湘潭電網(wǎng)氣象災(zāi)害情況下的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

孫詩(shī)卉, 方超文

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué),湖南長(zhǎng)沙，410114；2.湖南省電力有限公司湘潭供電分公司，湖南湘潭，411101)

1 存在的問(wèn)題

如何獲取湘潭市氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)底數(shù)，典型氣象災(zāi)害致災(zāi)信息，全面掌握氣象風(fēng)險(xiǎn)要素，需要進(jìn)一步細(xì)化研究。湘潭市氣象業(yè)務(wù)一體化平臺(tái)應(yīng)用、智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)、基層氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)智能終端，需要進(jìn)一步提升。與此同時(shí)，在我國(guó)各省市的地貌各有不同，有著微氣象和微地形的特點(diǎn)，而且這些區(qū)域的電網(wǎng)傳輸會(huì)經(jīng)常性的受到極端天氣如：覆冰、暴雨等的影響。根據(jù)相關(guān)平臺(tái)的有效數(shù)據(jù)表示，針對(duì)微氣象災(zāi)害的研究逐年增加，研究的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越有針對(duì)性。尤其是對(duì)電網(wǎng)覆冰、極端暴雨天氣、電網(wǎng)數(shù)據(jù)的接受與傳輸?shù)妊芯款I(lǐng)域有著句法投入。電力電網(wǎng)的預(yù)警或是預(yù)測(cè)不管是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都有大量的研究，并由一些列的進(jìn)展和突破性研究，并取得了一定得成效。但在這其中大都考慮的是單類災(zāi)害，對(duì)于綜合性的自然和認(rèn)為災(zāi)害，大都沒(méi)有去綜合考慮，所以我們需要從綜合災(zāi)害預(yù)警的角度去考慮，對(duì)于單方面或者從單一因素去考量氣象災(zāi)害是不可取的，在實(shí)際的情況當(dāng)中往往不會(huì)單獨(dú)發(fā)生。發(fā)生的原因和種類往往是綜合性的，因此根據(jù)多種情況去考慮，建立微氣象多方面、多情況的預(yù)警系統(tǒng)。

2 微氣象災(zāi)害形成原理及預(yù)警方法

2.1 風(fēng)災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)

局部大風(fēng)和強(qiáng)對(duì)流的大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等都可能造成一定風(fēng)災(zāi)，給我們的電力電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定影響，同時(shí)也給我們風(fēng)災(zāi)的監(jiān)測(cè)造成一定的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息不準(zhǔn)確或數(shù)據(jù)信息延遲等不利的影響。目前通過(guò)國(guó)家投入大量人力和物力的資源以及相關(guān)技術(shù)的支持，對(duì)于風(fēng)災(zāi)的預(yù)警和預(yù)報(bào)工作得到了大幅度的提升。

通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)雨量站等技術(shù)，建立有力的預(yù)警和監(jiān)控措施，建立相應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制，從而提高應(yīng)急反應(yīng)的能力。

2.2 輸電導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)

輸電導(dǎo)線舞動(dòng)可以造成金屬器件的損傷和破壞，輸電線舞動(dòng)共造成嚴(yán)重的金屬器件的破壞會(huì)帶來(lái)輸電線路跳閘停電和輸電導(dǎo)線折斷等電力事故。輸電線路導(dǎo)線舞動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集所在導(dǎo)線的舞動(dòng)頻率、幅度，并同時(shí)進(jìn)行輸電通道的圖像視頻采集、微氣象數(shù)據(jù)采集等，最終通過(guò)5G或CDMA等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的渠道，將數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)控中心的相關(guān)工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工檢查分析，對(duì)輸電導(dǎo)線舞動(dòng)線路的線路的毀壞程度進(jìn)行定性分析，采取對(duì)應(yīng)的相關(guān)措施：比如更換高強(qiáng)度的金具絕緣子、加裝防舞裝置等。

