基于极涡?副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于极涡?副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法，该方法为下述步骤：1.极涡?副高因子对确定，2.根据覆冰程度划分因子对，3.极涡?副高因子对重心计算，4.有效边长计算，5.平面区域绘制及因子对统计，6.覆冰程度预测。本方法的有益效果为：1、本发明适用于各个区域电网冬季覆冰程度预测，填补了目前尚无基于极涡?副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法的技术空白，计算流程清晰，实用性强。2、本发明通过划分与冬季覆冰相关性高的极涡?副高因子对在二维平面的分布来进行预测，过程直观简单，准确率高。3、本发明预测得到的电网覆冰程度，为提前开展电网抗冰措施部署，优化调配资源，提供科学的参考依据。
【专利说明】
基于极涡-副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法
技术领域
[0001] 本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于极涡-副高因子对的电网冬季覆 冰预测方法。
【背景技术】
[0002] 冰灾对于我国电力行业造成的损失十分严重。近年来，由于电网冰灾频频发生，冬 季输电线路覆冰成为困扰电网稳定安全运行的头号问题。而面对冰灾发生时，电力企业的 往往由于前期准备不充分，导致抗冰工作措手不及，因此亟需开展电网冬季覆冰气候预测。
[0003] 现有技术当中，覆冰气候预测主要通过分析海量数据，利用统计方法，寻找影响覆 冰的关键因子，建立基于关键因子的预测方程，开展覆冰气候预测。然而，纯统计方法建立 的预测方程，由于物理意义不明确，对于不同地区开展覆冰气候预测时，因子变动较大。而 采用物理意义明确的极涡、副高等因子建立单一因子的预测方程，能够在一定程度预测冬 季覆冰，但对于二者影响范围的交界区域，预测效果还存在欠缺。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是:针对当前现有技术的不足，提出一种基于极涡-副高 因子对的电网冬季覆冰气候预测方法，从而提前一个月以上预测冬季电网覆冰整体情况， 使用该方法可为电网提前制定抗冰策略，部署抗冰措施提供科学指导，提高抗冰资源调配 的经济性，该方法思路新颖、流程清晰、实用性强。
[0005] 本发明的解决方案是:所提供的这种基于极涡-副高因子对的电网冬季覆冰气候 预测方法，系考虑了影响冬季覆冰程度的前期关键因子亚洲极涡面积指数和西太平副热带 高压强度指数的二维平面联合分布特征，并利用不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的 空间重心和分布范围，划分判识区域，制定判识规则，基于判识规则预测冬季电网平均覆冰 程度。该方法的具体步骤如下：
[0006] (1)极涡-副高因子对确定
[0007] 确定数据开始时间Sq和终止时间S，并获取该时间段内每年3-10月份月平均西太 平洋副热带高压强度指数約与亚洲极涡面积指数B lj，其中ie [3,10]，je[SQ，S]。同时获取 [S0，S]时间范围的12月-次年2月预测区域的平均覆冰日数。计算前期每个月西太平洋副热 带高压强度指数&序列与覆冰日数的相关系数V 1和前期每个月亚洲极涡面积指数B1与覆冰 曰数的相关系数lu，分别选取最强相关月份对应的西太平洋副热带高压强度指数和亚洲极 涡面积指数，将二者组成因子对，记为(apbdJetS^S]。
[0008] (2)根据覆冰程度划分因子对
