湘潭電網氣象災害情況下的電力負荷預測

孫詩卉, 方超文

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

1 存在的問題

如何獲取湘潭市氣象災害風險底數，典型氣象災害致災信息，全面掌握氣象風險要素，需要進一步細化研究。湘潭市氣象業務一體化平臺應用、智能網格預報、基層氣象災害預警服務智能終端，需要進一步提升。與此同時，在我國各省市的地貌各有不同，有著微氣象和微地形的特點，而且這些區域的電網傳輸會經常性的受到極端天氣如：覆冰、暴雨等的影響。根據相關平臺的有效數據表示，針對微氣象災害的研究逐年增加，研究的領域也越來越廣泛，也越來越有針對性。尤其是對電網覆冰、極端暴雨天氣、電網數據的接受與傳輸等研究領域有著句法投入。電力電網的預警或是預測不管是在國內還是在國外都有大量的研究，并由一些列的進展和突破性研究，并取得了一定得成效。但在這其中大都考慮的是單類災害，對于綜合性的自然和認為災害，大都沒有去綜合考慮，所以我們需要從綜合災害預警的角度去考慮，對于單方面或者從單一因素去考量氣象災害是不可取的，在實際的情況當中往往不會單獨發生。發生的原因和種類往往是綜合性的，因此根據多種情況去考慮，建立微氣象多方面、多情況的預警系統。

2 微氣象災害形成原理及預警方法

2.1 風災監測預報

局部大風和強對流的大風、臺風等都可能造成一定風災，給我們的電力電網系統造成一定影響，同時也給我們風災的監測造成一定的影響，導致監測到的數據信息不準確或數據信息延遲等不利的影響。目前通過國家投入大量人力和物力的資源以及相關技術的支持，對于風災的預警和預報工作得到了大幅度的提升。

通過雷達監測和自動雨量站等技術，建立有力的預警和監控措施，建立相應急反應機制，從而提高應急反應的能力。

2.2 輸電導線舞動監測

輸電導線舞動可以造成金屬器件的損傷和破壞，輸電線舞動共造成嚴重的金屬器件的破壞會帶來輸電線路跳閘停電和輸電導線折斷等電力事故。輸電線路導線舞動遠程監測系統可以實時采集所在導線的舞動頻率、幅度，并同時進行輸電通道的圖像視頻采集、微氣象數據采集等，最終通過5G或CDMA等無線網絡技術的渠道，將數據反饋給監測中心，監控中心的相關工作人員對數據進行人工檢查分析，對輸電導線舞動線路的線路的毀壞程度進行定性分析，采取對應的相關措施：比如更換高強度的金具絕緣子、加裝防舞裝置等。

2.3 冰凍災害預報及評估

地面有較弱的冷空氣，使氣溫下降緩慢而持久會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,表面被融化,落到700米左右時由于空氣溫度低于0℃,立即凝結形成冰凍。特殊的地理環境或者長期的而趨于強冷空氣當中也會形成一定的冰凍災害，造成寒潮和冰凍等惡劣的氣象災害，給人們造成一定的經濟損失，農業、畜牧業等也會帶來一定的影響。通過近年來科技的提升和投入，對于冰凍災害的預報預警工作提出了多種模型來模擬冰凍的各種極端天氣的影響。

3 微氣象災害預警模型與數據處理研究

電力電網微氣象系統模型在建造的同時，外網與氣象相關部門的數據共享和傳輸也是我們系統模型建立的重要環節。通過外網與氣象相關部門的數據實時共享和傳輸是保障系統模型正常運作。氣象類數據包括氣實時的降雨量、預報每分每時的降雨量等數據心信息，以及工作區實況雨量、預報雨量、累計雨量空間數據。氣象局原始數據以文本形式提供，雨量空間數據為氣象局雨量數據的矢量化。電網微氣象預警模型和數據處理如圖 1所示。

圖1 電網微氣象預警模型和數據處理

3.1 數據共享及安全傳輸方案

氣象信息數據的共享，首先需要跨國防火墻進行相關傳輸的工作，傳輸到電網公司的服務器，傳輸完成之后，然后電網公司的服務器開始工作和數據中心的內網進行連接，并對數據進行共享、存儲、歸類、分析，如圖2所示。

圖2 數據共享及安全傳輸方案示意

(1)基于XML標準的數據格式

XML是氣象數據信息采集的基礎，使用簡單方便，適用能力強。通過使用而這些標記可以用方便的方式建立進行相應的數據描述工作。

(2)基于WebService協議的數據共享

Web services是夠通過編程的方法并連接web來調用相關應用程序，建立分布式應用程序的新平臺并進行相應的操作。主要通過各個單個的站點信息的相互通信，進而在標準HTTP協議下進行氣象數據的傳輸與共享。

(3)數據加密傳輸。

通過SOAP協議Web Service封裝消息，封裝后的消息通過的各種協議和規定來進行傳輸消息，由于WebService的跨平臺和跨編程語言特點，傳輸的數據為XML格式并沒有加密，可能造成數據的丟失和竊取，所以要建立安全連接層，實現文件的加密傳輸。

