趙彥陽，惠小東，金鑫

（南方電網數字電網研究院有限公司，廣東廣州 510670）

電力行業(yè)在我國發(fā)展中作為對氣象存在高敏感性及信息需求性的行業(yè)之一，氣象變化會很大程度影響電網事業(yè)的生產、建設、運營。隨著近年來各類因素所致，大霧、臺風、高低溫、強對流等惡劣天氣狀況頻發(fā)，給電網系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來極大挑戰(zhàn)，對電網穩(wěn)定運行、降低氣象災害帶來的影響也提出了更高技術要求[1-3]。隨著電網運行、氣象災害預警領域研究的逐漸深入，通過大量探索也獲得了一定成果，但仍然存在技術局限，表現在僅僅以來源單一的氣象數據作為依據，無法保證獲取互補氣象數據[4-5]，自然不能對氣象天氣的詳細衍變實時準確預測。再加上在電網系統(tǒng)運行特定氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計上也比較欠缺，所以目前僅僅可以做到初步預報電網運行氣象災害，無法全面保障電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[6]。

1 系統(tǒng)建設目標

基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計，需要在電網系統(tǒng)中能夠關聯顯示實時災害天氣及氣象預報信息，所以系統(tǒng)設計目標如下：

1）與自動氣象站、天氣數值預報、多普勒雷達等氣象數據源成功接入，能夠準確監(jiān)測氣象災害，并對氣象變化過程詳細展示[7]；

2）搭建電網監(jiān)測預警系統(tǒng)，結合氣象精細化數據，包括災害天氣、地理、電網矢量數據，對氣象災害的具體影響范圍進行直觀判斷[8]；

3）可以滿足電網系統(tǒng)運行中的提前、精準、抗災、減災等氣象風險預警；

4）可以為省電力、城市供電、檢修分公司提供詳細的氣象數據，服務于電網運行災害監(jiān)測、預警。

2 系統(tǒng)總架構

文中設計基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，主要包括了四大系統(tǒng)功能組成（見圖1），分別為基礎層、平臺層、數據層和應用層。在設計該系統(tǒng)時需要運用光纖連接跨越的氣象部門、電力內網系統(tǒng)，實現氣象精細化數據的采集、解析、發(fā)布[9]。在各企業(yè)內網的氣象數據傳輸均由MIS 網實現，并運用HTTP/TCP 協(xié)議傳輸氣象數據。

圖1 電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)架構

基礎層主要包含數據傳輸設備、數據庫服務器、算例服務器、智能終端等。

平臺層包含各類在線監(jiān)測平臺、電網管理平臺、氣象局公共服務中心、GIS 和調度運行平臺。

數據層主要包含數據采集、大數據計算和存儲等數據處理服務。

應用層包含細分模塊，進行終端預警顯示。

3 關鍵數據庫建立

該系統(tǒng)的數據庫如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)數據庫

3.1 基礎地理信息數據庫

專業(yè)GIS 具備基礎地理信息數據，想要實現GIS空間分析就要建立基礎地理信息數據庫。該數據庫要包含以下內容：不同比例尺行政圖、地形圖、地質文本等，以及省、市、縣、鎮(zhèn)、交通線、海岸、水系、地形等高線、建筑物、主要機構、學校、醫(yī)院等信息。

3.2 地質數據庫

由于氣象異常產生地質災害情況，會不可避免地破壞輸配電網內相關基礎設施，因此地質數據庫在電網氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計中不可缺少。該數據庫源于遙感影像、物探、化探獲得的電網運行所覆蓋的主要地形地貌、地質單元、地質巖層、泥石流、凍土、水庫、區(qū)域礦產、地面沉降等相關信息。

