內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

趙建坤，趙建利，徐大鵬，燕寶峰，李 忠，隋劍利

（1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)高電壓與絕緣技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010020；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象服務(wù)中心，呼和浩特 010051）

0 引言

氣象災(zāi)害嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)做好氣象災(zāi)害的預(yù)警與應(yīng)對(duì)工作[1-4]。氣象災(zāi)害機(jī)理復(fù)雜、隨機(jī)性強(qiáng)，突發(fā)氣象災(zāi)害的危害性嚴(yán)重，建立健全氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處理、災(zāi)后恢復(fù)等綜合系統(tǒng)，對(duì)提高電力系統(tǒng)防范和應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的能力有非常大的幫助作用[5-11]。

本文依托國家災(zāi)害預(yù)警發(fā)布平臺(tái)，建立面向電力系統(tǒng)的氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)。該系統(tǒng)接入了自動(dòng)氣象站、多普勒雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、數(shù)值預(yù)報(bào)等多種形式的氣象源數(shù)據(jù)，將災(zāi)害天氣數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害性天氣的精確監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)、GIS等技術(shù)，直觀展示災(zāi)害天氣的詳細(xì)衍變過程，準(zhǔn)確定位受災(zāi)害天氣影響的電網(wǎng)設(shè)施，從而對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行預(yù)警，為電力運(yùn)檢人員及相關(guān)科研人員提供專業(yè)的電力氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估服務(wù)[12-14]。

1 氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1，可分為氣象數(shù)據(jù)采集、氣象數(shù)據(jù)解析-綜合-發(fā)布、客戶應(yīng)用3部分。

1.1.1 氣象數(shù)據(jù)采集

采集常規(guī)地面氣象臺(tái)（站）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及多普勒雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等各種形式的氣象數(shù)據(jù)，建立包括電網(wǎng)基礎(chǔ)地理信息、電力專題地理信息以及各類氣象實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)等于一體的電力氣象綜合數(shù)據(jù)庫，為電力氣象服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.1.2 氣象數(shù)據(jù)解析-綜合-發(fā)布

將各種形式的氣象數(shù)據(jù)文件分類解析形成預(yù)設(shè)格式數(shù)據(jù)，寫入氣象數(shù)據(jù)庫和電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供電網(wǎng)氣象應(yīng)用服務(wù)，以Web方式在電力內(nèi)網(wǎng)中發(fā)布。

1.1.3 客戶應(yīng)用

采用面向服務(wù)的架構(gòu)（Service?Oriented Archi?tecture，SOA）模式進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基礎(chǔ)地理信息、地面氣象站觀測(cè)資料、高空探測(cè)資料、雷達(dá)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、電力氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)以及各類基于地圖的電力氣象災(zāi)害預(yù)警信息專業(yè)化顯示；電網(wǎng)氣象信息按站點(diǎn)、時(shí)間、種類、地域（或選定區(qū)域）的多方位綜合查詢，為電網(wǎng)氣象服務(wù)的開展提供豐富的基礎(chǔ)地理信息和氣象信息支持[15-16]。

1.2 流程設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)工作流程見圖2，主要工作過程為：綜合分析不同季節(jié)氣象要素對(duì)電力設(shè)備影響程度及氣象要素等級(jí)，自動(dòng)生成涵蓋溫濕度、大風(fēng)、降水（或強(qiáng)降水）、霧雪、雷害等各類天氣要素的氣象災(zāi)害預(yù)警信息，將其與電力設(shè)備運(yùn)行實(shí)際相結(jié)合，生成具有特定格式和特定內(nèi)容的電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息，制作專題預(yù)警信息發(fā)布頁面，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)氣象預(yù)警信息在線瀏覽。

