一種山區電網風區分布圖繪制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于輸電線路風區分布圖繪制領域，尤其涉及一種山區電網風區分布圖繪 制方法。
【背景技術】
[0002] 電力行業所用的風區分布圖主要分為兩類，一類是用于開發風能發電廠而進行的 以風能大小作為界定的風區圖，此類圖主要用于計算的風速指標為季節性平均風；第二類 是用于對"風偏"事故進行預防的瞬時最大風速大小作為界定的風速分布圖，此類圖主要用 于計算的風速指標為常年統計的風速最大周期重現值。瞬時最大風速風區分布圖是指導輸 電線路進行"風偏"災害預防的基礎，也是指導設計輸電線路優化的一個重要參數，正確的 瞬時最大風速風區分布圖既能指導線路設計時因地制宜的設計引流風偏，節約工程造價， 也能指導在輸電線路進行建設或改造時選擇出最安全、經濟的線路走向和預防"風偏"事故 的設計。現有技術重點關注的沿海地區由于瞬時最大風速基本來源于臺風類強對流天氣影 響，比較容易找到規律，而在高原山區地區，受季節性季風氣候影響，加上地形條件多變，瞬 時最大風速規律難以掌握。隨著近年來南方電網轄區內各省氣象條件多變，強對流天氣引 發的次生災害頻發，"風偏"事故的發生率也逐年隨之增加，現有技術的風區分布圖繪制方 法已經不能滿足高原山區地區"風偏"事故防治工作的需要；另一方面，原有的風區分布圖， 是通過設計經驗方式進行繪制，缺乏常年的數據收集、采集統計、建模比較的論證，缺乏理 論支撐。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題：提供一種山區電網風區分布圖繪制方法，以解決現有 技術的風區分布圖繪制方法不能滿足高原山區地區"風偏"事故防治工作的需要；以及原有 的風區分布圖，是通過設計經驗方式進行繪制，缺乏常年的數據收集、采集統計、建模比較 的論證，缺乏理論支撐等技術問題。
[0004] 本發明的技術方案： 一種山區電網風區分布圖繪制方法，它包括： 步驟1、數據采集：采集測區范圍內所有氣象站歷年的風速觀測記錄數據、歷年輸電線 路工程設計大風資料數據和野外大風調查數據，得到測區內各地區重現期10年、50年、100 年一遇的風壓值及測區內各個氣象站的平均氣溫、平均氣壓和水汽壓數據，然后對數據進 行分類、篩選和提取； 步驟2、數據處理：對氣象站風速觀測記錄數據進行風速高度訂正、風速次數換算、時 距換算和頻率計算，得到各氣象站風速頻率值； 步驟3、數據分析：根據各氣象站風速頻率計算結果，利用極值I型概率分布計算方法 得到各個氣象站不同重現期風速； 步驟4、構建風區計算模型：根據氣象站不同重現區的風速與海拔數據，利用SPSS統計 產品與服務解決方案軟件的曲線參數估計法，得到不同重現期風速與海拔的計算模型為：
?中：V為風速，h為海拔高度； 步驟5、風區劃分：將風速量級級差定為lm/s ; 步驟6、風區分布圖繪制：采用數字測量法制作數字高程模型DEM，對該DEM進行處理 和修補拼接得到完整的測區柵格形式DEM;其次針對輸電線路桿塔、變電站、電廠和行政 分區數據進行矢量化處理，然后根據步驟4中建立的風區計算模型，采用Arcgis地圖代 數工具中的柵格計算器進行計算，計算完成后，根據《電力工程氣象勘測技術規程》（DL/T 5158-2012)對計算結果以1米/秒的間距進行統計劃分，之后采用協同克里金插值結果對 其進行修正，最后將所有數據的坐標系統一，并按照圖例設置進行繪制出圖，最終完成風區 分布圖的繪制。
[0005] 步驟1所述的數據提取方法為：風速觀測記錄數據按照日期和觀風項目進行排列 制作為EXCEL文件；歷年輸電線路工程設計大風資料數據提取根據輸電線路工程大風調查 時間為準，將工程根據時間進行重新排列，將各工程設計大風不同等級進行標注。
[0006] 步驟2所述的數據處理還包括對氣象站風速觀測記錄數據進行原始資料審查，審 查內容包括風速觀測記錄數據的可靠性、代表性和一致性。
[0007] 步驟2所述的風速次數換算、時距換算和頻率計算方法為：將氣象站風速數據統 一為規范所要求的IOmin平均風速，最后采用極值I型概率分布對各氣象站站點30年一 遇、50年一遇、100年一遇的風速進行頻率計算。
[0008] 步驟4所述不同重現期風速與海拔的計算模型的確定是采用SPSS的曲線參數估 計法中的冪函數來實現。
