電網(wǎng)架空導(dǎo)線載流量計(jì)算氣象參數(shù)組合特征及風(fēng)險(xiǎn)分析

顧光芹 李宏宇 鄭雄偉 井元元 王丙蘭

(1 河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,石家莊 050031; 2 河北省氣候中心,石家莊 050031;3 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050031; 4 北京玖天氣象科技有限公司,北京 100081)

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電力需求快速增長(zhǎng)，電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)增大。在不改變線路結(jié)構(gòu)的情況下，利用環(huán)境氣象要素，評(píng)估輸電線路的荷載能力、精細(xì)的計(jì)算電網(wǎng)架空裸導(dǎo)線載流量，確保在電網(wǎng)運(yùn)行安全的情況下，充分發(fā)揮輸電線路的載流功能，提高正常輸送容量，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求具有十分重要的意義[1-3]。

架空裸導(dǎo)線載流量與環(huán)境氣象狀況息息相關(guān)[4-5]。在輸電線路運(yùn)行環(huán)境下，當(dāng)線路載流越大、環(huán)境溫度越高、風(fēng)速越小、輻射強(qiáng)度越強(qiáng)，導(dǎo)體溫度就越高，因此氣象參數(shù)是計(jì)算輸電線路允許載流量的重要依據(jù)?；诩芸站€路能量平衡方程的控制變量研究[6-7]表明，影響線路熱擴(kuò)散和載流量的氣象參數(shù)按影響程度由高到低分別是風(fēng)速、氣溫和日照強(qiáng)度，并且風(fēng)速和氣溫影響程度遠(yuǎn)高于日照強(qiáng)度，因此電力部門(mén)格外關(guān)注架空導(dǎo)線環(huán)境風(fēng)速和氣溫狀況。如果計(jì)算允許載流量所用環(huán)境參數(shù)溫度取值過(guò)高、風(fēng)速取值過(guò)小，則計(jì)算載流量偏小，會(huì)導(dǎo)致不必要的拉閘限電，輸電線路效益不能得到有效發(fā)揮；如果所用環(huán)境參數(shù)溫度取值過(guò)低、風(fēng)速取值過(guò)大，則計(jì)算載流量會(huì)偏大，輸電線路可能過(guò)載，導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至引發(fā)重大災(zāi)害。

架空線路所能承載的最大熱電流主要受限于導(dǎo)體的最高允許運(yùn)行溫度，傳統(tǒng)的靜態(tài)熱定值采用一成不變的苛刻的氣象條件(風(fēng)速0.5 m/s、風(fēng)入射角90°、環(huán)境溫度40 ℃和日照強(qiáng)度1000 W/m2)確定線路的最大允許熱載流量[7]；靜態(tài)熱定值結(jié)果往往偏于保守，降低了架空線路的利用率，如何合理地設(shè)置環(huán)境氣象參數(shù)充分發(fā)揮導(dǎo)線輸電能力并減少電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)就成為關(guān)鍵。實(shí)際試驗(yàn)計(jì)算表明在靜態(tài)熱平衡下，若導(dǎo)線允許溫度設(shè)置為70 ℃，當(dāng)風(fēng)速為2 m/s，最大允許載流量比保守狀態(tài)下提高48.3%，風(fēng)向的變化對(duì)載流量也有一定影響；在導(dǎo)線允許溫度為70 ℃，周?chē)h(huán)境溫度由40 ℃變?yōu)?0 ℃時(shí)，載流量能提高34.4%[8]。河北南部電網(wǎng)傳統(tǒng)的載流量計(jì)算使用固定氣象參數(shù)組合：5—9月，氣溫40 ℃，風(fēng)速0.5 m/s；10月至次年4月，氣溫25 ℃，風(fēng)速0.5 m/s[9]。然而電網(wǎng)運(yùn)行的環(huán)境氣象要素復(fù)雜多變，固定的氣象參數(shù)組合無(wú)論是在空間尺度還是時(shí)間尺度上都不夠精細(xì)。

