雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法及系统与流程

1.本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法及系统。


背景技术：

2.近年来，冬季电网频频遭遇覆冰灾害，严重影响供电安全和保障。为了做好防冰准备，掌握冰情发展趋势，增强电网抵御雨雪冰冻的能力，亟需开展精准的输电线路覆冰反演计算。
3.目前，电力部门主要应用冰情在线监测装置获取线路覆冰实况，但监测装置长期运行在户外，受到覆冰等恶劣天气影响，加上各种信号干扰，监测数据可靠性降低。随着雷达探测技术发展，20世纪90年代，美国空军首次研发出窄波段，高精度的毫米波雷达探测技术，用于飞机飞行气象环境探测，日本通信实验室、英国里丁大学相继在2000年研发了毫米波雷达，用于弱降水云的遥感分析。2006年我国成功研制了单发双收毫米波雷达，并于2007-2010年间，由中国气象局大气探测中心组织开展了多次探测试验，验证雷达遥感性能。2016年，湖南电网建设了毫米波雷达，首次应用于电网覆冰微气象环境的探测试验，但仅用于覆冰常规气象要素的探测分析，由于没有雷达遥感覆冰反演模型，难以直接定量计算区域覆冰。


技术实现要素：

4.本发明目的在于一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法和系统，以解决冬季覆冰定量计算问题，提升电网防冰预警能力。
5.为达上述目的，本发明公开的雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法包括：
6.步骤s1、确定探测的输电线路杆塔区段，设置探测点m，并将毫米波雷达部署在探测点m；以m点为中心，对输电线路杆塔区段进行垂直探测，获得雷达反射率和径向速度；获取杆塔的地面风速；
7.步骤s2、根据雷达反射率数据计算液态含水量，具体计算公式为：
[0008][0009]
其中，a和b为计算系数，r为雷达反射率，lwc为液态含水量；
[0010]
步骤s3、计算液态水质量通量，具体计算公式为：
[0011][0012]
其中，v1为雷达径向速度，v2为杆塔的地面风速，f为液态水质量通量；
[0013]
步骤s4、进行线路覆冰质量与厚度反演计算：
[0014]
覆冰质量：
[0015]
m＝nef(i)d(i)δt
[0016]
从第i-1时刻到第i时刻的覆冰增长厚度：
[0017][0018]
δt为覆冰增长的时间步长，i表示时间步长的序号；ρ为覆冰密度，n为冻结率，e为碰撞率，d为导线覆冰直径。
[0019]
优选地，在步骤s1中，还包括：获取地面温度数据，根据所获取的底面温度数据判断覆冰类型的类型，再选取与相应类型匹配的基础参数，所述基础参数包括所述覆冰密度、冻结率和碰撞率。可选地，所述覆冰类型包括但不限于雨凇覆冰。
[0020]
为达上述目的，本发明还公开一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
[0021]
本发明具有以下有益效果：
[0022]
1、本发明巧妙的将雷达反射率、径向速度数据与地面风速结合起来进行计算，实现了覆冰定量反演计算。
[0023]
2、本发明通用性好，能够用于各个易覆冰地区输电线路的覆冰定量反演计算。
[0024]
3、采用本发明技术，能够实现输电线路覆冰及时反演计算，提升了防冰工作的针对性和有效性。
[0025]
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0026]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0027]
图1是本发明实施例公开的雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法流程示意图。
[0028]
图2是本发明实施例公开的覆冰质量和覆冰厚度的变化曲线示意图。
具体实施方式
[0029]
以下结合附图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。
[0030]
实施例1
[0031]
本实施例公开一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法，根据输电线路覆冰杆塔区段，设定雷达部署位置，开展雷达主动遥感探测，将探测数据融合至数值模式初始场中，开展覆冰厚度和覆冰质量定量反演计算，如图1所示，具体步骤如下：
[0032]
(1)雷达测量线路附近数据获取
[0033]
确定探测的输电线路杆塔区段，设置探测点m，并将毫米波雷达部署在探测点m。以m点为中心，对输电线路杆塔区段进行垂直探测，获得雷达反射率r、径向速度v1数据。
[0034]
在以具体实例中，确定110kv线路区段1#-10#杆塔为探测区段，设置探测点为线路的5#杆塔，以5#杆塔为中心，用毫米波雷达对输电线路杆塔区段进行垂直测量，获得2021年12月26日02:00-13:00雷达反射率r、径向速度v1数据。
[0035]
(2)线路杆塔附近气象参数获取
[0036]
根据逐时分析场数据，找出探测杆塔周围的四个网格点，从距离杆塔最近的网格点获取杆塔的地面风速v2和地面温度tem数据。
[0037]
(3)基本参数设置
[0038]
当根据面温度tem数据判断覆冰类型为雨凇覆冰时，设置覆冰密度为ρ，冻结率为n，碰撞率为e，导线初始直径为d0。
[0039]
针对上述实例，当雨凇覆冰时，设置覆冰密度为ρ＝0.8g/cm3，冻结率为n＝0.5，碰撞率为e＝0.8，导线初始直径为d0＝10mm。
[0040]
(4)空气液态含水量计算
[0041]
根据步骤(1)测量的雷达反射率r数据，计算液态含水量lwc：
[0042][0043]
其中，a和b为计算系数。对应上述实例，a＝0.93，b＝103.82。
[0044]
根据步骤(1)测量的雷达反射率r、径向速度v1数据、步骤(2)获取的地面风速v2数据以及步骤(4)计算得到的液态含水量lwc，计算液态水质量通量f：
[0045][0046]
(5)线路覆冰质量与厚度反演
[0047]
根据步骤(1)、(2)、(3)、(4)，进行线路覆冰质量与厚度反演计算：
[0048]
覆冰质量：
[0049]
m＝nef(i)d(i)δt
[0050]
从第i-1时刻到第i时刻的覆冰增长厚度：
[0051][0052]
δt为覆冰增长的时间步长，i表示时间步长的序号，d为导线覆冰直径，d0为开始导线的直径(没有覆冰)。在该步骤中，基于上述实例，得到的覆冰质量和覆冰厚度的变化曲线如图2所示。
[0053]
实施例2
[0054]
与上述实施例相对应的，本实施例公开一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
[0055]
综上，本发明上述实施例公开的方法及系统，巧妙的将雷达反射率、径向速度数据与地面风速结合起来进行计算，实现了覆冰定量反演计算。通用性好，能够用于各个易覆冰地区输电线路的覆冰定量反演计算。能够实现输电线路覆冰及时反演计算，提升了防冰工作的针对性和有效性。
[0056]
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。