[0009] 将步骤（1)获得的预测区域覆冰日数按照从小到大排列，将50%、80%的分位点对 应的覆冰日数，F50和F80作为该区域覆冰程度划分点。规则如下表：
[0010] 表1覆冰程度划分表
Lum 根据覆冰捏度划分表，将步骤（I)佛足的四太干沣副热带咼压强度指数和业洲极 涡面积对(apbj)，按照对应冬季的覆冰程度划分为三类，分别记为(ak，bk)，（a m，bm)，（an， bn),其中1?=1···ιι，ηι=1···ν，η=1··，。
[0013] ⑶极祸-g搞因子对重心计算
[0014] 将步骤(2)划分的因子对分别绘制在二维平面图上。并计算相应等级覆冰程度离 散点的重心，分别记为Gl(glx，gly)，G2(g2x，g2y)，G3(g3x，g3y)，计算公式如下：
[0015] 轻度覆冰：
[0016] 中等程度3
[0017] 严重程度3 [0018] (4)有效边长计算
[0019] 计算步骤(2)划分的不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的标准偏差，计算公式 如下:轻度覆冰：
[0020] 中等 g
[0021] 严重 g
[0022] 对于轻度覆冰，以步骤⑶确定的重心Gi(gix，giy)为中心点，以Cxob^Pao lyS边长绘 制矩形，a为边长调整系数，调整a的值，使得矩形区域包含90%以上轻度覆冰对应的极涡-副高因子对，矩形边长分别记为dlx和d ly。
[0023] 同理，对于中等程度和严重程度覆冰对应的极涡-副高因子对计算相应的矩形边 长，分别记为cbx和cby，cbx和cby。
[0024] (5)平面区域绘制及因子对统计
[0025] 根据步骤(3)计算的不同程度覆冰的重心和步骤(4)计算的矩形边长，在亚洲极涡 面积指数-西太平副热带高压指数平面图上，绘制轻度、中等和严重程度覆冰对应的矩形范 围，分别记为L，M，N。
[0026] 计算每个划分区域的轻度、中等和严重覆冰对应的因子对个数，得到如下表：
[0027] 表2不同覆冰程度在不同区域的极涡-副高因子对个数
[0029] (6)覆冰程度预测
[0030] 根据步骤(1)确定的最强相关月份，收集今年相应月份的极涡-副高因子对P，并绘 制在步骤(5)的平面图上。根据P点在平面的位置以及步骤(5)计算的因子对个数表进行覆 冰程度预测。
[0031] 情况1:当PeLjSP€M:，： P$N，则预测为轻度覆冰
[0032] 情况2:当PeM，但丨KL, P_,则预测为中等程度覆冰
[0033] 情况3:当PeN，但Ρ?-L, Ρ?：Μ，则预测为严重程度覆冰
[0034] 情况4:当PeL ΠΜ，但时
[0035] ①当LHM区域内，Qlmi>Qlm2时，预测轻度覆冰。
[0036] ②当LHM区域内，Qlmi彡Qlm2时，预测为中等程度覆冰。
[0037]情况5:当PeLnNjSP_[时
[0038] ①当1^门~区域内，〇[附>0[似时，预测轻度覆冰。
[0039] ②当1^门~区域内，^^1<^^3时，预测为严重程度覆冰。
[0040] 情况6:当PeMnNJSPCLJt
[0041 ] ①当M n N区域内，Qmn2 > Qmn3时，预测中等程度覆冰。
[0042] ②当M n N区域内，Qmn2SQmn3时，预测严重程度覆冰。
[0043] t青况7:当Pe L 门M AN时·
[0044] ①当Qlmni>Qlmn2且Qlmni>Qlmn3时，预测轻度覆冰；
[0045] ②当QlMN2^QlMN1且QlMN2>QlMN3时，预测中等程度覆冰；
[0046] ③当QlMN3^QlMN2且Qlmn3^Qlmni时，预测严重程度覆冰；
[0047] 情况8:当PE LUMU N 时
[0048] ①当Qimnl>Qimn2且Qimnl>Qi mn3时，预测轻度覆冰；