在電力運(yùn)行中的氣象風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，目前科學(xué)界已經(jīng)有了一些進(jìn)展。王艷玲[7]等利用山東大學(xué)(威海)天文臺(tái)共7年的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵氣象參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出不同置信水平、不同時(shí)間尺度氣象數(shù)據(jù)子集內(nèi)的氣象參數(shù)閾值，利用各氣象參數(shù)閾值計(jì)算線路最大允許熱載流量，并評(píng)估了設(shè)置后的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。李宏宇等[9]的評(píng)估表明，在全球變暖背景下，河北南部高溫天氣日數(shù)在年代際尺度上存在增加趨勢(shì)，但是根據(jù)實(shí)際氣象觀測(cè)從季節(jié)尺度上重新設(shè)定允許最大載流量后，在滿足一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)情況下，電網(wǎng)載流能力仍有很大提升空間。一些學(xué)者研究了電力負(fù)荷與氣象因子的關(guān)系。張自銀等[10]定量分析了北京市夏季電力負(fù)荷逐日變率與主要?dú)庀笠蜃拥年P(guān)系，發(fā)現(xiàn)與最大電力負(fù)荷顯著相關(guān)的氣象因子為溫度、風(fēng)速和空氣濕度。付桂琴等[11]探討了晴熱天氣和悶熱天氣對(duì)電力日峰負(fù)荷、日谷負(fù)荷的影響特征，建立了引入積溫?zé)崂鄯e效應(yīng)的日峰負(fù)荷、日谷負(fù)荷多元回歸氣象預(yù)測(cè)模型，提高了電力負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

本文根據(jù)河北南部電網(wǎng)精細(xì)化載流量的計(jì)算需求，利用河北南網(wǎng)區(qū)域94個(gè)氣象站的歷史氣溫和風(fēng)速資料，對(duì)高溫和小風(fēng)速特征進(jìn)行分析。選擇箱線圖分析方法，對(duì)河北南網(wǎng)傳統(tǒng)的載流量計(jì)算用氣象參數(shù)組合進(jìn)行優(yōu)化和細(xì)化；利用自動(dòng)站觀測(cè)的逐時(shí)氣溫和風(fēng)速資料，分析各種氣象參數(shù)組合出現(xiàn)頻率；評(píng)估各種參數(shù)組合的氣象風(fēng)險(xiǎn)，為電網(wǎng)精細(xì)地計(jì)算架空導(dǎo)線載流量和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

河北南部電網(wǎng)所轄區(qū)域?yàn)楹颖笔≈心喜?，包括保定、滄州、邢臺(tái)、衡水、石家莊、邯鄲6個(gè)市，共94個(gè)氣象觀測(cè)站，資料來(lái)源河北省氣象信息中心。所用資料包括94個(gè)站點(diǎn)1974—2018年月平均最高氣溫、月極端最高氣溫和逐月14:00的平均風(fēng)速資料；自動(dòng)站建站至2018年09:00—20:00的逐時(shí)氣溫、風(fēng)速資料。

箱線圖法：一組樣本量為N的樣本，使用其五個(gè)特征值來(lái)鑒別數(shù)據(jù)的異常值、判斷數(shù)據(jù)的偏態(tài)和尾重。這5個(gè)特征值分別是最大值、最小值、中位數(shù)xm、下四分位數(shù)QL=(N+1)/4、上四分位數(shù)QU=3(N+1)/4；上四分位數(shù)與下四分位數(shù)的差為四分位距；連接兩個(gè)四分位數(shù)畫(huà)一個(gè)箱子，在箱子內(nèi)部中位數(shù)xm的位置上畫(huà)出中位線,在QU+1.5(QU-QL)和QL-1.5(QU-QL)處畫(huà)兩條線段，為異常值截?cái)帱c(diǎn)，異常值截?cái)帱c(diǎn)以外的值為異常值。

風(fēng)速訂正方法：在近地面層，風(fēng)速隨高度的變化有指數(shù)律和對(duì)數(shù)律，國(guó)內(nèi)外在建筑設(shè)計(jì)上大都采用指數(shù)律公式計(jì)算風(fēng)速隨高度的變化，即：

其中，h和Vh分別為高度(m)和風(fēng)速(m/s)，z和Vz分別為參考點(diǎn)高度(m)和參考點(diǎn)風(fēng)速(m/s)，α為地面粗糙度指數(shù)，也稱(chēng)大氣穩(wěn)定度指數(shù)，與地面情況有關(guān)。國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11005-2013《風(fēng)區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)區(qū)分布圖繪制規(guī)則》將空曠平坦地面粗糙度指數(shù)取0.16。