2.3 冰凍災(zāi)害預(yù)報(bào)及評(píng)估

地面有較弱的冷空氣，使氣溫下降緩慢而持久會(huì)造成一定的陰雨和霜凍。低空層有逆溫層,即地面與低空溫度低于高層,冰晶從高空下落至1500米左右時(shí),表面被融化,落到700米左右時(shí)由于空氣溫度低于0℃,立即凝結(jié)形成冰凍。特殊的地理環(huán)境或者長(zhǎng)期的而趨于強(qiáng)冷空氣當(dāng)中也會(huì)形成一定的冰凍災(zāi)害，造成寒潮和冰凍等惡劣的氣象災(zāi)害，給人們?cè)斐梢欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失，農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等也會(huì)帶來(lái)一定的影響。通過(guò)近年來(lái)科技的提升和投入，對(duì)于冰凍災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警工作提出了多種模型來(lái)模擬冰凍的各種極端天氣的影響。

3 微氣象災(zāi)害預(yù)警模型與數(shù)據(jù)處理研究

電力電網(wǎng)微氣象系統(tǒng)模型在建造的同時(shí)，外網(wǎng)與氣象相關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)共享和傳輸也是我們系統(tǒng)模型建立的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)外網(wǎng)與氣象相關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享和傳輸是保障系統(tǒng)模型正常運(yùn)作。氣象類數(shù)據(jù)包括氣實(shí)時(shí)的降雨量、預(yù)報(bào)每分每時(shí)的降雨量等數(shù)據(jù)心信息，以及工作區(qū)實(shí)況雨量、預(yù)報(bào)雨量、累計(jì)雨量空間數(shù)據(jù)。氣象局原始數(shù)據(jù)以文本形式提供，雨量空間數(shù)據(jù)為氣象局雨量數(shù)據(jù)的矢量化。電網(wǎng)微氣象預(yù)警模型和數(shù)據(jù)處理如圖 1所示。

圖1 電網(wǎng)微氣象預(yù)警模型和數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)共享及安全傳輸方案

氣象信息數(shù)據(jù)的共享，首先需要跨國(guó)防火墻進(jìn)行相關(guān)傳輸?shù)墓ぷ?，傳輸?shù)诫娋W(wǎng)公司的服務(wù)器，傳輸完成之后，然后電網(wǎng)公司的服務(wù)器開(kāi)始工作和數(shù)據(jù)中心的內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行連接，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享、存儲(chǔ)、歸類、分析，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)共享及安全傳輸方案示意

(1)基于XML標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式

XML是氣象數(shù)據(jù)信息采集的基礎(chǔ)，使用簡(jiǎn)單方便，適用能力強(qiáng)。通過(guò)使用而這些標(biāo)記可以用方便的方式建立進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)描述工作。

(2)基于WebService協(xié)議的數(shù)據(jù)共享

Web services是夠通過(guò)編程的方法并連接web來(lái)調(diào)用相關(guān)應(yīng)用程序，建立分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)并進(jìn)行相應(yīng)的操作。主要通過(guò)各個(gè)單個(gè)的站點(diǎn)信息的相互通信，進(jìn)而在標(biāo)準(zhǔn)HTTP協(xié)議下進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的傳輸與共享。

(3)數(shù)據(jù)加密傳輸。

通過(guò)SOAP協(xié)議Web Service封裝消息，封裝后的消息通過(guò)的各種協(xié)議和規(guī)定來(lái)進(jìn)行傳輸消息，由于WebService的跨平臺(tái)和跨編程語(yǔ)言特點(diǎn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為XML格式并沒(méi)有加密，可能造成數(shù)據(jù)的丟失和竊取，所以要建立安全連接層，實(shí)現(xiàn)文件的加密傳輸。

