基于降水粒子相變過程的地面過冷卻水預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術領域，尤其涉及一種基于降水粒子相變過程的地面過冷卻 水預測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，世界各地電網(wǎng)冰災頻頻發(fā)生，如1998年美加冰災，造成40萬戶居民停電， 經(jīng)濟損失達35億元。2008年，我國南方地區(qū)遭遇了特別嚴重的冰凍災害，220kV及以上輸 電線路倒塔1300多基，電網(wǎng)直接經(jīng)濟損失100多億元。研究發(fā)現(xiàn)，地面過冷卻水是形成冰 災重要原因之一。因此，為了提高冬季電網(wǎng)安全性，迫切需要開展地面過冷卻水預測計算， 支撐電網(wǎng)覆冰中短期預測。
[0003] 現(xiàn)有技術當中，地面過冷卻水預測計算主要通過數(shù)值模式計算出大氣逆溫層，并 結合有無降水來判斷地面是否有過冷卻水。然而，基于這種方法的地面過冷卻水計算，對于 逆溫層中冷、暖層的具體特征分析不足，未能體現(xiàn)降水粒子在經(jīng)過逆溫層中暖層和冷層時 的相態(tài)轉換過程，導致地面過冷卻水預測出現(xiàn)偏差。此外，根據(jù)人工觀冰哨監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當大 氣沒有逆溫層時，高海拔地區(qū)地面仍然存在過冷卻水，引起輸電線路發(fā)生覆冰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是：針對當前現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于降水粒子 相變過程的地面過冷卻水預測方法，能夠精確預測輸電線路覆冰厚度增長。
[0005] 在開展電網(wǎng)覆冰中短期預測過程中，需要分析云底高度、海拔高度等因子，并根據(jù) 云微物理量、大氣溫度廓線特征等預測出降落到地面的過冷卻水含量，從而更加精確計算 出導線覆冰厚度。
[0006] 本發(fā)明的解決方案是：所提供的這一種基于降水粒子相變過程的地面過冷卻水預 測方法，系考慮了大氣溫度場的特征及降水相態(tài)的變化，并利用數(shù)值模式計算，預測輸電線 路周圍的過冷卻水含量。該方法的具體步驟如下：
[0007] (1)基本數(shù)據(jù)庫構建。
[0008] 將微地形區(qū)域的海拔高程數(shù)據(jù)和輸電線路線路桿塔基礎信息建立基本數(shù)據(jù)庫。
[0009] (2)數(shù)值模式計算。
[0010] 選取數(shù)值模式，設計模式運行的參數(shù)方案、初始條件和邊界條件。運行模式，預測 得到大氣中不同類型降水粒子含量，地面至高空不同層次的溫度場，云底高度。
[0011] ⑶海拔高度對比。
[0012] 在同一地面坐標點，根據(jù)步驟（2)中數(shù)值模式預測計算得到的云底高度結果與步 驟（1)建立的基本數(shù)據(jù)庫中的海拔高度進行對比。
[0013] (3. 1)當云底高度<地面海拔高度，直接進行步驟（6)。
[0014] (3. 2)當云底高度>地面海拔高度，進行步驟（4)。
[0015] (4)溫度層結判識。
[0016] 判斷地面至云底之間的溫度層結：
[0017] (4. 1)當?shù)孛嬷猎频椎臏囟葘咏Y中無0°C層，則不滿足地面存在過冷卻水的條件， 直接進行步驟（6)。
[0018] (4. 2)當?shù)孛嬷猎频椎臏囟葘咏Y中有(TC層，則記錄(TC層的高度為H。當高度小于 H時，大氣溫度< 0°C，且高度大于H時，大氣溫度> 0°C，則記錄為逆溫層，并進行步驟（5)。
[0019] (4. 3)當?shù)孛嬷猎频椎臏囟葘咏Y中有0°C層，則記錄0°C層的高度為H。大氣溫度 層結不滿足（4.2)的溫度層結判識條件時，則不滿足地面存在過冷卻水的條件，直接進行 步驟（6)。
[0020] (5)地面過冷卻水判識。
[0021] 根據(jù)步驟⑷判識的結果，當滿足步驟（4.2)時，需要根據(jù)溫度層結的冷層 (< (TC )和暖層（> (TC )的屬性進行分析。