2 結(jié)果分析

2.1 月平均和月極端最高氣溫特征分析

2.1.1 月平均最高氣溫特征分析

最高氣溫是影響架空裸導(dǎo)線載流量的重要參數(shù)，本文利用河北南部電網(wǎng)94個(gè)氣象站點(diǎn)1974—2018年逐月平均最高氣溫和月極端最高氣溫資料分析高溫特征，其中1992年8月有1個(gè)站缺測(cè)，用多年平均值代替。

圖1為各月平均最高氣溫箱線圖，箱線圖參數(shù)和平均值分析結(jié)果表明，河北省南部各月均值和中位數(shù)1—6月是升高的趨勢(shì)，6月為最高值，6—12月是下降趨勢(shì)，1月為最低值，各月均值和中位數(shù)差異很小，4月差異最大(0.3 ℃)，其他月份在0～0.2 ℃之間；上四分位數(shù)變化在1—6月是升高趨勢(shì)，6月和7月到最高值(32.7 ℃)，7—12月是下降趨勢(shì)，1月到最低值(4.6 ℃)；上異常值截?cái)帱c(diǎn)的變化與上四分位數(shù)、均值和中位數(shù)變化不同，1—7月是升高的趨勢(shì)，7月到最高值(35.4 ℃)，7—12月是下降趨勢(shì)，1月最低(8.7 ℃)；最高值變化與上異常值截?cái)帱c(diǎn)變化一致。

圖1 各月平均最高氣溫箱線

四分位距的大小代表了數(shù)據(jù)的集中程度，四分位距內(nèi)集中了數(shù)據(jù)的50%。由圖可見(jiàn)，5—9月箱子扁平，四分位距小于2 ℃，表明這些月份月平均最高氣溫值比較集中，變化幅度不大。2月和3月的四分位距最大，其值分別為3.1 ℃和3.2 ℃，表明這些月份月平均最高氣溫值相對(duì)離散，變化幅度較大。其他月份的四分位距在2～3 ℃之間。

統(tǒng)計(jì)分析中，通常將異常值截?cái)帱c(diǎn)作為閾值，異常值截?cái)帱c(diǎn)之外的數(shù)據(jù)認(rèn)定為異常值，異常值的數(shù)量表明異常值的歷史出現(xiàn)概率，最高值與異常值截?cái)帱c(diǎn)的差值表明了異常值的極端性。導(dǎo)線載流量的計(jì)算關(guān)注的是最高氣溫，本文僅分析超過(guò)上異常值截?cái)帱c(diǎn)的異常值，稱(chēng)之為上異常值。由圖可見(jiàn)，3月、4月、11月無(wú)異常值，這些月份月平均最高氣溫出現(xiàn)異常的概率很??；1月、2月、6月、10月和12月次之，5月異常值最多，為68個(gè)，表明該月月平均最高氣溫出現(xiàn)異常的概率最大；從最高值與上異常值截?cái)帱c(diǎn)的差異分析，7月差異最大，為1.7 ℃，表明該月月平均最高氣溫的極端性強(qiáng)；3月、4月、10月、11月的差異較小，表明這些月份月平均最高氣溫的極端性弱。

2.1.2 月極端最高氣溫特征分析

圖2為月極端最高氣溫箱線圖，箱線圖參數(shù)和平均值分析結(jié)果表明，河北省南部各月均值和中位數(shù)在1—6月呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，6月達(dá)到最高值，6—12月呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，1月最低；均值和中位數(shù)差異很??；上四分位數(shù)的變化與均值和中位數(shù)變化一致；上異常值截?cái)帱c(diǎn)的變化與上四分位數(shù)、均值和中位數(shù)變化不同，1—7月表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)，7月達(dá)到最高值(42.7 ℃)，7—12月是下降趨勢(shì)，12月最低(20.1 ℃)；最高值表現(xiàn)為在1—6月呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，6月最高(44.4 ℃)，6—8月為下降趨勢(shì)，9月再次升高，之后為下降趨勢(shì)，最低值出現(xiàn)在1月(20.9 ℃)。

