《電網覆冰程度預測方法》是湖南省電力公司科學研究院和湖南省匯粹電力科技有限公司於2012年8月8日申請的專利，該專利的申請號為201210248539X，公布號為CN102749664A，授權公布日為2012年10月24日，發明人是陸佳政、徐勛建、李波、張紅先、方針、楊莉。
《電網覆冰程度預測方法》公開了一種電網覆冰程度預測方法，利用歷史覆冰、地理信息氣象資料，找出相關性強的17個氣象影響因子，利用層次分析法計算出各氣象影響因子的權重係數，根據權重綜合17個氣象影響因子對電網覆冰程度進行預測。該發明可以提前一個月預測出電網覆冰程度，根據預測結論，做好相應的應急處置預案，選擇最為經濟可行的電網覆冰應對措施，儲備電網除冰設備、物資和隊伍，確保電網覆冰時的安全穩定運行，實現電網覆凍的提前應對，減少電網覆冰所造成的損失。
2016年12月7日，《電網覆冰程度預測方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《電網覆冰程度預測方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電網覆冰程度預測方法
- 公布號：CN102749664A
- 授權日：2012年10月24日
- 申請號：201210248539X
- 申請日：2012年8月8日
- 申請人：湖南省電力公司科學研究院、湖南省匯粹電力科技有限公司
- 地址：湖南省長沙市東塘水電街79號
- 發明人：陸佳政、徐勛建、李波、張紅先、方針、楊莉
- Int.Cl.：G01W1/10(2006.01)I
- 代理機構：長沙永星專利商標事務所
- 代理人：周詠、林毓俊
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
覆冰嚴重威脅電網的安全穩定運行，2008年初的南方冰災，國家電網220千伏及以上輸電線路倒塔1300多基，財產損失120多億元，工廠、醫院和居民區停電，京廣電氣化鐵路停運，對社會穩定和人民生產與生活構成了嚴重威脅。提前進行電網覆冰長期預測，可以根據電網覆冰預測結果提前做好應對措施，進行提前預警，減少電網覆冰所造成的損失。
2012年8月前中國國內外的輸電線路覆冰預測研究主要考慮輸電線路在特定氣象條件下覆冰增長的微觀過程，如具有代表性的Imai模型、Lenhard模型、Goodwin模型、Chaine模型和Makkonen模型，屬於輸電線路覆冰增長速率的短期預測，並且預測模型非常複雜，只適合在假定氣象條件下的短期覆冰預測，沒有探索輸電線路覆冰氣候的形成規律。
發明內容
專利目的
《電網覆冰程度預測方法》的目的是提供一種能進行長期覆冰預測的電網覆冰程度預測方法。
技術方案
《電網覆冰程度預測方法》提供的電網覆冰程度預測方法，包括以下步驟：
（1）收集、整理、統計分析省級區域內60年的歷史氣象資料和電網覆冰資料，統計出平均覆冰日數，劃分電網覆冰程度級別；
（2）按照覆冰相關性計算公式計算出歷史上的氣象參數與平均覆冰日數的相關係數，覆冰相關性計算公式為：
式中Rx為氣象參數與平均覆冰日數的相關係數，xi為氣象參數的值，i為年份序號，n為歷史年份數量，di為某一年份的平均覆冰日數，平均覆冰日數為各個覆冰監測站點的覆冰日數相累加除以監測站數；
（3）從步驟（2）的計算結果中篩選出相關性最強的17個氣象影響因子；
（4）利用統計分析，找出步驟（3）所述的17個氣象影響因子影響電網覆凍的特徵規律；
（5）利用數理統計，求出17個氣象影響因子的基於特徵規律的各種覆冰程度的統計機率，建立各因子特徵規律的覆冰程度發生頻率統計表；
（6）收集整理需預測電網覆冰程度年份的氣象數據，輸入對應的17因子預測年份的數據；
（7）利用預測年份的數據，綜合特徵規律，並查詢覆冰程度發生頻率統計表，得出預測年份的輕度覆冰頻率為si，中度覆冰頻率為mi，嚴重覆冰頻率為li，特別嚴重頻率為di，i=1，2，…，17；
（8）根據預報經驗，給出17因子對電網覆冰日數影響的權重係數，分別為ɑ1，ɑ2，…ɑ17；