[0049] ②当Qimn2多Qimni且Qimi2 > Qimi3时，预测中等程度覆冰；
[0050] ③当Qimn3多Qimn2且Qimn3多Qi mnl时，预测严重程度覆冰。
[0051] 本发明的有益效果是：
[0052] 1、本发明适用于各个区域电网冬季覆冰程度预测，填补了目前尚无基于极涡-副 高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法的技术空白，计算流程清晰，实用性强。
[0053] 2、本发明通过划分与冬季覆冰相关性高的极涡-副高因子对在二维平面的分布来 进行预测，过程直观简单，准确率高。
[0054] 3、本发明预测得到的电网覆冰程度，为提前开展电网抗冰措施部署，优化调配资 源，提供科学的参考依据。
[0055] 总之，本发明通过对历史上区域覆冰发生情况及其对应的极涡、副高情况进行分 析，划分不同程度覆冰发生时的极涡-副高因子对集中区域，建立覆冰程度判识规则，进行 冬季覆冰气候预测。利用本发明，能够提前准确预测冬季电网覆冰程度，提升电网覆冰气候 预测水平，提高抗冰部署的针对性和经济性。
【附图说明】
[0056] 图1为本发明实施例预测方法的流程图。
[0057] 图2为本发明实施例极涡-副高对平面区域绘制示意图。
[0058] 图3为本发明实施例实际案例中极涡-副高对平面分布图。
【具体实施方式】
[0059] 本发明实施例所提供的一种基于极涡-副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方 法，系考虑了影响冬季覆冰程度的前期关键因子亚洲极涡面积指数和西太平副热带高压强 度指数的二维平面联合分布特征，并利用不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的空间重 心和分布范围，划分判识区域，制定判识规则，基于判识规则预测冬季电网平均覆冰程度。 如图1所示，该方法的具体步骤如下：
[0060] (1)极涡-副高因子对确定
[0061] 确定数据开始时间So和终止时间S，并获取该时间段内每年3-10月份月平均西太 平洋副热带高压强度指数^与亚洲极涡面积指数其中ie [3,10]，je[S0，S]。同时获取 [S0，S]时间范围的12月-次年2月预测区域的平均覆冰日数。计算前期每个月西太平洋副热 带高压强度指数仏序列与覆冰日数的相关系数V 1和前期每个月亚洲极涡面积指数B1与覆冰 曰数的相关系数lu，分别选取最强相关月份对应的西太平洋副热带高压强度指数和亚洲极 涡面积指数，将二者组成因子对，记为(a^bJjetS^S]。
[0062] (2)根据覆冰程度划分因子对
[0063]将步骤(1)获得的预测区域覆冰日数按照从小到大排列，将50%、80%的分位点对 应的覆冰日数，F5Q和F8Q作为该区域覆冰程度划分点。规则如下表：
[0064] 表1覆冰程度划分表
[0066] 根据覆冰程度划分表，将步骤（1)确定的西太平洋副热带高压强度指数和亚洲极 涡面积对(apb」），按照对应冬季的覆冰程度划分为三类，分别记为(a k，bk)，（am，bm)，（an， bn),其中1?=1···ιι，ηι=1···ν，η=1··，。
[0067] (3)极涡-副高因子对重心计算
[0069] 轻度覆冰
[0068] 将步骤(2)划分的因子对分别绘制在二维平面图上。并计算相应等级覆冰程度离 散点的重心，分别记为Gl(glx，gly)，G2(g2x，g2y)，G3(g3x，g3y)，计算公式如下：
[0070] 中等程度
[0071 ] 严重程度 [0072] (4)有效边长计算
[0073] 计算步骤(2)划分的不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的标准偏差，计算公式 如下:轻度覆?