圖2 各月極端最高氣溫箱線

四分位距分析表明，6月、8月和9月，箱子扁平，四分位距分別為2.1 ℃、2 ℃和1.9 ℃，表明這些月份月極端最高氣溫值比較集中，變化幅度不大。1月、2月和3月的四分位距最大，其值分別為4.7 ℃、4.5 ℃和4.6 ℃，表明這些月份月極端最高氣溫相對(duì)離散，變化幅度較大。

從異常值個(gè)數(shù)分析，月極端最高氣溫上異常值個(gè)數(shù)明顯高于月平均最高氣溫上異常值個(gè)數(shù)。1月、8月和11月異常值較少，分別為2個(gè)、6個(gè)和5個(gè)，9月異常值最多，為115個(gè)；從上異常值截?cái)帱c(diǎn)與最高值的差異來(lái)看，月極端最高氣溫異常值的極端性明顯高于月平均最高氣溫，12月、4月和9月差異最大，為7.5、4.9和4.8 ℃,11月、1月和7月的差異較小，分別為0.5、0.6和0.7 ℃，這表明12月、4月和9月月極端最高氣溫的極端性較強(qiáng)，11月、1月和7月月極端最高氣溫的極端性較弱。

2.2 小風(fēng)速特征分析

小風(fēng)速也是影響架空裸導(dǎo)線載流量的重要參數(shù)，由于架空裸導(dǎo)線載流量計(jì)算關(guān)注的是高溫出現(xiàn)時(shí)的氣溫、風(fēng)速組合狀況，自動(dòng)站建站之前，氣象站觀測(cè)為4次定時(shí)觀測(cè)，難以分析最高氣溫對(duì)應(yīng)時(shí)刻的風(fēng)速。本文利用94個(gè)站點(diǎn)1974年至2018年定時(shí)觀測(cè)資料進(jìn)行分析，一般情況下，4次定時(shí)觀測(cè)得到的最高氣溫出現(xiàn)在14:00，由于月最小風(fēng)速序列風(fēng)速值太小，分析意義不大，本文僅分析14:00的月平均風(fēng)速，其中缺測(cè)5個(gè)數(shù)據(jù)，用平均值代替。

圖3為14:00月平均風(fēng)速箱線圖，可見(jiàn)河北省南部各月14:00月平均風(fēng)速上異常值截?cái)帱c(diǎn)以外的數(shù)據(jù)較多，即上異常值較多，而下異常值很少，表明各月平均風(fēng)速較小，整個(gè)盒子(50%的樣本)集中在較小的風(fēng)速區(qū)間。

圖3 各月14:00平均風(fēng)速箱線

箱線圖參數(shù)和平均值分析結(jié)果表明，均值和中位數(shù)在1—4月呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，4月達(dá)到最大值，4—8月是減小趨勢(shì)，8—11月又呈增大的趨勢(shì)，但波幅很?。痪岛椭形粩?shù)差異很?。幌滤姆治粩?shù)的變化與均值和中位數(shù)變化一致，4月達(dá)到最高值(3.3 m/s)，4—8月是減小趨勢(shì)，從3.3 m/s減小到2.0 m/s，8—10月再呈增加趨勢(shì)，之后再次減小，但波動(dòng)很小。由于載流量計(jì)算僅關(guān)心小風(fēng)速，本文僅對(duì)下異常值截?cái)帱c(diǎn)和下異常值進(jìn)行分析。

下異常值截?cái)帱c(diǎn)1—5月呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，5月達(dá)到最大值(1.5 m/s)，5—9月是減少趨勢(shì)，9月最低(0.9 m/s),10月略上升后再下降，最小值出現(xiàn)在12月和1月。從四分位距分析來(lái)看，7月、8月和9月箱子相對(duì)扁平，四分位距相對(duì)較小，分別為0.8 m/s、0.7 m/s和0.8 m/s，表明這些月份月平均風(fēng)速值比較集中，變化幅度不大。3月和4月四分位距較大，其值分別為1.2 m/s和1.3 m/s，表明這些月份月平均風(fēng)速值相對(duì)離散，變化幅度較大。從各月異常值個(gè)數(shù)來(lái)看，各月平均風(fēng)速值下異常值很少，3月、4月、10月和12月無(wú)下異常值。

2.3 高溫和小風(fēng)速組合特征分析

高溫和小風(fēng)速組合特征是計(jì)算允許載流量的重要參數(shù)，本文用09:00—20:00的逐時(shí)氣溫和風(fēng)速資料，分析高溫和小風(fēng)速組合特征。

