[发明专利]基于降水粒子相变过程的地面过冷却水预测方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于降水粒子相变过程的地面过冷却水预测方法。

背景技术

近年来，世界各地电网冰灾频频发生，如1998年美加冰灾，造成40万户居民停电，经济损失达35亿元。2008年，我国南方地区遭遇了特别严重的冰冻灾害，220kV及以上输电线路倒塔1300多基，电网直接经济损失100多亿元。研究发现，地面过冷却水是形成冰灾重要原因之一。因此，为了提高冬季电网安全性，迫切需要开展地面过冷却水预测计算，支撑电网覆冰中短期预测。

现有技术当中，地面过冷却水预测计算主要通过数值模式计算出大气逆温层，并结合有无降水来判断地面是否有过冷却水。然而，基于这种方法的地面过冷却水计算，对于逆温层中冷、暖层的具体特征分析不足，未能体现降水粒子在经过逆温层中暖层和冷层时的相态转换过程，导致地面过冷却水预测出现偏差。此外，根据人工观冰哨监测发现，当大气没有逆温层时，高海拔地区地面仍然存在过冷却水，引起输电线路发生覆冰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对当前现有技术的不足，提出一种基于降水粒子相变过程的地面过冷却水预测方法，能够精确预测输电线路覆冰厚度增长。

在开展电网覆冰中短期预测过程中，需要分析云底高度、海拔高度等因子，并根据云微物理量、大气温度廓线特征等预测出降落到地面的过冷却水含量，从而更加精确计算出导线覆冰厚度。

本发明的解决方案是：所提供的这一种基于降水粒子相变过程的地面过冷却水预测方法，系考虑了大气温度场的特征及降水相态的变化，并利用数值模式计算，预测输电线路周围的过冷却水含量。该方法的具体步骤如下：

(1)基本数据库构建。

将微地形区域的海拔高程数据和输电线路线路杆塔基础信息建立基本数据库。

(2)数值模式计算。

选取数值模式，设计模式运行的参数方案、初始条件和边界条件。运行模式，预测得到大气中不同类型降水粒子含量，地面至高空不同层次的温度场，云底高度。

(3)海拔高度对比。

在同一地面坐标点，根据步骤(2)中数值模式预测计算得到的云底高度结果与步骤(1)建立的基本数据库中的海拔高度进行对比。

(3.1)当云底高度≤地面海拔高度，直接进行步骤(6)。

(3.2)当云底高度＞地面海拔高度，进行步骤(4)。

(4)温度层结判识。

判断地面至云底之间的温度层结：

(4.1)当地面至云底的温度层结中无0℃层，则不满足地面存在过冷却水的条件，直接进行步骤(6)。

(4.2)当地面至云底的温度层结中有0℃层，则记录0℃层的高度为H。当高度小于H时，大气温度＜0℃，且高度大于H时，大气温度＞0℃，则记录为逆温层，并进行步骤(5)。

(4.3)当地面至云底的温度层结中有0℃层，则记录0℃层的高度为H。大气温度层结不满足(4.2)的温度层结判识条件时，则不满足地面存在过冷却水的条件，直接进行步骤(6)。

(5)地面过冷却水判识。

根据步骤(4)判识的结果，当满足步骤(4.2)时，需要根据温度层结的冷层(＜0℃)和暖层(＞0℃)的属性进行分析。

(5.1)暖层最高温度>4℃，且地面温度<0℃，则判断降落至地面的降水粒子为过冷却水。

(5.2)当不满足(5.1)的判识规则时，则判断降落至地面的降水粒子为非过冷却水。

(6)地面过冷却水含量计算。

依据步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)的判识规则，制定如下计算规则：

规则A：当满足(3.1)条件时，则从t₀时刻开始，预测t₁时刻单位面积的地面过冷却水累计含量的预测计算公式为：