圖2 內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)工作流程

同時(shí)，為了方便電網(wǎng)用戶使用，增設(shè)了電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息的表格顯示、時(shí)間序列顯示、填圖顯示、預(yù)報(bào)和實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)比顯示以及在線動(dòng)畫演示和決策分析功能。其中，決策分析是根據(jù)電力設(shè)備與氣象要素的關(guān)聯(lián)性，利用回歸方程和未來氣象要素做出基于電力設(shè)備等級(jí)的精準(zhǔn)氣象預(yù)報(bào)預(yù)警[17-18]。例如，達(dá)到寒潮、冰凍預(yù)警時(shí)，提醒做好電力設(shè)備的防寒保護(hù)措施和輸電線路防覆冰工作；達(dá)到大風(fēng)預(yù)警時(shí)，提醒注意防范輸電鐵塔倒塌和線路跳閘故障；達(dá)到高溫預(yù)警時(shí)，提醒做好電力設(shè)備的紅外測(cè)溫工作；達(dá)到大雨預(yù)警時(shí)，提醒及時(shí)做好電力設(shè)備搶修和巡線工作，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)是針對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)輸變電設(shè)備的氣象信息預(yù)報(bào)、預(yù)警，目前主要包括電網(wǎng)氣象長期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)、黃河凌汛專題、防火專題以及氣象預(yù)警信息等功能。

2.1 電網(wǎng)氣象長期預(yù)報(bào)

電網(wǎng)氣象長期預(yù)報(bào)主要為對(duì)未來1個(gè)月內(nèi)電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的降水過程、降水強(qiáng)度、大風(fēng)過程、冬季寒潮降溫過程，以及夏季高溫過程等系統(tǒng)性天氣過程作出分析預(yù)測(cè)。功能實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）對(duì)大氣環(huán)流形勢(shì)場資料和短期氣候預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行演變趨勢(shì)分析；

（2）結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)庫，采用高影響天氣系統(tǒng)指標(biāo)和災(zāi)害天氣氣象要素閾值進(jìn)行分析判斷，確定未來1個(gè)月內(nèi)電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的降水和大風(fēng)等惡劣天氣影響范圍及時(shí)間段；

（3）結(jié)合電網(wǎng)線路、地形地貌、災(zāi)害隱患點(diǎn)等電力信息，制作電網(wǎng)氣象天氣過程長期預(yù)報(bào)并發(fā)布。

2.2 電網(wǎng)氣象中期預(yù)報(bào)

電網(wǎng)氣象中期預(yù)報(bào)為對(duì)未來10 d內(nèi)電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的降水、降溫和大風(fēng)等天氣過程進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。功能實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）采用大氣環(huán)流形勢(shì)場資料對(duì)天氣系統(tǒng)演變外推進(jìn)行分析；

（2）與高影響天氣指標(biāo)、災(zāi)害天氣氣象要素閾值等結(jié)合，確定影響范圍及時(shí)間段；

（3）結(jié)合電網(wǎng)線路、地形地貌、災(zāi)害隱患點(diǎn)等電力信息，制作未來10 d氣象天氣過程中期預(yù)報(bào)并發(fā)布。

2.3 電網(wǎng)氣象短期預(yù)報(bào)

電網(wǎng)氣象短期預(yù)報(bào)為對(duì)未來3 d內(nèi)電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的風(fēng)向、風(fēng)速、最高溫度、最低溫度等逐日氣象要素預(yù)報(bào)。功能實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）針對(duì)大氣環(huán)流形勢(shì)場數(shù)據(jù)和數(shù)值模式預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

（2）與氣象要素預(yù)報(bào)相結(jié)合，確定要素值、落點(diǎn)、影響范圍及時(shí)間；

（3）結(jié)合電網(wǎng)線路、地形地貌、災(zāi)害隱患點(diǎn)等電力信息，制作未來3 d逐日電網(wǎng)氣象短期預(yù)報(bào)并發(fā)布。

2.4 黃河凌汛專題

黃河凌汛專題主要包括電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的黃河凌汛氣象監(jiān)測(cè)信息、預(yù)報(bào)信息、黃河上游河段封河里程、內(nèi)蒙古段封河及開河里程、內(nèi)蒙古段沿線地區(qū)氣溫監(jiān)測(cè)信息、未來5 d氣溫預(yù)測(cè)及開河里程預(yù)測(cè)信息。功能實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）對(duì)黃河沿線地區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，制作監(jiān)測(cè)專題圖；