高溫分析范圍：各月極端最高氣溫的平均值、中位數(shù)、上四分位數(shù)、上異常值截?cái)帱c(diǎn)和最高值等參數(shù)，明顯高于月平均氣溫。為確保電網(wǎng)運(yùn)行安全，參考各月極端最高氣溫的上異常值截?cái)帱c(diǎn)和最高值，分析范圍從低于上異常值截?cái)帱c(diǎn)的第1個(gè)被5整除的數(shù)開(kāi)始，到高于最高值的第1個(gè)被5整除的數(shù)，如果分析范圍僅5 ℃，再將分析范圍向低溫處延長(zhǎng)5 ℃，使分析范圍擴(kuò)展為10 ℃。按此標(biāo)準(zhǔn)，1月分析范圍為15 ℃≤T≤25 ℃，2月分析范圍為20 ℃≤T≤30 ℃，3月分析范圍為25 ℃≤T≤35 ℃，4月分析范圍為35 ℃≤T≤45 ℃，5月分析范圍為35 ℃≤T≤45 ℃，6月分析范圍為35 ℃≤T≤45 ℃，7月分析范圍為35 ℃≤T≤45 ℃，8月分析范圍為30 ℃≤T≤40℃，9月分析范圍為35 ℃≤T≤45 ℃，10月分析范圍為30 ℃≤T≤40 ℃，11月分析范圍為20 ℃≤T≤30 ℃，12月分析范圍為20 ℃≤T≤30 ℃，分析區(qū)間以5 ℃為間隔，分2個(gè)區(qū)間，以下稱(chēng)為高溫度區(qū)間和低溫度區(qū)間。

小風(fēng)速分析范圍：參考月平均風(fēng)速箱線圖的下四分位，各月下四分位最小值為2 m/s(8月)，選擇2 m/s為小風(fēng)速分析范圍，分析區(qū)間以0.5 m/s為間隔，分4個(gè)區(qū)間：0≤V≤0.5 m/s、0.5 m/s

2.3.1 高溫和小風(fēng)速組合出現(xiàn)頻率

河北南網(wǎng)各站自動(dòng)站建站時(shí)間不一樣，最早的是2003年建站，最晚的是2010年建站。為了充分利用每個(gè)逐時(shí)資料觀測(cè)樣本，利用94個(gè)自動(dòng)氣象站建站至2018年09:00—20:00的逐小時(shí)氣溫和風(fēng)速數(shù)據(jù)，結(jié)合上述氣溫和小風(fēng)速范圍分析各月高溫和小風(fēng)速組合出現(xiàn)的站時(shí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。分析表明，各氣象參數(shù)組合出現(xiàn)的總站時(shí)數(shù)在8月最多，共62576站時(shí)，12月最少，出現(xiàn)0次；各月高溫度區(qū)間和最低風(fēng)速區(qū)間組合出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)很少，6、7、8、11月分別為4、1、130、1站時(shí)，占總站時(shí)數(shù)的比例為萬(wàn)分之0.12、0.03、3.83、0.03，其他月份該組合出現(xiàn)站時(shí)為0；各月低溫度區(qū)間和最高風(fēng)速區(qū)間組合1—12月出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)為29、5、233、0、275、2704、3836、24749、7、56、495、0，占總站時(shí)數(shù)的比例為萬(wàn)分之0.85、0.16、6.87、0、8.11、82.36、113.09、729.60、0.21、1.65、15.08、0。

表1 河北省各月高溫(T，℃)與小風(fēng)速(V，m/s)區(qū)間組合出現(xiàn)站時(shí)數(shù)

為了分析架空輸電線路高度處高溫和小風(fēng)速組合出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)，將氣象站(10 m)風(fēng)速訂正到架空輸電線路高度(15 m和20 m)，氣溫仍用氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)。15 m 高度處各氣象參數(shù)組合結(jié)果與10m 高度組合結(jié)果比較，參數(shù)組合站時(shí)數(shù)總體低于10 m高度，高溫度區(qū)間和最低風(fēng)速區(qū)間組合6月和8月分別為3站時(shí)和86站時(shí)，其他月份均為0；20 m高度處各氣象參數(shù)組合結(jié)果與15 m高度組合結(jié)果比較，參數(shù)組合站時(shí)數(shù)總體低于15 m高度，高溫度區(qū)間和最低風(fēng)速區(qū)間組合出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)與15 m高度相同。