[0074] 中等
[0075] 严重
[0076] 对于轻度覆冰，以步骤⑶确定的重心Gi(gix，giy)为中心点，以Cxo 1^aolyS边长绘 制矩形，a为边长调整系数，调整a的值，使得矩形区域包含90%以上轻度覆冰对应的极涡-副高因子对，矩形边长分别记为d lx和dly。
[0077] 同理，对于中等程度和严重程度覆冰对应的极涡-副高因子对计算相应的矩形边 长，分别记为cbx和cby，cbx和cby。
[0078] (5)平面区域绘制及因子对统计
[0079] 根据步骤(3)计算的不同程度覆冰的重心和步骤(4)计算的矩形边长，在亚洲极涡 面积指数-西太平副热带高压指数平面图上，绘制轻度、中等和严重程度覆冰对应的矩形范 围，分别记为L，M，N，如图2所示。
[0080] 计算每个划分区域的轻度、中等和严重覆冰对应的因子对个数，得到如下表：
[0081] 表2不同覆冰程度在不同区域的极涡-副高因子对个数
[0083] (6)覆冰程度预测
[0084] 根据步骤(1)确定的最强相关月份，收集今年相应月份的极涡-副高因子对P，并绘 制在步骤(5)的平面图上。根据P点在平面的位置以及步骤(5)计算的因子对个数表进行覆 冰程度预测。
[0085] 情况1:当PeL，但PGM，Ρ?Ν,则预测为轻度覆冰
[0086] 情况2:当PGM，但PiU ΡΦΝ，则预测为中等程度覆冰
[0087] 情况3:当PeN，但PGL, PGM,则预测为严重程度覆冰
[0088] 情况4:当PeL ΠΜ，但MN时
[0089] ①当LHM区域内，Qlmi>Qlm2时，预测轻度覆冰。
[0090] ②当LnM区域内，Qlmi彡Qlm2时，预测为中等程度覆冰。
[0091] 情况5:当PeLnNJSPfMJt
[0092] ①当1^门~区域内，〇训>〇旧时，预测轻度覆冰。
[0093] ②当L n N区域内，QlniSQln3时，预测为严重程度覆冰。
[0094] 情况6:当PeM n
[0095] ①当1门~区域内，〇?2>〇?3时，预测中等程度覆冰。
[0096] ②当M n N区域内，Qmn2SQmn3时，预测严重程度覆冰。
[0097] t青况7:当Pe L 门 M AN时·
[0098] ①当Qlmni>Qlmn2且Qlmni>Qlmn3时，预测轻度覆冰；
[0099] ②当QlMN2^QlMN1且QlMN2>QlMN3时，预测中等程度覆冰；
[0100] ③当QlMN3^QlMN2且Qlmn3^Qlmni时，预测严重程度覆冰；
[0101] 情况8:当 I) e L u M u N 时
[0102] ①当Qimnl > Qimn2且Qimnl > Qimn3时，预测轻度覆冰；
[0103] ②当Qimn2多Qimnl且Qimn2 > Qimn3时，预测中等程度覆冰；
[0104] ③当Qimn3多Qimn2且Qimn3多Qi mnl时，预测严重程度覆冰。
[0105]下面以某省电网覆冰预测为例，对本方法进行验证。
[0106] (1)极涡-副高因子对确定
[0107] 数据开始时间1951年和终止时间2014年，收集该时间段内每年3-10月份月平均西 太平洋副热带高压强度指数牝与亚洲极涡面积指数B 1^其中ie [3,10]，je [1951,2014]。 同时收集[[1951,2014]时间范围的12月-次年2月预测区域的平均覆冰日数。计算前期每个 月西太平洋副热带高压强度指数A 1序列与覆冰日数的相关系数V1和前期每个月亚洲极涡面 积仏与覆冰日数的相关系数lu，西太平洋副热带高压强度指数最强相关月份为10月，亚洲极 涡面积指数最强相关月份为5月，将10月西太平洋副热带高压强度指数与5月亚洲极涡面积 指数按照相应年份组成因子对，记为(a」，bj)，j e [ 1951，2014]。
[0108] (2)根据覆冰程度划分因子对
[0109]将步骤(1)收集的预测区域覆冰日数按照从小到大排列，将50%、80%的分位点对 应的覆冰日数，F5Q = 3.2和F8Q = 5.6作为该区域覆冰程度划分点。规则如下表：
[0110]表2覆冰程度划分表 「01111