（9）利用權重系統，通過加權平均，計算出預測年份在17因子影響下的各種覆冰程度的總預測機率，計算公式為：
輕度覆冰發生機率：
中度覆冰發生機率：
嚴重覆冰發生機率：
特別嚴重覆冰發生機率：
。
改善效果
《電網覆冰程度預測方法》從覆冰形成的氣候規律開展巨觀方面的研究，利用歷史覆冰、地理信息氣象資料，找出相關性強的17個氣象影響因子，利用層次分析法計算出各氣象影響因子的權重係數，根據權重綜合17個氣象影響因子，形成電網覆冰程度預測方法，在每年冬季覆冰來臨之前，進行電網輸電線路覆冰程度預測。對省級電網區域，提前一個月對冬季電網覆冰程度進行預測，解決了電網覆冰長期預測的難題。根據預測結論，做好相應的應急處置預案，選擇最為經濟可行的電網覆冰應對措施，儲備電網除冰設備、物資和隊伍，確保電網覆冰時的安全穩定運行，實現電網覆凍的提前應對，減少電網覆冰所造成的損失。
附圖說明
圖1為《電網覆冰程度預測方法》所述的電網覆冰程度預測方法的流程框圖。
圖1
技術領域
《電網覆冰程度預測方法》屬於輸配電技術領域，具體涉及一種電網覆冰程度預測方法。
權利要求
1.一種電網覆冰程度預測方法，其特徵在於包括以下步驟：
（1）收集、整理、統計分析省級區域內60年的歷史氣象資料和電網覆冰資料，統計出平均覆冰日數，劃分電網覆冰程度級別；
（2）按照覆冰相關性計算公式計算出歷史上的氣象參數與平均覆冰日數的相關係數，覆冰相關性計算公式為：
式中RX為氣象參數與平均覆冰日數的相關係數，xi為氣象參數的值，i為年份序號，n為歷史年份數量，di為某一年份的平均覆冰日數，平均覆冰日數為各個覆冰監測站點的覆冰日數相累加除以監測站數；
（3）從步驟（2）的計算結果中篩選出相關性最強的17個氣象影響因子；
（4）利用統計分析，找出步驟（3）所述的17個氣象影響因子影響電網覆凍的特徵規律；
（5）利用數理統計，求出17個氣象影響因子的基於特徵規律的各種覆冰程度的統計機率，建立各因子特徵規律的覆冰程度發生頻率統計表；
（6）收集整理需預測電網覆冰程度年份的氣象數據，輸入對應的17因子預測年份的數據；
（7）利用預測年份的數據，根據特徵規律，查詢覆冰程度發生頻率統計表，得出預測年份的輕度覆冰頻率為si，中度覆冰頻率為mi，嚴重覆冰頻率為li，特別嚴重頻率為ni，i＝1，2，…，17；
（8）根據預報經驗，給出17因子對電網覆冰日數影響的權重係數，分別為ɑ1，ɑ2，…ɑ17；
（9）利用權重系統，通過加權平均，計算出預測年份在17因子影響下的各種覆冰程度的總預測機率，計算公式為：
輕度覆冰發生機率：
中度覆冰發生機率：
嚴重覆冰發生機率：
特別嚴重覆冰發生機率：
輕度覆冰：0天＜平均覆冰日數≤3天；中度覆冰：3天＜平均覆冰日數≤5天；嚴重覆冰：5天＜平均覆冰日數＜11天；特別嚴重覆冰：平均覆冰日數≥11天；平均覆冰日數為：各個覆冰監測站點的覆冰日數相累加除以監測站數。
2.根據權利要求1所述電網覆冰程度預測方法，其特徵在於：所述相關性最強的17個氣象影響因子對於湖南省而言分別為：太陽黑子、海溫異常、大氣環流、副熱帶高壓、副熱帶高壓強度季節變換、副熱帶高壓面積與脊線、副熱帶高壓與相似年比較、東亞環流、旱澇、二月最高氣溫、九月中旬平均氣溫、九月下半月高溫天數、十月最高氣溫、四五月氣溫距平、九月降水量、北極濤動、嚴重和特別嚴重覆冰年後，所述17個氣象影響因子影響電網覆凍的特徵分別為：
太陽黑子：當太陽黑子數處於谷年份，容易發生電網特別嚴重覆冰；
海溫異常：當年或前一年出現厄爾尼諾或拉尼娜現象容易引起冬季電網嚴重及特別嚴重覆冰；
大氣環流：當8月北半球極渦面積指數偏小，冬季冷空氣偏弱，不易發生覆冰，當8月北半球極渦面積指數偏大，冬季冷空氣偏強，容易發生寒潮，易發生覆冰；
副熱帶高壓：七月副熱帶高壓脊點位置越西，冬季冷空氣越強，越容易出現特別嚴重覆冰；
副熱帶高壓強度季節變換：春夏和夏秋副熱帶高壓強度變換越大，當年冬季越容易出現覆冰；
副熱帶高壓脊線：年初脊線偏南且年中脊線偏北時，冬季容易發生覆冰；
副熱帶高壓與相似年比較：當副熱帶高壓的強度變化相似，則覆冰情況也相似；東亞環流：4月緯向環流和8月經向環流偏小時，當年冬季容易發生覆冰；