2.3.2 參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)分析

為了分析載流量計(jì)算用各種氣象參數(shù)組合的風(fēng)險(xiǎn)，本文根據(jù)上述確定的各月溫度分析區(qū)間和小風(fēng)速分析區(qū)間，規(guī)定了載流量計(jì)算用氣象參數(shù)組合的風(fēng)險(xiǎn)(以下稱(chēng)參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn))，分3個(gè)等級(jí)，1級(jí)參數(shù)組合：風(fēng)速在最小風(fēng)速區(qū)間(0≤V≤0.5 m/s)，氣溫在高溫度區(qū)間，該參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)為高風(fēng)險(xiǎn)，如果利用該組合，計(jì)算得到的允許載流量最小；3級(jí)參數(shù)組合：風(fēng)速在最大風(fēng)速區(qū)間(1.5

根據(jù)各種組合出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)以及總站時(shí)數(shù)，計(jì)算了各月不同等級(jí)參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)概率(各級(jí)參數(shù)組合出現(xiàn)站時(shí)數(shù)與總站時(shí)數(shù)之比)，圖4是各級(jí)參數(shù)組合的概率分布情況，可見(jiàn)，各月高風(fēng)險(xiǎn)氣象參數(shù)組合出現(xiàn)概率很小，有中、低風(fēng)險(xiǎn)氣象參數(shù)組合出現(xiàn)。其中，除了夏季(6—8月)，中級(jí)和低級(jí)參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)概率均低于1%，而8月中低氣象風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)組合概率最大，分別為11.1%和7.3%，6月和7月中、低氣象風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)組合概率僅次于8月，中風(fēng)險(xiǎn)分別為0.9%和1.3%，低風(fēng)險(xiǎn)分別為0.8%和1.1%?？傮w分析結(jié)果表明，河北南部各月高氣象風(fēng)險(xiǎn)組合概率很小，夏季(6—8月)中低氣象風(fēng)險(xiǎn)組合概率較大，其他月份中低氣象風(fēng)險(xiǎn)組合概率很小，可以認(rèn)為高風(fēng)險(xiǎn)氣象參數(shù)組合是極端氣候事件。

圖4 河北南部各級(jí)參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)概率

2.3.3 參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)空間分布

為了分析各級(jí)參數(shù)組合氣象風(fēng)險(xiǎn)空間分布，綜合各級(jí)參數(shù)組合出現(xiàn)的概率，計(jì)算了94個(gè)氣象站點(diǎn)各月參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。定義參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)=0.5×高風(fēng)險(xiǎn)概率+0.3×中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)概率+0.2×低風(fēng)險(xiǎn)概率。賦予高風(fēng)險(xiǎn)概率較高的權(quán)重是為了突出高風(fēng)險(xiǎn)可能造成的嚴(yán)重危害。

自然斷點(diǎn)法是一種根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律分級(jí)和分類(lèi)的統(tǒng)計(jì)方法, 它基于數(shù)據(jù)中固有的自然分組對(duì)分類(lèi)間隔加以識(shí)別，可對(duì)相似值進(jìn)行最恰當(dāng)?shù)胤纸M，并在數(shù)據(jù)值的差異相對(duì)較大的位置設(shè)置其分類(lèi)邊界，可使各個(gè)類(lèi)之間的差異最大化。基于自然斷點(diǎn)法的空間區(qū)劃使氣象風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃更為科學(xué)合理，空間分布具有更強(qiáng)的可辨識(shí)性。根據(jù)參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，利用自然斷點(diǎn)法將河北南部各站分為4類(lèi)：無(wú)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(即風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0的區(qū)域)、低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。圖5為各季典型月份(1、4、7和10月)的參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布，總體上來(lái)看，春季參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)最低，夏季最高；滄州沿海和保定部分地區(qū)各季參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，太行山及其東麓較高，其原因可能與該地區(qū)常年風(fēng)速偏小，同時(shí)受太行山東麓焚風(fēng)效應(yīng)的影響有關(guān)，特別是石家莊、衡水和邢臺(tái)西部[12]。

