一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法

1.本发明涉及输电线路风险预报技术领域，具体涉及一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法。


背景技术：

2.台风破坏输电系统导致大范围断电，其影响可能会扩散到其他关键基础设施系统，包括通信、交通、医疗和教育系统，从而造成大范围的社会经济损失。位于沿海地带的输电系统常年受台风侵袭，其输电线路受台风引起的强风作用，会发生倒塔、断线等事故，进而造成输电线路短路，丧失输送电力的功能。因此，有必要在台风灾害中，基于台风风场预报信息对输电线路进行实时预警，进而预先准备维修资源，或对电网实施一些预防性的运行管理措施，从而减小断电的时空范围。
3.在实际的台风预报业务中，采用中尺度数值气象预报模式（numericalweatherpredictionmodel，nwpmodel），如wrf，所产生的预报风场的精度为1～10km。这种过于粗糙的风场，难以反映微地形（如30m精度）对风场的影响。尤其是当输电杆塔（典型占地面积为）和导线（典型跨度为300m）位于复杂地形时，采用粗尺度的风场预报会得出相邻数个杆塔和导线受到相同的风速风向，这显然是不合理的。为获得更为可靠的输电线路预警结果，有必要对粗尺度风场进行降尺度，得到微尺度（10～100m精度）的风场预报。这可以通过动力降尺度实现，如在wrf中嵌套大涡模拟（largeeddysimulation, les）实现，称为wrf-les。然而，微尺度的风场预报对计算资源有极高的要求，在目前的研究中，只能在1～10km左右的小范围区域内实现微尺度风场的模拟。将动力降尺度应用于跨越数百甚至数千公里的输电系统以实现实时的微尺度风场预报，所需的计算资源耗费几乎是不可实现的。


技术实现要素：

4.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法。
5.本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，包括如下步骤：s1、初始化数据，所述数据至少包括中尺度台风预报风场预报结果、输电系统拓扑和输电杆塔经纬度，其中，中尺度台风预报风场的预报精度为1～10km，输电系统拓扑是由输电杆塔以及连接相邻输电杆塔的导线所组成的几何图形；s2、基于步骤s1得到的在中尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大中尺度风速值，在所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，其中，小尺度台风预报风场的预报精度为100m～1km；s3、基于步骤s2得到的在小尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大小尺度风速值，在所受的最大小尺度风速值超过临界风
速值的输电杆塔和导线上，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风预报风场，其中，微尺度台风预报风场的预报精度为10～100m；s4、基于步骤s1、步骤s2、步骤s3组成的多尺度台风预报风场，结合输电杆塔和导线的易损性曲线，得到输电线路的风险预报。
6.进一步地，步骤s1中，中尺度台风预报风场至少通过wrf气象模型得到，输出的预报结果是点的阵列，每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。
7.进一步地，步骤s2中，在中尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大中尺度风速值设为，是中尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是中尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合；步骤s3中，在小尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大小尺度风速值设为，是小尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是小尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合，。
8.进一步地，步骤s2中，小尺度台风预报风场区域包括所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线；步骤s3中，微尺度台风预报风场区域包括所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线。
9.进一步地，步骤s2中，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：（11）、在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域；（12）、对每一个新生成的小尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的小尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个小尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（13）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个小尺度台风预报风场区域，并将多个相交的小尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的小尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的小尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的小尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的小尺度台风预报风场区域，然后返回步骤（12）；反之，则不新生成小尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的小尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大中尺度风速值超过
临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。