(4)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性。

實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)同各國(guó)相對(duì)應(yīng)的API接口進(jìn)行要有有線或者無(wú)線的連接，采用相關(guān)的推送技術(shù)保障數(shù)據(jù)的及時(shí)性和實(shí)時(shí)需要，將瀏覽器所需要查詢的信息或者要訪問(wèn)的信息主動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻o予信息。該技術(shù)需要發(fā)送端的服務(wù)器和氣象局的服務(wù)器建立長(zhǎng)時(shí)間的連接，中間不可中斷，造成數(shù)據(jù)的丟失。

3.2 預(yù)警模型的研究

通過(guò)氣象平臺(tái)和電力微氣象監(jiān)測(cè)得到的微氣象信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)歸類、存儲(chǔ)分析。對(duì)于極端天氣，氣象部門(mén)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息對(duì)比之前每天每周甚至是歷年的氣象數(shù)據(jù)信息，根據(jù)對(duì)比信息得到一般性的預(yù)測(cè)并進(jìn)行相關(guān)工作的部署。

4 綜合微氣象預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

針對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)的描述需要通過(guò)面向?qū)ο蟮姆椒?，在一定范圍和方法中，需要考慮的是電力電網(wǎng)整體因素，不能單一憑借一種條件來(lái)進(jìn)行技術(shù)上的支持和下定結(jié)論。所以針對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)的描述遵循應(yīng)用型和Web服務(wù)技術(shù)。

4.1 實(shí)時(shí)電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警

1）氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)由氣象信息采集單元、LED信息顯示終端等系統(tǒng)硬件組成。通過(guò)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)與電網(wǎng)的結(jié)合，將氣象站得到的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與電網(wǎng)平臺(tái)上的線路電路數(shù)據(jù)整合，可以對(duì)瞬時(shí)速率、溫度、和濕度、氣壓等一天內(nèi)的變化曲線圖像進(jìn)行有相關(guān)研究。

2）實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)閾值報(bào)警。通過(guò)氣象站實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息雨電網(wǎng)的具體的 分布，設(shè)置預(yù)設(shè)值（高低溫、泥石流、暴雨、大霧等）氣象的閾值。在其設(shè)定的中設(shè)置限值內(nèi)，氣象監(jiān)測(cè)閾值不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)測(cè)量值超出限值范圍時(shí)，氣象監(jiān)測(cè)閾值報(bào)警或者輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)外部設(shè)備動(dòng)作。

3）專業(yè)氣象監(jiān)測(cè)分析預(yù)報(bào)預(yù)警。將每天每小時(shí)的預(yù)測(cè)信息與本周內(nèi)的預(yù)測(cè)信息進(jìn)行比較分析，必要時(shí)要與上一周的數(shù)據(jù)信息比較分析[8]。做好氣候趨勢(shì)滾動(dòng)預(yù)測(cè)，將每3小時(shí)更新的預(yù)報(bào)預(yù)警跟新為每0.5小時(shí)，做好氣象災(zāi)害預(yù)警的最高時(shí)間分辨率和最高空間的分辨率，提高信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布。

4）實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用。通過(guò)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)與電力電網(wǎng)的協(xié)作配合，建立了省、市、縣全方位的氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，形成省、市、縣全方位的氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。將氣象站得到的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與電網(wǎng)平臺(tái)上的線路電路數(shù)據(jù)整合，可以對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、和濕度、氣壓等一天內(nèi)不間斷的監(jiān)測(cè)。

4.2 通用專業(yè)氣象監(jiān)測(cè)分析預(yù)報(bào)預(yù)警

做好氣候趨勢(shì)滾動(dòng)預(yù)測(cè)，將每3小時(shí)更新的預(yù)報(bào)預(yù)警跟新為每0.5小時(shí)，實(shí)時(shí)將氣象站收監(jiān)測(cè)的氣象信息數(shù)據(jù)（風(fēng)速、溫度等）進(jìn)行預(yù)處理，將每天每小時(shí)的預(yù)測(cè)信息與本周內(nèi)的預(yù)測(cè)信息進(jìn)行比較分析，必要時(shí)要與上一周的數(shù)據(jù)信息比較分析。這樣做保證了電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)、電網(wǎng)復(fù)合的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