[0113] 根据覆冰程度划分表，将步骤（1)确定的西太平洋副热带高压强度和亚洲极涡面 积指数对(apbj)，按照对应冬季的覆冰程度划分为三类，分别记为(a k，bk)，（am，bm)，（an， bn),其中1?=1···ιι，ηι=1···ν，η=1··，。
[0114] (3)极涡-副高因子对重心计算
[0115] 将步骤(2)划分的因子对分别绘制在二维平面图上。并计算轻度、中等和严重程度 覆冰极涡-副高因子对的重心。分别为(38·2，152·4)，（31·1，158·0)，（24·6，163·6)
[0116] (4)有效边长计算
[0117] 计算步骤(2)划分的不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的标准偏差。
[0118] 轻度覆冰：〇lx= 16.0，oly= 1〇.〇
[0119] 中等程度覆冰:σ2χ= 17.8，σ2γ = 8·1
[0120] 严重程度覆冰:σ3χ = 17.0，σ3γ = 7.1
[0121] 对于轻度覆冰，以步骤(3)确定的重心(38.2,152.4)为中心点，以16.0α和10.0α为 边长绘制矩形，α为边长调整系数，a = 4.1，矩形区域包含90 %以上轻度覆冰对应的极涡-副 高因子对，矩形边长分别记为dix = 65.9和diy=40.9。
[0122] 同理，对于中等程度和严重程度覆冰对应的极涡-副高因子对计算相应的矩形边 长，分别记为d2X = 81.8和(12产37.0，(^ = 55.4和(13产23.2，二者的调整系数分别为4.6和 3.3〇
[0123] (5)平面区域绘制及因子对统计
[0124] 根据步骤(3)计算的不同程度覆冰的重心和步骤(4)计算的矩形边长，在亚洲极涡 面积指数-西太平副热带高压指数平面图上，绘制轻度、中等和严重程度覆冰对应的矩形范 围，分别记为L，M，N，如图3所示。
[0125] 计算每个划分区域的轻度、中等和严重覆冰对应的因子对个数，得到如下表：
[0126] 表3不同覆冰程度在不同区域的极涡-副高因子对个数 L〇129j (6)覆冰程度饿测
[0130] 根据步骤（1)确定的最强相关月份，收集2015年相应月份的极涡-副高因子对P (50,159)，并绘制在步骤(5)的平面图上。
[0131] peLnMnN，符合情况7,由于Qlmn2多Qlmni且QLMN2>Qlmn3，预测2015年为中等程度覆 冰，根据实际覆冰监测情况统计，该省份2015年为中等程度覆冰。结果准确。
【主权项】
1. 一种基于极涡-副高因子对的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，包括如下步 骤：（1).极涡-副高因子对确定，（2).根据覆冰程度划分因子对，（3).极涡-副高因子对重心 计算，（4).有效边长计算，（5).平面区域绘制及因子对统计，（6).覆冰程度预测。2. 根据权利要求1所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(1)极涡-副高 因子对确定的具体步骤为:获取数据开始时间So到终止时间S该时间段内每年3-10月份月 平均西太平洋副热带高压强度指数^与亚洲极涡面积指数By，其中i e [3，10]，j e [S〇,S]; 同时获取[S〇，S]时间范围的12月-次年2月预测区域的平均覆冰日数;计算前期每个月西太 平洋副热带高压强度指数Μ序列与覆冰日数的相关系数 Vl和前期每个月亚洲极涡面积指数 8:与覆冰日数的相关系数lu，分别选取最强相关月份对应的西太平洋副热带高压强度指数 和亚洲极涡面积指数，将二者组成因子对，记为(apbJjetS^S]。3. 根据权利要求2所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(2)根据覆冰 程度划分因子对的具体步骤为:将步骤(1)获得的预测区域覆冰日数按照从小到大排列，将 50%、80%的分位点对应的覆冰日数，F 5Q和F8Q作为该区域覆冰程度划分点；根据覆冰程度 划分表，将步骤(1)确定的西太平洋副热带高压强度指数和亚洲极涡面积对(apbj，按照对 应冬季的覆冰程度划分为三类，分别记为(ak，bk)，（a m，bm)，（an，bn)，其中k=l n = l---w〇4. 