旱澇：旱年的冬季容易覆冰，澇年的冬季不容易覆冰；
二月最高氣溫：當二月最高氣溫高於平均值時，當年冬季容易發生覆冰；
九月中旬平均氣溫：九月中旬平均氣溫高於歷史同期平均氣溫時，冬季容易發生嚴重覆冰；
九月下半月高溫天數：九月下半月高溫天數多的年份，冬季溫度較高，不易發生嚴重覆冰；
十月最高氣溫：十月最高氣溫低於29℃時，冬季容易發生覆冰；四五月氣溫距平：四五月氣溫距平值均較大時，容易發生覆冰；九月降水量：九月降水量小於平均值，冬季容易發生覆冰；
北極濤動：北極濤動處於正相位時，容易發生覆冰；
嚴重和特別嚴重覆冰年後：嚴重和特別嚴重覆冰年後不容易發生嚴重及以上程度覆冰。
實施方式
以下是用《電網覆冰程度預測方法》方法對湖南省電網覆冰程度預測的一個實施例：從2008-2009年開始，每年11月進行了湖南電網覆冰長期預報，截至2012年8月前為止，長期預報均準確。其具體方法是：
（一）首先收集、整理、統計分析湖南省省級級區域內60年的歷史氣象資料和電網覆冰資料，統計出平均覆冰日數，劃分電網覆冰程度級別。劃分電網覆冰程度級別為：
輕度覆冰：0天＜平均覆冰日數≤3天；
中度覆冰：3天＜平均覆冰日數≤5天；
嚴重覆冰：5天＜平均覆冰日數＜11天；
特別嚴重覆冰：平均覆冰日數≥11天。
平均覆冰日數為：各個覆冰監測站點的覆冰日數相累加除以監測站數。
（二）利用覆冰相關性計算公式
式中，Rx為氣象參數X與平均覆冰日數的相關係數，xi為氣象參數的值，i為年份序號，n為歷史年份數量，di為某一年份的平均覆冰日數。
計算出歷史上的氣象影響因子與平均覆冰日數的相關係數，從計算結果中篩選出相關係數最大的17個氣象影響因子，這17個氣象影響因子分別為：太陽黑子、海溫異常、大氣環流、副熱帶高壓、副熱帶高壓強度季節變換、副熱帶高壓面積與脊線、副熱帶高壓與相似年比較、東亞環流、旱澇、二月最高氣溫、九月中旬平均氣溫、九月下半月高溫天數、十月最高氣溫、四五月氣溫距平、九月降水量、北極濤動、嚴重和特別嚴重覆冰年後。按照這個方法收集預測年份的相關性最強的17個氣象影響因子資料。利用統計分析，找出17個氣象影響因子影響電網覆凍的特徵規律，在本試驗中17個氣象影響因子影響電網覆凍的特徵規律是：
太陽黑子：當太陽黑子數處於峰谷年份及附近時，容易發生電網特別嚴重覆冰；
海溫異常：出現厄爾尼諾或拉尼娜現象容易引起冬季電網嚴重及特別嚴重覆冰；
大氣環流：當北半球極渦面積指數偏小，冷空氣偏弱，不易發生覆冰，當北半球極渦面積指數偏大，冷空氣偏強，容易發生寒潮，易發生覆冰；
副熱帶高壓：七月副熱帶高壓脊點位置越西，冬季冷空氣越強，越容易出現嚴重覆冰；
副熱帶高壓強度季節變換：春夏和夏秋副熱帶高壓強度變換越大，當年冬季越容易出現覆冰；
副熱帶高壓面積與脊線：副熱帶高壓的面積越大，脊點位置越偏西，冬季發生覆凍的過程；
副熱帶高壓與相似年比較：當副熱帶高壓的強度變化相似，則覆冰情況也相似；
東亞環流：4月緯向環流和8月經向環流偏小時，當年冬季容易發生覆冰；
旱澇：旱年的冬季容易覆冰，澇年的冬季不容易覆冰；
二月最高氣溫：當二月最高氣溫高於平均值時，當年冬季容易發生覆冰；
九月中旬平均氣溫：九月中旬平均氣溫高於歷史同期平均氣溫時，冬季容易發生嚴重覆冰；
九月下半月高溫天數：九月下半月高溫天數多的年份，冬季溫度較高，不易發生嚴重覆冰。
十月最高氣溫：十月最高氣溫高於平均值時，冬季容易發生覆冰；
四五月氣溫距平：長沙四五月氣溫距平值越大，越容易發生覆冰；
九月降水量：長沙九月降水量小於平均值，冬季容易發生覆冰；
北極濤動：北極濤動處於負相位時，容易發生覆冰；
嚴重和特別嚴重覆冰年後：嚴重和特別嚴重覆冰年後不容易發生嚴重及以上程度覆冰。