技术特征：
1.一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法，其特征在于，包括：步骤s1、确定探测的输电线路杆塔区段，设置探测点m，并将毫米波雷达部署在探测点m；以m点为中心，对输电线路杆塔区段进行垂直探测，获得雷达反射率和径向速度；获取杆塔的地面风速；步骤s2、根据雷达反射率数据计算液态含水量，具体计算公式为：其中，a和b为计算系数，r为雷达反射率，lwc为液态含水量；步骤s3、计算液态水质量通量，具体计算公式为：其中，v1为雷达径向速度，v2为杆塔的地面风速，f为液态水质量通量；步骤s4、进行线路覆冰质量与厚度反演计算：覆冰质量：m＝nef(i)d(i)δt从第i-1时刻到第i时刻的覆冰增长厚度：δt为覆冰增长的时间步长，i表示时间步长的序号；ρ为覆冰密度，n为冻结率，e为碰撞率，d为导线覆冰直径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s1中，还包括：获取地面温度数据，根据所获取的底面温度数据判断覆冰类型的类型，再选取与相应类型匹配的基础参数，所述基础参数包括所述覆冰密度、冻结率和碰撞率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述覆冰类型包括雨凇覆冰。4.一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至3任一所述的方法。

技术总结
本发明涉及输配电技术领域，公开一种雷达遥感电网覆冰定量反演计算方法及系统，以解决冬季覆冰定量计算问题，提升电网防冰预警能力。方法包括：确定探测的输电线路杆塔区段，设置探测点M，并将毫米波雷达部署在探测点M；以M点为中心，对输电线路杆塔区段进行垂直探测，获得雷达反射率和径向速度及杆塔的地面风速；根据雷达反射率数据计算液态含水量；再根据液态含水量计算液态水质量通量，根据前述所得的基础数据和计算结果进行覆冰质量和厚度的反演计算。演计算。演计算。


技术研发人员：冯涛 蔡泽林 蒋正龙 徐勋建 李丽 简洲
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心 国家电网有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/8/5