（2）采用氣候統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)未來5 d黃河流域氣溫和開河時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.5 電網(wǎng)線路防火專題

電網(wǎng)線路防火專題內(nèi)容包括電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的火情遙感監(jiān)測(cè)和火場精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)。功能實(shí)現(xiàn)過程如下。

（1）采用高分辨率風(fēng)云氣象衛(wèi)星開展遙感監(jiān)測(cè)，并通過對(duì)熱源點(diǎn)高溫識(shí)別，制作火情遙感監(jiān)測(cè)專題圖；

（2）采用高分辨率數(shù)值模式精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，分析判斷火場未來3 d（24 h內(nèi)每3 h預(yù)報(bào)1次，24~72 h內(nèi)每12 h預(yù)報(bào)1次）天氣情況（包括天氣現(xiàn)象、最高溫度、最低溫度、降水量、風(fēng)向風(fēng)速），以圖表形式進(jìn)行展示。

2.6 氣象預(yù)警信息

氣象預(yù)警信息主要為氣象災(zāi)害預(yù)警和高影響天氣預(yù)警。其中，氣象災(zāi)害預(yù)警包括暴雨、暴雪、寒潮、大風(fēng)、沙塵暴、高溫、干旱、雷電、冰雹、霜凍、大霧、道路結(jié)冰等，依據(jù)相關(guān)氣象標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行制作和發(fā)布；高影響天氣預(yù)警需要根據(jù)電網(wǎng)災(zāi)害隱患點(diǎn)或易受災(zāi)線路氣象災(zāi)害臨界閾值，結(jié)合數(shù)值模式精細(xì)化預(yù)報(bào)信息，生成相對(duì)應(yīng)預(yù)警信息。

3 應(yīng)用案例

目前，在冬、春季降雪期，春季大風(fēng)期，主汛期，內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)已為內(nèi)蒙古電網(wǎng)提供了全方位的氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，累計(jì)準(zhǔn)確發(fā)出大風(fēng)、降水、雷害、道路覆冰等紅色預(yù)警1087次，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2018-07-19—23，內(nèi)蒙古電網(wǎng)某500 kV線路244號(hào)桿塔段上游地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)暴雨。7月19日，244號(hào)桿塔段上游地區(qū)日降水量突破歷史極值，最大站點(diǎn)雨量為175.3 mm。受洪水沖刷，244號(hào)桿塔塔基受損。7月23日，244號(hào)桿塔段上游地區(qū)再次出現(xiàn)特大暴雨，最大降雨量為130.5 mm。為了預(yù)防244號(hào)桿塔發(fā)生倒塔事故，基于自動(dòng)氣象站逐時(shí)降水、雷達(dá)定量降水估計(jì)和衛(wèi)星反演降水等多源資料，利用該系統(tǒng)生成多源降水融合預(yù)報(bào)產(chǎn)品，密切監(jiān)視該地區(qū)強(qiáng)降水的變化情況，見圖3。

圖3 244號(hào)桿塔周邊區(qū)域多源降水融合產(chǎn)品預(yù)報(bào)

4 結(jié)束語

本文基于GIS 1張圖技術(shù)，通過接入氣象臺(tái)（站）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、多普勒雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、數(shù)值預(yù)報(bào)等多源氣象數(shù)據(jù)，將基礎(chǔ)地理信息、氣象數(shù)據(jù)、電網(wǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)等相結(jié)合進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，采用SOA架構(gòu)模式，搭建了電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)蒙古電網(wǎng)氣象長期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)、黃河凌汛專題、防火專題以及氣象預(yù)警信息等6類電網(wǎng)氣象預(yù)警信息的自動(dòng)發(fā)布。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該系統(tǒng)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)安全運(yùn)行提供專業(yè)、可靠的氣象預(yù)警支撐。