1，j+1，k，t)；式中，rq(k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的直温度直减率，α1、α2、α3、α4分别表示四个格点与待分析舞动点之间的权重系数，r(i，j，k，t)、r(i+1，j，k，t)、r(i，j+1k，t)、r(i+1，j+1，k，t)分别表示四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率。进一步地，通过a，b，c，d四个格点与q点之间的权重系数与其各自在垂直方向上相邻两网格间的垂直温度直减率计算得到q点相邻两网格间的垂直温度直减率为如下表2所示：表2q点相邻两网格间的垂直温度直减率层高0-1000m1000-2000m2000-3000m3000-4000m4000-5000m直减率(℃/m)-0.00390.00260.0037-0.0031-0.0026作为本实施例优选的实施方式，计算待分析舞动点垂直方向各层的温度包括：tq(k，t，p)＝tq(k，t，p-1)+rq(k，t)δl；k＝1...h，t＝1...l，p＝1...δz/δl；式中，tq(k，t，p)表示待分析舞动点垂直方向各层的温度，rq(k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，δl表示待分析舞动点垂直方向的层高，δz/δl表示待分析舞动点垂直方向相邻两层间的格点数，k表示层数，t表示时刻，p表示第p个格点。具体地，根据q点地面海拔高度的温度以及q点相邻两网格间的垂直温度直减率计算得出q点分层细化后的温度为如下表3所示：表3q点分层细化后的温度需要说明的是，本实施例中，待分析舞动点受风速等的影响，产生垂直方向的自激振动，在实际情况中，由于计算网格的大小远远大于覆冰线路的长短，所以待分析舞动点的运动范围都落在同一个计算网格中，不存在跨计算网格的情况；此外，当待分析舞动点落在两个相邻网格的公共两格点间时，以地理位置为基准，优选该两个网格中较北边的或较西边的网格作为待分析舞动点的计算网格。此外，当舞动点与某一网格点重合时，在双线性插值处理等具体的计算过程中，视为特例，上述公式仍适用；或者，当待分析舞动点的位置处在计算网格的格点位置时，以下述步骤计算待分析舞动点垂直方向各层的温度，具体包括：(1)确认待分析舞动点所在的格点位置，获取该格点的垂直方向上的系列格点的三维温度场数据作为该待分析舞动点的三维温度场数据。(2)计算待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率：式中，rq(i，j，k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，t(i，j，k，t)与t(i，j，k+1，t)表示待分析舞动点垂直方向相邻两网格的温度，δz表示待分析舞动点垂直方向的网格高度。(3)计算待分析舞动点垂直方向各层的温度包括：tq(k，t，p)＝tq(k，t，p-1)+rq(i，j，k，t)δl；k＝1...h，t＝1...l，p＝1...δz/δl；式中，tq(k，t，p)表示待分析舞动点垂直方向各层的温度，δl表示待分析舞动点垂直方向的层高，δz/δl表示待分析舞动点垂直方向相邻两层间的格点数，rq(i，j，k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，k表示层数，t表示时刻，p表示第p个格点。值得说明的是：本发明对地面舞动点垂直海拔方向上空各层进行细化的温度预测是基于上层的气象数据会影响下层，高层的降雨、降雪等天气气象会影响所分析地面舞动点的自激振动幅度和频率等，以此为舞动的预测提供多维的参考。实施例2与上述方法实施例相对应的，本实施例公开一种临近网格温度分层细化预测系统，包括：第一计算单元：用于确定三维温度场的计算网格，基于气象wrf数值模式计算三维温度场中各网格格点的温度数据，并计算垂直方向相邻网格之间的垂直温度直减率；其中，所述网格的水平面表征经纬度，垂直方向表征海拔高度。第二计算单元：用于根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，垂直方向的网格高度为δz，垂直方向的层高为δ1，且δz/δ1为大于等于2的整数。第三计算单元：用于根据地面温度直减率及相关温度数据计算所对应系列网格中相邻格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，然后根据所计算的各该温度的值以双线性插值方法计算待分析舞动点地面海拔高度的温度；同时根据关联格点任一δz之间的垂直温度直减率以加权平均方法计算待分析舞动点同一δz之间的垂直温度直减率。第四计算单元：用于根据待分析舞动点地面海拔高度的温度和各δz之间的垂直温度直减率计算对应δ1各层的温度数据。作为本实施例优选的实施方式，所述第三单元中计算待分析舞动点地面海拔高度的温度包括：(1)第一模块：用于确定计算网格四个格点的地面海拔高度及其经纬度，并通过三维温度场计算该四个格点的地面海拔高度的温度。