（三）利用數理統計，統計出17個影響因子的基於特徵規律的各種覆冰程度的發生次數（發生頻率），建立各因子特徵規律的覆冰程度發生頻率統計表，如表1所示；收集預測年份的17預測因子的特徵規律，做出預報結果，如表2所示；利用預測年份的數據，綜合特徵規律，並查詢覆冰程度發生頻率統計表，得出預測年份的輕度覆冰頻率為si，中等覆冰頻率為mi，嚴重覆冰頻率為li，特別嚴重頻率為di，i=1，2，…，17（如太陽黑子2008年處於谷值年附近，通過查詢表1可知（見斜體加黑數據），谷值年的四種程度覆凍的發生頻率就是2008年的四種程度覆凍的發生頻率s1=40%，m1=40%，l1=20%，d1=0）；根據多年預報經驗，將17個因子中副熱帶高壓面積與脊點、二月最高氣溫、四五月氣溫距平、嚴重和特別嚴重覆冰年後四個因子的權重設為2，其餘的設為1，則通過歸一化，可得出各因子加權平均系統ɑ1，ɑ2，…ɑ17，如表2中所示；
利用權重系統，通過加權平均，計算出預測年份在17因子影響下的各種覆冰程度的總預測機率，計算公式為：
輕度覆冰發生機率：
中度覆冰發生機率：
嚴重覆冰發生機率：
特別嚴重覆冰發生機率：
根據層次分析的加權係數，可得出加權平均後總覆冰機率，如表2所示。
日地氣耦合因子 | 特徵規律 | 輕度覆冰機率 | 中度覆冰機率 | 嚴重覆冰機率 | 特別嚴重覆冰機率 |
太陽黑子 | 峰 | 20.00% | 80.00% | 0.00% | 0.00% |
谷 | 50.00% | 17.00% | 0.00% | 33.00% | |
下降 | 54.00% | 26.00% | 17.00% | 3.00% | |
谷後1年 | 40.00% | 40.00% | 20.00% | 0.00% | |
谷後2年 | 20.00% | 40.00% | 40.00% | 0.00% | |
谷後3年 | 50.00% | 50.00% | 0.00% | 0.00% | |
谷後4年 | 0.00% | 0.00% | 0.00% | 100.00% | |
海溫 | 厄爾尼諾與拉尼娜發生在同一年 | 0% | 50% | 0% | 50% |
跨年冬季拉尼娜 | 38% | 13% | 25% | 25% | |
跨年冬季厄爾尼諾 | 0% | 100% | 0% | 0% | |
其他範圍 | 46% | 39% | 12% | 2% | |
大氣環流 | 8月北半球極渦面積指數大於或等於歷史平均值 | 50% | 0% | 0% | 50% |
8月北半球極渦面積指數小於歷史平均值 | 44% | 33% | 16% | 7% | |
副熱帶高壓脊點 | 七月副熱帶高壓脊點偏東 | 69% | 31% | 0 | 0 |
七月副熱帶高壓脊點偏西 | 33% | 17% | 0% | 50% | |
副高強度季節變換 | 春夏（4-5月）和夏秋（8-9月）副熱帶高壓強度差均大於3 | 35% | 35% | 21% | 9% |
其他 | 75% | 25% | 0 | 0 | |
副熱帶高壓脊線 | 6月脊線小於等於23，大於等於18； | 30% | 26% | 26% | 18% |
2月脊線小於等於12，大於等於11 | |||||
其他範圍 | 56% | 36% | 8% | 0% | |
副高活動與相似年 | 相似於1998年 | 100% | 0% | 0% | 0% |
比較 | 相似於2007年 | 0% | 0% | 0% | 100% |
相似於1967年與1975年 | 50% | 50% | 0% | 0% | |
相似於2000年 | 100% | 0% | 0% | 0% | |
東亞環流 | 4月緯向環流小於等於152， | 41% | 11% | 33% | 15% |
8月經向環流小於等於47 | |||||
經驗範圍外 | 50% | 50% | 0% | 0% | |
旱澇 | 旱 | 38% | 20% | 20% | 22% |
澇 | 82% | 6% | 6% | 6% | |
正常 | 42% | 42% | 12% | 4% | |
二月最高氣溫 | 高於平均值 | 35% | 29% | 23% | 13% |
其他範圍 | 57% | 36% | 7% | 0% | |
九月中旬平均氣溫 | 大於平均值 | 44% | 31% | 17% | 8% |