根据权利要求3所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(3)极涡-副高 因子对重心计算的具体步骤为:将步骤(2)划分的因子对分别绘制在二维平面图上，并计算 相应等级覆冰程度呙散点的重心，分别记为61(81\，8以），62(82\，82\)，63(83\，83\)，计算公式 如下：5. 根据权利要求4所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(4)有效边长 计算的具体步骤为:计算步骤(2)划分的不同程度覆冰对应的极涡-副高因子对的标准偏 差，计算公式如下：对于轻度覆冰，以步骤⑶确定的重心、Gi(gix，giy)为中心、点，以a〇b^Paoly为边长绘制矩 形，α为边长调整系数，调整α的值，使得矩形区域包含90%以上轻度覆冰对应的极涡-副高 因子对，矩形边长分别记为dlx和dly;同理，对于中等程度和严重程度覆冰对应的极涡-副高 因子对计算相应的矩形边长，分别记为d 2x和d2y，d3x和d3y。6. 根据权利要求5所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(5)平面区域 绘制及因子对统计的具体步骤为:根据步骤(3)计算的不同程度覆冰的重心和步骤(4)计算 的矩形边长，在亚洲极涡面积指数-西太平副热带高压指数平面图上，绘制轻度、中等和严 重程度覆冰对应的矩形范围，分别记为L，M，N，计算每个划分区域的轻度、中等和严重覆冰 对应的因子对个数，得到如下表： 表1不同覆冰程度在不同区域的极涡-副高因子对个数7. 根据权利要求6所述的电网冬季覆冰气候预测方法，其特征在于，步骤(6)覆冰程度 预测的具体步骤为:根据步骤（1)确定的最强相关月份，收集今年相应月份的极涡-副高因 子对P，并绘制在步骤(5)的平面图上，根据P点在平面的位置以及步骤(5)计算的因子对个 数表进行覆冰程度预测： 情况1:当P e L，βΡ_：，「，贝ij预测为轻度覆冰； 情况2:当PeΜ，但ML,卩辆，贝预测为中等程度覆冰； 情况3:当Pe N，但PCL，P€M，则预测为严重程度覆冰； 情况4:当P e L η Μ，但ΡΦΜ时 ① 当LnM区域内，Qlmi > Qlm2时，预测轻度覆冰； ② 当LnM区域内，Qua彡Qum2时，预测为中等程度覆冰； 情况5:当P e L η N，但P_[时 ① 当LHN区域内，QLN1 > QLN3时，预测轻度覆冰； ② 当LHN区域内，Qlni<Qln3时，预测为严重程度覆冰； 情况6:当P e Μ η N，但ML时 ① 当Μ η N区域内，Qmn2 >Qmn3时，预测中等程度覆冰； ② 当ΜΠΝ区域内，Qmn2<Qmn3时，预测严重程度覆冰； t青况7:当PeLOMON日寸 ①当Qlmni >QlMN2且Qlmni >QlMN3时，预测轻度覆冰； ② 当QLMN2 > Qlmni且QlMN2 > QlMN3时，预测中等程度覆冰； ③ 当Qlmn3 > Qlmn2且Qlmn3 > Qlmni时，预测严重程度覆冰； 情况8:当PG LUMUN时 ① 当Qlmni >Qlmn2且Qlmni >Qlmn3时，预测轻度覆冰； ② 当Qimn2彡Qlmni且Qimn2>Qimn3时，预测中等程度覆冰； ③ 当Qimn3彡Qimn2且Qimn3彡Qlmni时，预测严重程度覆冰。
【文档编号】G06Q10/04GK106056258SQ201610554964
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】陆佳政, 冯涛, 徐勋建, 杨莉, 张 杰, 李丽
【申请人】国网湖南省电力公司, 国网湖南省电力公司防灾减灾中心, 国家电网公司