(2)第二模块：用于计算所述四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度：式中，表示四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，t(i，j，1，t)、t(i+1，j，1，t)、t(i，j+1，1，t)、t(i+1，j+1，1，t)表示四个格点的地面海拔高度的温度，r0表示统一的地面温度递减率，h(i，j)、h(i+1，j)、h(i，j+1)、h(i+1，j+1)表示四个格点的地面海拔高度。(3)第三模块：用于计算待分析舞动点地面海拔高度的温度：式中，t(q，t)表示待分析舞动点的地面海拔的温度，表示四个格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，x表示待分析舞动点的经度，y表示待分析舞动点的纬度，xi、xi+1表示四个格点其中两个格点的经度，yj、yj+1表示四个格点其中两个格点的纬度。作为本实施例优选的实施方式，所述第三单元中计算待分析舞动点垂直温度直减率包括：(1)第四模块：用于计算四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率：式中，r(i，j，k，t)表示四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率，t(i，j，k，t)与t(i，j，k+1，t)表示相邻两网格的温度，δz表示相邻两网格的高度差。(2)第五模块：用于将四个格点分别记为a、b、c、d，待分析舞动点记为q，计算四个格点与待分析舞动点之间的权重系数：式中，α1、α2、α3、α4分别表示a、b、c、d四个格点与待分析舞动点之间的权重系数，为a点到q点的距离，为b点到q点的距离，为c点到q点的距离，为d点到q点的距离。(3)第六模块：用于计算待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率：rq(k，t)＝α1r(i，j，k，t)+α2r(i+1，j，k，t)+α3r(i，j+1，k，t)+α4r(i+1，j+1，k，t)；式中，rq(k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的直温度直减率，α1、α2、α3、α4分别表示四个格点与待分析舞动点之间的权重系数，r(i，j，k，t)、r(i+1，j，k，t)、r(i，j+1，k，t)、r(i+1，j+1，k，t)分别表示四个格点垂直方向相邻两网格间的垂直温度直减率。作为本实施例优选的实施方式，第四单元用于计算待分析舞动点垂直方向各层的温度：tq(k，t，p)＝tq(k，t，p-1)+rq(k，t)δl；k＝1...h，t＝1...l，p＝1...δz/δl；式中，tq(k，t，p)表示待分析舞动点垂直方向各层的温度，rq(k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，δl表示待分析舞动点垂直方向的层高，δz/δl表示待分析舞动点垂直方向相邻两层间的格点数，k表示层数，t表示时刻，p表示第p个格点。作为本实施例优选的实施方式，当所述待分析舞动点的位置处在所述计算网格的格点位置时，计算待分析舞动点垂直方向各层的温度包括：(1)第七模块：用于确认待分析舞动点所在的格点位置，获取该格点的垂直方向上的系列格点的三维温度场数据作为该待分析舞动点的三维温度场数据。(2)第八模块：用于计算待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率：式中，rq(i，j，k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，t(i，j，k，t)与t(i，j，k+1，t)表示待分析舞动点垂直方向相邻两网格的温度，δz表示待分析舞动点垂直方向的网格高度。(3)第九模块：用于计算待分析舞动点垂直方向各层的温度包括：tq(k，t，p)＝tq(k，t，p-1)+rq(i，j，k，t)δl；k＝1...h，t＝1...l，p＝1...δz/δl；式中，tq(k，t，p)表示待分析舞动点垂直方向各层的温度，δl表示待分析舞动点垂直方向的层高，δz/δl表示待分析舞动点垂直方向相邻两层间的格点数，rq(i，j，k，t)表示待分析舞动点相邻两网格间的垂直温度直减率，k表示层数，t表示时刻，p表示第p个格点。如上所述，本发明提供的一种临近网格温度分层细化预测方法和系统根据待分析舞动点的经纬度确定所关联的垂直方向的系列网格，并对该系列网格进行均匀化分层，首先根据地面温度直减率及相关温度数据计算所对应系列网格中相邻格点垂直方向对应待分析舞动点的地面海拔高度的温度，然后根据所计算的各该温度的值以双线性插值方法计算待分析舞动点地面海拔高度的温度；同时根据关联格点任一相邻网格之间的垂直温度直减率以加权平均方法计算待分析舞动点对应相邻网格之间的垂直温度直减率；最后根据待分析舞动点地面海拔高度的温度和每相邻网格之间的垂直温度直减率计算对应细分各层的温度数据；该方法和系统考虑了温度垂直变化的物理规律，大大提高了易舞动点的垂直温度分辨率，精确度高，计算速度快范围广，为电网覆冰舞动精细化预测，保障电网安全运行提供了有力的科学支撑。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12