10.进一步地，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：（21）、在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域；（22）、对每一个新生成的微尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的微尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个微尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（23）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个微尺度台风预报风场区域，并将多个相交的微尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的微尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的微尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的微尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的微尺度台风预报风场区域，然后返回步骤（22）；反之，则不新生成微尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的微尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。
11.进一步地，临界风速值和临界风速值均由所有的计算资源决定，其中，计算资源通过中尺度台风预报风场或小尺度台风预报风场或微尺度台风预报风场各自对应的点阵的大小来衡量，点阵越大，则所需的计算资源越大，反之，则所需的计算资源越小。
12.进一步地，步骤s4中，多尺度台风预报风场包括中尺度台风预报风场、小尺度台风预报风场和微尺度台风预报风场，在微尺度区域中采取微尺度台风预报风场，在微尺度区域之外且在小尺度区域之内采取小尺度台风预报风场，在小尺度区域之外且在中尺度区域之内采取中尺度台风预报风场。
13.进一步地，步骤s4中，对于在一定风速和风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，通过该输电杆塔或该段导线的易损性曲线来描述，即。
14.进一步地，步骤s4中，输电线路的风险预报是指将输电线路视为输电杆塔和导线的串联系统，线路上任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效，都会导致输电线路失效；通
过多尺度台风预报风场得任意一个输电杆塔或任意一段导线在预报时刻的失效概率的预报结果，从而得到输电线路的失效概率的预报，即，其中，、、、、为输电线路上的所有输电杆塔和导线，、、、、为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线、、、、在预报时刻的失效概率，并且，其中，和分别为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线在预报时刻和时的失效概率，和分别为在预报时刻的任意一个输电杆塔或任意一段导线处的预报风速和预报风向，为在预报风速和预报风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，并且时。
15.本发明的有益效果是：发明提出了一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，用于实现区域规模的输电系统的实时风险预报。就输电杆塔和导线这样的工程结构而言，受到更高的风速也就意味着更高的风险，通过仅对受高风速作用（由粗尺度风场得到）的输电塔杆和导线所在的区域进行动力降尺度，产生了多尺度台风预报风场，最高预报精度达到10～100m，从而实现高精度的输电线路风险预报，同时大大降低所需计算资源。
附图说明
16.图1为本发明实施例所述的一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法的原理流程图。
17.图2为本发明实施例所述的某台风的中尺度台风预报风场预报结果和某输电系统的拓扑图。
18.图3为本发明实施例所述的某台风的小尺度预报风场区域对应点阵中点的数目和临界风速值的关系曲线。
19.图4为本发明实施例所述的所有满足所受最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线所生成的小尺度台风预报风场区域，以及某台风下其中一个小尺度台风预报风场区域的小尺度台风预报风场预报结果。
20.图5为本发明实施例所述的某台风的微尺度预报风场区域对应点阵中点的数目和临界风速值的关系曲线。
21.图6为本发明实施例所述的所有满足所受最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线所生成的微尺度台风预报风场区域，以及某台风下其中一个微尺度台风预报风场区域的微尺度台风预报风场预报结果。
22.图7为本发明实施例的所述某台风下的输电线路风险预报结果图。
具体实施方式
23.为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
24.本发明公开了一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，如图1所示，下面以某地区受某台风下的某输电系统为例进行详细说明，包括如下步骤：s1、初始化数据，所述数据至少包括中尺度台风预报风场预报结果、输电系统拓扑和输电杆塔经纬度，其中，中尺度台风预报风场的预报精度为1～10km，输电系统拓扑是由输电杆塔以及连接相邻输电杆塔的导线所组成的几何图形。
25.具体地，中尺度台风预报风场可以通过wrf气象模型得到，其中，wrf气象模型为现有的模型，本实施例不再赘述，wrf气象模型输出的预报结果是点的阵列，比如，100行乘以100列（共10000个点），每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。预报时长可以为12h、24h、48h等，预报业务中通常采用12h的倍数作为预报时长，但并不限制于此，也可以选择其他时间作为预报时长，本实施例优选每10分钟输出一个风场预报结果。
26.图2为某台风的中尺度台风预报风场预报结果和某输电系统的拓扑图，该中尺度台风预报风场预报结果由wrf气象模型得到，预报起始时刻为12:00，所预报的时刻为台风登陆时刻，即16:45。该输电系统共有32458座杆塔和780条输电线路，输电线路总长约为9500km。
27.s2、基于步骤s1得到的在中尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大中尺度风速值，在所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，其中，小尺度台风预报风场的预报精度为100m～1km。