[0022] (5. 1)暖層最高溫度>4°C，且地面溫度<0°C，則判斷降落至地面的降水粒子為過 冷卻水。
[0023] (5. 2)當不滿足（5. 1)的判識規(guī)則時，則判斷降落至地面的降水粒子為非過冷卻 水。
[0024] (6)地面過冷卻水含量計算。
[0025] 依據(jù)步驟（3)、步驟⑷和步驟（5)的判識規(guī)則，制定如下計算規(guī)則：
[0026] 規(guī)則A :當滿足（3. 1)條件時，則從t。時刻開始，預測t i時刻單位面積的地面過冷 卻水累計含量的預測計算公式為：
[0028] 其中，m為地面過冷卻水質(zhì)量，η為降水粒子相態(tài)的總數(shù)，Γι為地面小于0°C的單位 質(zhì)量液態(tài)降水粒子與空氣的混合比,V1為體積，P Jf1)為空氣密度且為大氣溫度T1和氣 壓Pi的函數(shù)。
[0029] 規(guī)則B :當滿足（3. 2)條件時，且滿足規(guī)則（4. 2)和規(guī)則（5. 1)時，則從t。時刻開 始，預測^時刻單位面積的地面過冷卻水累計含量的預測計算公式為：
[0031] 其中，m為地面過冷卻水質(zhì)量，η為降水粒子相態(tài)的總數(shù)，a i為相態(tài)轉換系數(shù)，r i 為云中可降落到地面的且溫度小于〇°C的單位質(zhì)量降水粒子與空氣混合比，1為體積，P P為氣壓場為P的空氣密度。
[0032] 規(guī)則C :當滿足（3. 2)條件時，但不滿足規(guī)則（4. 2)或規(guī)則（5. 1)時，則地面過冷 卻水含量為〇。
[0033] (7)導線覆冰厚度計算。
[0034] 根據(jù)步驟（6)中的規(guī)則A、規(guī)則B和規(guī)則C，計算的地面區(qū)域范圍內(nèi)的過冷卻水含 量，并結合步驟（2)模擬計算得到的地面風速，溫度等物理量和步驟（1)的線路信息，利用 導線覆冰厚度增長模型，計算輸電線路導線覆冰厚度。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：
[0036] 1、本發(fā)明通過計算降水粒子降落過程中的相態(tài)變化物理過程來計算地面過冷卻 水，準確率高、調(diào)理清晰、可操作性強、實用性強，填補了目前尚無基于降水粒子分析的地面 過冷卻水計算技術空白。
[0037] 2、本發(fā)明適用性廣，移植性好，采用本發(fā)明提出的計算方法能夠計算不同區(qū)域的 地面過冷卻水含量，特別是能夠計算出高海拔微地形區(qū)域的過冷卻水，并計算導線覆冰厚 度。
[0038] 3、本發(fā)明計算得到的地面過冷卻水，為開展電網(wǎng)覆冰中短期數(shù)值預測提供了重要 的參考依據(jù)，可為電網(wǎng)抗冰部署、采取應對措施提供科學的、可靠的、全面的指導，保障電網(wǎng) 安全穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0039] 附圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實施方式】
[0040] 實例 1
[0041] (1)基本數(shù)據(jù)庫構建。
[0042] 將微地形區(qū)域的海拔高程數(shù)據(jù)和輸電線路線路桿塔基礎信息建立基本數(shù)據(jù)庫。
[0043] (2)數(shù)值模式計算。
[0044] 采用WRF數(shù)值模式，設計模式運行的參數(shù)方案、初始條件和邊界條件，預測得到大 氣中云水、雨水、云冰、雪、霰的含量，地面至高空不同層次的溫度場，云底高度。
[0045] (3)海拔高度對比。
[0046] 在同一地面坐標點，根據(jù)步驟（2)中數(shù)值模式預測得到的云底高度結果與步驟 (1)建立的基本數(shù)據(jù)庫中的海拔高度進行對比。判斷出云底高度<地面海拔高度。
[0047] (6)地面過冷卻水含量計算。
[0048] 則從t。時刻開始，預測t i時刻單位面積的地面過冷卻水累計含量的預測計算公式 為：
[0050] (7)導線覆冰厚度計算。
[005