其他範圍 | 57% | 43% | 0% | 0% | |
九月下半月高溫天 | 大於1天 | 67% | 33% | 0% | 0% |
數 | 其他範圍 | 45% | 32% | 16% | 7% |
十月最高氣溫 | 小於29 | 18% | 30% | 35% | 17% |
其他範圍 | 64% | 33% | 3% | 0% | |
長沙四、五月氣溫正距平 | 四月氣溫距平大於0.1，五月氣溫距平大於等於0.5 | 33% | 55% | 38% | 29% |
其他範圍 | 63% | 34% | 0% | 3% | |
九月降雨量 | 大於125毫米 | 100% | 0% | 0% | 0% |
其他範圍 | 37% | 37% | 18% | 8% | |
北極濤動 | 負相位 | 20% | 80% | 0% | 0% |
正相位 | 43% | 31% | 18% | 8% | |
嚴重和特別嚴重覆冰年後 | 第三年 | 17% | 50% | 25% | 8% |
第二年 | 17% | 50% | 25% | 8% | |
其他範圍 | 100% | 0% | 0% | 0% |
序號 | 覆冰氣象影響因子 | 覆冰發生機率 | ||||
輕度島 | 中度% | 嚴重li | 特別嚴重％ | 加權係數ai | ||
1 | 太陽黑子 | 40% | 40% | 20% | 0% | 0.04762 |
2 | 海溫異常 | 38% | 13% | 25% | 25% | 0.04762 |
3 | 大氣環流 | 44% | 33% | 16% | 7% | 0.04762 |
4 | 副熱帶高壓 | 69% | 31% | 0 | 0 | 0.04762 |
5 | 副熱帶高壓強度季節變換 | 75% | 25% | 0 | 0 | 0.04762 |
6 | 副熱帶高壓面積與脊點 | 56% | 36% | 8% | 0% | 0.095235 |
7 | 副高脊線 | 100% | 0% | 0 | 0 | 0.04762 |
8 | 副高與相似年比較 | 50% | 50% | 0% | 0% | 0.04762 |
9 | 旱澇 | 42% | 42% | 12% | 4% | 0.04762 |
10 | 二月最高氣溫 | 35% | 29% | 23% | 13% | 0.095235 |
11 | 九月中旬平均氣溫 | 44% | 31% | 17% | 8% | 0.04762 |
12 | 九月下半月高溫天數 | 67% | 33% | 0 | 0 | 0.04762 |
13 | 十月最高氣溫 | 64% | 33% | 3% | 0 | 0.04762 |
14 | 四五月氣溫距平 | 43% | 31% | 18% | 18% | 0.095235 |
15 | 九月降水量 | 63% | 34% | 0 | 3% | 0.04762 |
16 | 北極濤動 | 20% | 80% | 0% | 0% | 0.04762 |
17 | 嚴重和特別嚴重覆冰年後 | 100% | 0 | 0 | 0 | 0.095235 |
17個因子加權平均 | s=60% | L=29% | M=8% | N=3% | ||
2008-2009年冬季覆冰預測結論為輕度覆冰，具體發生機率為：輕度60%、中等29%、嚴重8%、特別嚴重3%，實際覆冰天數1.7天，屬輕度覆冰，預測準確。
用《電網覆冰程度預測方法》預測方法我們能在每年冬季覆冰來臨之前，進行電網輸電線路覆冰程度預測。對省級電網區域，提前一個月對冬季電網覆冰程度進行預測，以便人們選擇最為經濟可行的電網覆冰應對措施，儲備電網除冰設備、物資和隊伍，確保電網覆冰時的安全穩定運行，實現電網覆凍的提前應對，減少電網覆冰所造成的損失。
榮譽表彰
2016年12月7日，《電網覆冰程度預測方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