28.具体地，在中尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大中尺度风速值设为，是中尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是中尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合。
29.临界风速值由所有的计算资源决定，其中，计算资源通过中尺度台风预报风场或小尺度台风预报风场或微尺度台风预报风场各自对应的点阵的大小来衡量，点阵越大，则所需的计算资源越大，反之，则所需的计算资源越小。一般输电杆塔倒塌或导线发生风偏闪络都是由较高风速导致，故可以通过设置临界风速值初步筛选出台风过程中高风险的输电杆塔或导线。
30.小尺度台风预报风场区域包括所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线。一般来说，气象模型要求预报风场有最小预报面积，如wrf气象模型建议预报风场（无论何种精度）对应的点的阵列最小为100行乘以100列；为了让生成的小尺度台风预报风场区域既能满足预报风场的最小面积要求，又能避免范围过大以致浪费计算资源（计算资源通过不同精度风场对应的点阵的大小来衡量），下面给出了生成小尺度台风预报风场区域的具体步骤。
31.具体地，本实施例中，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：（11）、在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线
中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域；（12）、对每一个新生成的小尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的小尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个小尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（13）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个小尺度台风预报风场区域，并将多个相交的小尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的小尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的小尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的小尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的小尺度台风预报风场区域，然后返回步骤（12）；反之，则不新生成小尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的小尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。
32.图3为某台风的小尺度预报风场区域对应点阵中点的数目和临界风速值的关系曲线。在=10m/s、20m/s和30m/s这三种情况下，点的数目分别为950104个、298638个和39134个，说明可以根据所有计算资源决定小尺度预报风场区域的大小。
33.图4为所有满足所受最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线所生成的小尺度台风预报风场区域，以及某台风下其中一个小尺度台风预报风场区域的小尺度台风预报风场预报结果。这里设置=20m/s，小尺度台风预报风场预报结果由wrf模型得到，预报起始时刻为12:00，所预报的时刻为台风登陆时刻，即16:45。
34.s3、基于步骤s2得到的在小尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大小尺度风速值，在所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风风场，其中，微尺度台风预报风场的预报精度为10～100m。
35.具体地，在小尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大小尺度风速值设为，是小尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是小尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合，通常。
36.临界风速值均由所有的计算资源决定，一般输电杆塔倒塌或导线发生风偏闪络都是由较高风速导致，故可以通过设置临界风速值初步筛选出台风过程中高风险的输电杆塔或导线。
37.微尺度台风预报风场区域包括所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线。同理，为了让生成的微尺度台风预报风场区域既能满足预报风场的最小面积要求，又能避免范围过大以致浪费计算资源（计算资源通过不同精度风场对应的点阵的大小来衡量），下面给出了生成微尺度台风预报风场区域的具体步骤。
38.具体地，本实施例中，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：（21）、在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域；（22）、对每一个新生成的微尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的微尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个微尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（23）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个微尺度台风预报风场区域，并将多个相交的微尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的微尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的微尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的微尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的微尺度台风预报风场区域，然后返回步骤（22）；反之，则不新生成微尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的微尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。