[0009] 步驟6所述的采用數字測量法制作數字高程模型DEM，其制作方法為：采用數字測 量法制作1:5000比例尺的輸電線路數字高程模型數據，采用影像相關生成數字地面模型 數據，建立三角網，插入屬性值后，形成格式為.tiff的標準化DEM，DEM生成成果格網間距 控制在5m以內，高程取值為0. lm，山地地區誤差范圍在I. 2m以下。
[0010] 步驟6所述的對輸電線路桿塔、變電站、電廠和行政分區數據進行矢量化處理，其 處理方法包括：步驟1、將Excel表格數據中輸電線路桿塔、變電站、電廠和行政分區數據的 轉角坐標按WGS84坐標系，采用X，Y添加的方式，逐一進行矢量化；步驟2、根據桿塔數據的 桿塔編號字段進行點集轉線，得出輸電線路矢量化圖層；步驟3、將輸電線路、變電站、電廠 采按電壓等級、屬性進行分類，用點圖層進行表示；步驟4、輸電線路、行政區劃分線按照電 壓等級和行政等級進行分類，用線圖層進行表示；步驟5、所有處理后的數據按照WGS84坐 標系進行投影變化處理，并將最終的坐標系定義為WGS84,存儲入標準Geodatabase。
[0011] 步驟6所述的采用協同克里金插值進行修正，其方法包括：步驟1、將歷史風災倒 塔事故、異常點數據，按坐標WGS84和重現周期，逐一添加進柵格文件；步驟2、采用協同克 里金插值進行修正，修正時各倒塔事故點和異常點的影響范圍設為3-5千米；步驟3、將修 正的結果轉化為柵格文件，在同等影響范圍下，替代之前繪制的柵格文件，完成后重新對風 區進行劃分。
[0012] 本發明有益效果： 本發明對高原山區范圍內輸電線路的設計運行的"風偏"事故資料、各個氣象臺(站）觀 測的歷史風速、風壓數據等多途徑、多方式收集到的風速資料數據進行整理、分析、計算，準 確找出測區按不同地區、地形劃分的瞬時最大風速分布規律，構建不同重現期的風區模型， 在此基礎上繪制瞬時最大風速風區分布圖，并結合實際"風偏"災害事故調查的結果，對成 圖進行校驗與修正，最終得到能夠反映山區瞬時最大風速各重現期分布的成果圖，既能指 導線路設計，根據瞬時最大風速風區等級進行因地制宜的設計引流風偏，節約工程造價，也 能指導在輸電線路進行建設或改造時選擇出最安全、經濟的線路走向和預防"風偏"事故的 設計，解決了現有技術的風區分布圖繪制方法不能滿足高原山區地區"風偏"事故防治工作 的需要；以及原有的風區分布圖，是通過設計經驗方式進行繪制，缺乏常年的數據收集、采 集統計、建模比較的論證，缺乏理論支撐等技術問題。
【具體實施方式】
[0013] 為了便于本領域技術人員理解本發明技術方案，本發明實施例以貴州山區為例對 本發明技術方案進行進一步說明。
[0014] -種山區電網風區分布圖繪制方法，它包括： 步驟1、數據采集：采集測區范圍內所有氣象站歷年的風速觀測記錄數據、歷年輸 電線路工程設計大風資料數據和野外大風調查數據，根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012)中表E. 5《全國各城市的雪壓和風壓值表》和圖E. 6. 3《全國基本風壓分布圖》 得到測區內各地區重現期10年、50年、100年一遇的風壓值及測區內各個氣象站的平均氣 溫、氣壓和水汽壓數據，然后對數據進行分類、篩選和提取。
[0015] 為了提高山區電網風區分布圖的精確性，采集數據時，可將測區周邊氣象站的歷 年的風速觀測記錄數據納入采集范圍。
[0016] 本實施例以貴州山區為例進行說明：收集1981~2014年全省84個氣象站及周邊 省市部分氣象站三十多年的風速觀測記錄，收集數據主要包括各氣象站沿革(地理坐標、高 程)、年平均風速、年最大定時風速、年最大定時風速風向、年最大定時風速日期，年最多風 向，年最多風向頻率等；根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012)中表E. 5《全國各城市 的雪壓和風壓值表》和圖E. 6. 3《全國基本風壓分布圖》得到貴州省境內各地區重現期10 年、50年、100年一遇的基本風壓值及貴州省84個氣象站1981~2014年34年的平均氣溫、 氣壓、水汽壓等數據；歷年輸電線路工程設計大風資料主要包括：全省220kV及以上線路設 計大風等級及部分IlOkV的線路設計大風數據；野外大風調查數據，主要包括出現歷史大 風災害的時間、地點、