1月，滄州大部分區(qū)域和保定、衡水、雄安新區(qū)北部是無(wú)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，石家莊和保定以及邢臺(tái)東部為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其他地區(qū)為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；4月，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)范圍擴(kuò)大，僅在邢臺(tái)、邯鄲西部存在氣象參數(shù)組合中、低風(fēng)險(xiǎn)；7月，河北南部均存在高、中、低氣象參數(shù)組合風(fēng)險(xiǎn)，以中風(fēng)險(xiǎn)為主，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在石家莊中東部一帶，可能與城鎮(zhèn)化造成的城市熱島有關(guān)，有研究表明石家莊市是華北地區(qū)典型的城市熱島之一，尤其是石家莊市中東部近20年來(lái)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市熱島強(qiáng)度接近0.7 ℃,熱島強(qiáng)度增溫率為0.19 ℃/10a，顯著高于河北其他地區(qū)[13-16]；10月，保定、雄安新區(qū)以北是無(wú)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，邢臺(tái)、衡水和滄州東部為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

為了評(píng)估線路高度處的氣象參數(shù)組合風(fēng)險(xiǎn)，利用15 m和20 m高度風(fēng)速進(jìn)行組合分析(圖略)，表明不同高度風(fēng)速的氣象風(fēng)險(xiǎn)空間分布與圖5相比較是一致的，但風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有所降低。因此，利用氣象站資料確定的氣象參數(shù)組合計(jì)算載流量，與15 m和20 m高度資料比較，其標(biāo)準(zhǔn)更高，要求更嚴(yán)，能夠最大程度減少電力運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 河北南部典型月份風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分布

3 結(jié)論

選擇河北南部94個(gè)氣象站歷史氣象資料，結(jié)合箱線圖方法，確定了各月高溫分析區(qū)間、小風(fēng)速分析區(qū)間和氣象參數(shù)組合；利用自動(dòng)站建站以來(lái)09:00—20:00的逐時(shí)氣溫和風(fēng)速資料，逐月分析了各種氣象參數(shù)組合出現(xiàn)的頻率和電網(wǎng)載流量計(jì)算用參數(shù)組合的氣象風(fēng)險(xiǎn)，主要結(jié)論如下：

(1)各月極端最高氣溫的平均值、中位數(shù)、上四分位數(shù)、上異常值截?cái)帱c(diǎn)和最高值等參數(shù)，明顯高于月平均氣溫，且異常值個(gè)數(shù)也明顯高于月平均最高氣溫。

(2)各月高溫度區(qū)間和最低風(fēng)速區(qū)間組合出現(xiàn)的站時(shí)數(shù)很少，6、7、8、11月分別為4、1、130、1站時(shí)，其他月份該組合出現(xiàn)站時(shí)為0；15 m 高度處各氣象參數(shù)組合結(jié)果與10 m 高度組合結(jié)果比較，參數(shù)組合站時(shí)數(shù)總體低于10 m高度，高溫度區(qū)間和最低風(fēng)速區(qū)間組合6、8月分別為3、86站時(shí)，其他月份均為0；20 m高度處各氣象參數(shù)組合結(jié)果與15 m高度比較，與上述結(jié)果相同。

(3)高風(fēng)險(xiǎn)(風(fēng)速在最小風(fēng)速區(qū)間、氣溫在高溫度區(qū)間)的氣象參數(shù)組合出現(xiàn)概率在12個(gè)月份都很?。恢酗L(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的氣象參數(shù)組合出現(xiàn)概率相對(duì)較高，8月最高，6、7月次之。

(4)參數(shù)組合氣象綜合風(fēng)險(xiǎn)的空間分布總體呈現(xiàn)為，滄州、保定和雄安新區(qū)綜合風(fēng)險(xiǎn)比較低，石家莊、邢臺(tái)、邯鄲綜合風(fēng)險(xiǎn)比較高，其中石家莊風(fēng)險(xiǎn)最高，這一結(jié)論與該區(qū)域氣溫高、風(fēng)速小的氣候分布規(guī)律是一致的。

綜合以上分析表明，對(duì)于河北南部允許載流量的計(jì)算，在夏季(6、7和8月)可參考高溫度區(qū)間和最小風(fēng)速區(qū)間組合，其他月份可參考其他的參數(shù)組合計(jì)算；如果分區(qū)域計(jì)算，可適當(dāng)提高石家莊、邢臺(tái)、邯鄲的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。