39.图5为某台风的微尺度预报风场区域对应点阵中点的数目和临界风速值的关系曲线。在=30m/s的情况下，点的数目为296950个。随着大小的变化，点的数目有明显的变化，说明可以根据所有计算资源决定小尺度预报风场区域的大小。
40.图6为所有满足所受最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线所生成的微尺度台风预报风场区域，以及某台风下其中一个微尺度台风预报风场区域的微尺度台风预报风场预报结果。这里设置=30m/s，该微尺度台风风场预报结果由嵌套在wrf中的les模型得到，其中les模型为现有的模型，本实施例不再赘述，该les模型的预报起始时刻为12:00，所预报的时刻为台风登陆时刻，即16:45。
41.s4、基于步骤s1、步骤s2、步骤s3组成的多尺度台风预报风场，结合输电杆塔和导线的易损性曲线，得到输电线路的风险预报。
42.具体地，多尺度台风预报风场包括中尺度台风预报风场、小尺度台风预报风场和微尺度台风预报风场，其中，小尺度台风预报风场是通过对中尺度台风预报风场降尺度得
到的，微尺度台风预报风场是通过对小尺度台风预报风场降尺度得到；在微尺度区域中采取微尺度台风预报风场，在微尺度区域之外且在小尺度区域之内采取小尺度台风预报风场，在小尺度区域之外且在中尺度区域之内采取中尺度台风预报风场。
43.对于在一定风速和风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，通过该输电杆塔或该段导线的易损性曲线来描述，即，易损性曲线可以通过历史灾损数据拟合得到或通过采用物理仿真模型得到。
44.输电线路的风险预报是指将输电线路视为输电杆塔和导线的串联系统，线路上任何一座输电杆塔或一段导线的失效，都会导致输电线路失效；通过多尺度台风预报风场得任意一个输电杆塔或任意一段导线在预报时刻的失效概率的预报结果，从而得到输电线路的失效概率的预报，即，其中，、、、、为输电线路上的所有输电杆塔和导线，、、、、为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线、、、、在预报时刻的失效概率，并且，其中，和为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线在预报时刻和时的失效概率，和分别为在预报时刻的任意一个输电杆塔或任意一段导线处的预报风速和预报风向，为在预报风速和预报风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，并且时。
45.图7为某台风下的输电线路风险预报结果图。预报起始时刻为12:00，分别给出了12:10、16:00和24:00三个时刻下的预报结果，在预报时刻12:10，仅有2条输电线路有较高的失效概率，其失效概率大于0.9；而到了预报时刻24:00，则有63条输电线路的失效概率大于0.9；该超短期预报显示台风将持续性的对输电线路造成破坏。本实施例在测试中，得到实施台风风场动力降尺度方法所需的计算资源至少是不实施该策略的五十八分之一。可以通过与将和都设置为0m/s并计算此时所需的微尺度预报风场区域对应点阵中点的数目对比得到，此时微尺度预报风场区域会把本实施例中跨越面积约为十万平方公里的整个输电系统都包含在内，相应的，微尺度预报风场区域对应点阵中点的数目为17282490，约为=20m/s和=30m/s时微尺度预报风场区域对应点阵中点的数目296950的58倍，说明本实施例的方法能够大大降低计算资源，从而在区域尺度的输电线路上实现高精度的风险预报。
46.以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、初始化数据，所述数据至少包括中尺度台风预报风场预报结果、输电系统拓扑和输电杆塔经纬度，其中，中尺度台风预报风场的预报精度为1～10km，输电系统拓扑是由输电杆塔以及连接相邻输电杆塔的导线所组成的几何图形；s2、基于步骤s1得到的在中尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大中尺度风速值，在所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，其中，小尺度台风预报风场的预报精度为100m～1km；s3、基于步骤s2得到的在小尺度台风预报风场区域中的所有输电杆塔和所有导线在台风风场预报过程中所受的最大小尺度风速值，在所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风预报风场，其中，微尺度台风预报风场的预报精度为10～100m；s4、基于步骤s1、步骤s2、步骤s3组成的多尺度台风预报风场，结合输电杆塔和导线的易损性曲线，得到输电线路的风险预报。2.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s1中，中尺度台风预报风场至少通过wrf气象模型得到，输出的预报结果是点的阵列，每个点对应于一个地理位置，并且有该位置处的风速和风向值，相邻两点的距离即为预报风场的精度，在中尺度台风预报风场中，相邻两点的距离为1～10km，所述中尺度台风预报风场包括整个输电系统所在的区域范围。3.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2中，在中尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大中尺度风速值设为，是中尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是中尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合；步骤s3中，在小尺度台风预报风场区域中，任意一个输电杆塔或任意一段导线所受到的最大小尺度风速值设为，是小尺度台风预报风场预报过程中不同时刻下该输电杆塔或该导线所受到的风速的最大值，即，其中，是小尺度台风预报风场预报过程中所有预报时刻的集合，。4.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2中，小尺度台风预报风场区域包括所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线；步骤s3中，微尺度台风预报风场区域包括所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的所有输电杆塔和导线。5.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s2中，生成小尺度台风预报风场区域且仅在小尺度台风预报风场区域获得小尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：