(4)數據傳輸實時性。

實時氣象數據同各國相對應的API接口進行要有有線或者無線的連接，采用相關的推送技術保障數據的及時性和實時需要，將瀏覽器所需要查詢的信息或者要訪問的信息主動轉變為給予信息。該技術需要發送端的服務器和氣象局的服務器建立長時間的連接，中間不可中斷，造成數據的丟失。

3.2 預警模型的研究

通過氣象平臺和電力微氣象監測得到的微氣象信息數據，進行一系列的數據歸類、存儲分析。對于極端天氣，氣象部門監測得到的數據信息對比之前每天每周甚至是歷年的氣象數據信息，根據對比信息得到一般性的預測并進行相關工作的部署。

4 綜合微氣象預警系統建設

針對電網進行詳細的描述需要通過面向對象的方法，在一定范圍和方法中，需要考慮的是電力電網整體因素，不能單一憑借一種條件來進行技術上的支持和下定結論。所以針對電網進行詳細的描述遵循應用型和Web服務技術。

4.1 實時電網氣象災害預警

1）氣象災害預警系統由氣象信息采集單元、LED信息顯示終端等系統硬件組成。通過氣象災害預警系統與電網的結合，將氣象站得到的實時氣象數據與電網平臺上的線路電路數據整合，可以對瞬時速率、溫度、和濕度、氣壓等一天內的變化曲線圖像進行有相關研究。

2）實時氣象監測閾值報警。通過氣象站實時檢測得到的數據信息雨電網的具體的 分布，設置預設值（高低溫、泥石流、暴雨、大霧等）氣象的閾值。在其設定的中設置限值內，氣象監測閾值不發出報警。當測量值超出限值范圍時，氣象監測閾值報警或者輸出開關信號觸發外部設備動作。

3）專業氣象監測分析預報預警。將每天每小時的預測信息與本周內的預測信息進行比較分析，必要時要與上一周的數據信息比較分析[8]。做好氣候趨勢滾動預測，將每3小時更新的預報預警跟新為每0.5小時，做好氣象災害預警的最高時間分辨率和最高空間的分辨率，提高信息數據實時發布。

4）實時氣象監測數據應用。通過氣象災害預警系統與電力電網的協作配合，建立了省、市、縣全方位的氣象監測和預測系統，形成省、市、縣全方位的氣象監測和預警網絡。將氣象站得到的實時氣象數據與電網平臺上的線路電路數據整合，可以對風向、風速、溫度、和濕度、氣壓等一天內不間斷的監測。

4.2 通用專業氣象監測分析預報預警

做好氣候趨勢滾動預測，將每3小時更新的預報預警跟新為每0.5小時，實時將氣象站收監測的氣象信息數據（風速、溫度等）進行預處理，將每天每小時的預測信息與本周內的預測信息進行比較分析，必要時要與上一周的數據信息比較分析。這樣做保證了電網的基礎建設、電網復合的精準預測。

4.3 專用氣象監測分析預報預警

給與各省市內的重要發電站、傳輸系統等氣象預測的檢測研究和專業技術支持，生成暴雨、強降雨、大雨、大霧、冰雹、臺風等專業氣象圖、雷達圖以及衛星圖，通過這些來進行電網和的精準預測、電網數據的實時傳輸、應急處理等保障技術上面的支持。

(1)雷電專題圖。通過雷達來監測網監測得到閃電的位置，從而獲得閃電的定位并對閃電所在定位的區域進行實時有效的監控和數據分析，最終形成雷電專題圖。

(2)通過雷電監測網實時監測得到閃電定位的位置信息數據、電流的強度變化信息數據，在電網相關數據平臺上進行顯示，對該區域的雷電活動進行實時監測和數據分析，最終形成形成雷電專題圖。

(3)臺風專題圖。通過雷電監測網實時監測得到區域內大概率產生的每一個臺風的形成以及可能活動的軌跡并對其進行標記。當進行標記后，對其當前位置進行獲取精度和緯度、當前移動的速度和方向等。

(4)覆冰監測預警。通過氣象部門實時監測得的實氣象檢測資料數據，結合電網平臺的實際運行，相關氣象部門結合實際覆冰的監測情況進行預測及預警等一系列的研究工作，強化覆冰預警實時監測能力。

(5)污閃、霧閃預測和預報。通過相關氣象部門得到的不間斷的無有效降水日數、降雨量、霧霾等相關天氣預報信息數據，氣象相關部門同其他們部門相互協同有利于產生污閃、霧閃的氣象條件，便于污閃、霧閃預報預警相關的研究，通過開展相關交流和協作有利于于污閃、霧閃預報預警能力。

5 結語

自2003年起至今，微氣象災害預警作為氣象預警預報理論與方法其中的重要一個研究對象，其相關研究成果已成功應用于中國氣象局聯合開展的氣象預警預報工作中。從單方面可考慮并處理災害的過程和結果都是不可取的，氣象災害對電力系統的影響往往都是多方面的，預警難度系數更高，單方面依靠地面的平臺進行檢測，往往是不準確的。需要通過微氣象預警預報和地質災害相結合并建立天、地、空一體化的體系結構，才能更好的進行微氣象預測，避讓天氣災害災害所引起的人員傷亡和財產損失。

因此，隨著災害微氣象預警預報需求的不斷提高，災害氣象預警預報理論與方法的相關研究成果，必將持續得到深入研究和應用，并在微氣象災害事業中發揮更大作用。