4.3 專用氣象監(jiān)測(cè)分析預(yù)報(bào)預(yù)警

給與各省市內(nèi)的重要發(fā)電站、傳輸系統(tǒng)等氣象預(yù)測(cè)的檢測(cè)研究和專業(yè)技術(shù)支持，生成暴雨、強(qiáng)降雨、大雨、大霧、冰雹、臺(tái)風(fēng)等專業(yè)氣象圖、雷達(dá)圖以及衛(wèi)星圖，通過(guò)這些來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)和的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、應(yīng)急處理等保障技術(shù)上面的支持。

(1)雷電專題圖。通過(guò)雷達(dá)來(lái)監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)得到閃電的位置，從而獲得閃電的定位并對(duì)閃電所在定位的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，最終形成雷電專題圖。

(2)通過(guò)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到閃電定位的位置信息數(shù)據(jù)、電流的強(qiáng)度變化信息數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)平臺(tái)上進(jìn)行顯示，對(duì)該區(qū)域的雷電活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，最終形成形成雷電專題圖。

(3)臺(tái)風(fēng)專題圖。通過(guò)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到區(qū)域內(nèi)大概率產(chǎn)生的每一個(gè)臺(tái)風(fēng)的形成以及可能活動(dòng)的軌跡并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)進(jìn)行標(biāo)記后，對(duì)其當(dāng)前位置進(jìn)行獲取精度和緯度、當(dāng)前移動(dòng)的速度和方向等。

(4)覆冰監(jiān)測(cè)預(yù)警。通過(guò)氣象部門(mén)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得的實(shí)氣象檢測(cè)資料數(shù)據(jù)，結(jié)合電網(wǎng)平臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行，相關(guān)氣象部門(mén)結(jié)合實(shí)際覆冰的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)及預(yù)警等一系列的研究工作，強(qiáng)化覆冰預(yù)警實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力。

(5)污閃、霧閃預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。通過(guò)相關(guān)氣象部門(mén)得到的不間斷的無(wú)有效降水日數(shù)、降雨量、霧霾等相關(guān)天氣預(yù)報(bào)信息數(shù)據(jù)，氣象相關(guān)部門(mén)同其他們部門(mén)相互協(xié)同有利于產(chǎn)生污閃、霧閃的氣象條件，便于污閃、霧閃預(yù)報(bào)預(yù)警相關(guān)的研究，通過(guò)開(kāi)展相關(guān)交流和協(xié)作有利于于污閃、霧閃預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

5 結(jié)語(yǔ)

自2003年起至今，微氣象災(zāi)害預(yù)警作為氣象預(yù)警預(yù)報(bào)理論與方法其中的重要一個(gè)研究對(duì)象，其相關(guān)研究成果已成功應(yīng)用于中國(guó)氣象局聯(lián)合開(kāi)展的氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作中。從單方面可考慮并處理災(zāi)害的過(guò)程和結(jié)果都是不可取的，氣象災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)的影響往往都是多方面的，預(yù)警難度系數(shù)更高，單方面依靠地面的平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，往往是不準(zhǔn)確的。需要通過(guò)微氣象預(yù)警預(yù)報(bào)和地質(zhì)災(zāi)害相結(jié)合并建立天、地、空一體化的體系結(jié)構(gòu)，才能更好的進(jìn)行微氣象預(yù)測(cè)，避讓天氣災(zāi)害災(zāi)害所引起的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

因此，隨著災(zāi)害微氣象預(yù)警預(yù)報(bào)需求的不斷提高，災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)理論與方法的相關(guān)研究成果，必將持續(xù)得到深入研究和應(yīng)用，并在微氣象災(zāi)害事業(yè)中發(fā)揮更大作用。