（11）、在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域；（12）、对每一个新生成的小尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的小尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个小尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（13）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个小尺度台风预报风场区域，并将多个相交的小尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的小尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的小尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的小尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的小尺度台风预报风场区域，然后返回步骤（12）；反之，则不新生成小尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的小尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的小尺度台风预报风场区域，并回到步骤（12），直到所有满足所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。6.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，生成微尺度台风预报风场区域且仅在微尺度台风预报风场区域获得微尺度台风预报风场，具体包括如下步骤：（21）、在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，任意挑选一个，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域；（22）、对每一个新生成的微尺度台风预报风场区域，判断其是否与已有的微尺度台风预报风场区域相交，其中，相交是指两个微尺度台风预报风场区域实际对应的地理区域存在重叠；（23）、如果不存在相交关系，则在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕；如果存在相交关系，则进一步判断是否有必要再次新生成一个微尺度台风预报风场区域，并将多个相交的微尺度台风预报风场区域都包含在内；判断标准为：如果这个新生成的微尺度台风预报风场区域对应的地理面积要比多个相交的微尺度台风预报风场区域的地理面积的和小，则将多个相交的微尺度台风预报风场区域删除，并保留新生成的微尺度台
风预报风场区域，然后返回步骤（22）；反之，则不新生成微尺度台风预报风场区域也不删除多个相交的微尺度台风预报风场区域，然后在所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线中，再次任意挑选一个且已被挑选过的不再重复挑选，以该输电杆塔或导线为中心，生成相应的满足最小面积要求的微尺度台风预报风场区域，并回到步骤（22），直到所有满足所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线都已被挑选完毕。7.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，临界风速值和临界风速值均由所有的计算资源决定，其中，计算资源通过中尺度台风预报风场或小尺度台风预报风场或微尺度台风预报风场各自对应的点阵的大小来衡量，点阵越大，则所需的计算资源越大，反之，则所需的计算资源越小。8.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s4中，多尺度台风预报风场包括中尺度台风预报风场、小尺度台风预报风场和微尺度台风预报风场，在微尺度区域中采取微尺度台风预报风场，在微尺度区域之外且在小尺度区域之内采取小尺度台风预报风场，在小尺度区域之外且在中尺度区域之内采取中尺度台风预报风场。9.根据权利要求1所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s4中，对于在一定风速和风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，通过该输电杆塔或该段导线的易损性曲线来描述，即。10.根据权利要求9所述的基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，其特征在于，步骤s4中，输电线路的风险预报是指将输电线路视为输电杆塔和导线的串联系统，线路上任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效，都会导致输电线路失效；通过多尺度台风预报风场得任意一个输电杆塔或任意一段导线在预报时刻的失效概率的预报结果，从而得到输电线路的失效概率的预报，即，其中，、、、、为输电线路上的所有输电杆塔和导线，、、、、为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线、、、、在预报时刻的失效概率，并且，其中，和分别为通过多尺度台风预报风场得到的输电杆塔或导线在预报时刻和时的失效概率，和分别为在预报时刻的任意一个输电杆塔或任意一段导线处的预报风速和预报风向，为在预报风速和预报风向下的任意一个输电杆塔或任意一段导线的失效概率，并且时。

技术总结
本发明公开了一种基于台风风场动力降尺度的输电线路风险预报方法，包括：S1、初始化数据，数据至少包括中尺度台风预报风场预报结果、输电系统拓扑和输电杆塔经纬度；S2、在所受的最大中尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成小尺度台风预报风场；S3、在所受的最大小尺度风速值超过临界风速值的输电杆塔和导线上，生成微尺度台风预报风场；S4、基于步骤S1~S3组成的多尺度台风预报风场，结合输电杆塔和导线的易损性曲线，得到输电线路的风险预报。本发明通过仅对受高风速作用的输电塔杆和导线所在区域进行动力降尺度，产生了多尺度台风预报风场，最高预报精度达到10～100m，实现了高精度的输电线路风险预报。实现了高精度的输电线路风险预报。实现了高精度的输电线路风险预报。


技术研发人员：王乃玉 鄢尚 林陪晖
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/6