3.3 氣象數據庫

設計基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，氣象數據庫作為精細化監(jiān)測預警的基礎數據庫，氣象情況直接決定了電網是否所受氣象災害影響[10-12]。所以該系統(tǒng)氣象數據庫信息主要源于地面監(jiān)測、多普勒觀察、歷史數據、衛(wèi)星遙感所得的詳細數據。包括了地方降水強度、范圍、時間、持續(xù)時間、大氣溫、最低和最高溫、大氣壓、大氣密度、風力、雷電量級、活動范圍、分布定位、臺風影響范圍、年均降雨量等信息。

3.4 電網生產系統(tǒng)數據庫

電網生產系統(tǒng)數據庫在設計中的主要數據信息包括不同電力設備結構、材料類型、電網設施以及不同設備在電網運行差異條件中的限值與各參數值。

3.5 建立系統(tǒng)各數據庫無障礙溝通共享機制

在設計基于氣象精細化數據電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)中，需要由不同部門管理不同數據庫，因此需要構建各數據庫之間的溝通共享機制。尤其應當重視有密切業(yè)務聯系的合作部門，制定合作框架，設計數據庫開發(fā)標準接口，滿足無障礙溝通共享數據信息[13]。

4 系統(tǒng)功能實現

4.1 系統(tǒng)功能

在該次基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計中，主要系統(tǒng)功能包括以下三部分。

4.1.1 氣象數據采集

經過氣象自動觀測、雷達、預報和強對流、大霧與紅外等云圖發(fā)布的不同形式氣象原始數據全面采集，向數據解析模塊實現安全可靠傳輸。自動觀測站設計15 min 的數據采集周期，6 h 的格點預報數據采集周期，均為實時氣象數據，全省、單站的不同雷達采集數據周期為1 h，衛(wèi)星云圖數據采集的靜止衛(wèi)星原始數據周期為1 h。

4.1.2 氣象數據解析

以采集的差異化、不同采集周期下的氣象數據，成功解析原始數據為預設格式文件數據，并將所獲數據寫在系統(tǒng)數據庫服務器內。數據解析的預設文件格式如下：XML 格式（自動觀測、站點）；TXT（氣象預警）；二進制（全省雷達、衛(wèi)星云圖）；shp（單站雷達）[14-16]。

4.1.3 氣象災害監(jiān)測預警

氣象災害監(jiān)測預警能夠實時準確地展示氣象實況、相關預警數據，詳細分析氣象災害會影響的電網資源。分析氣象災害下包括氣象、臺風、內澇、雷電、山火、覆冰、地震和地質等自然災害預測的電網運行。最終通過GIS 系統(tǒng)采用單值圖、色斑圖、統(tǒng)計圖等不同形式，將監(jiān)測區(qū)域的氣象變化情況實時展示，從而為電網運行氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)模型提供詳細精準的數據來源。

4.2 系統(tǒng)實現

基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，運用了層次軟件結構，由上至下分別包括了氣象監(jiān)測數據解析、存儲、地理信息和氣象信息的發(fā)布、展示與應用層（見圖3）。

圖3 電網氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)軟件實現

考慮到系統(tǒng)在應用中的差異化需求，采用軟件結構為C/S、B/S 混合結構，將C/S 結構應用于系統(tǒng)客戶端維護，B/S 結構應用于普通端。經過GIS 平臺設計存放數據庫為Oracle，運用桌面程序處理文件完成數據解析，并開發(fā)語言Flex 技術，滿足系統(tǒng)的頻繁訪問氣象數據計算需求。

4.2.1 準確定位系統(tǒng)脆性部位

運用氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)定位氣象災害時，主要以各數據庫采集的詳細氣象數據資料為依據，獲取在以往氣象資料庫內的典型災害參數，向氣象災害預警系統(tǒng)中輸入數值后，提取電網生產系統(tǒng)數據庫的電網運行結構數據[17]。經該系統(tǒng)模型求解閾值通過數學模型仿真分析，可以計算獲得相應的區(qū)域電網運行脆性部位分布位置并成功定位，經GIS系統(tǒng)能夠對脆性部位所在位置由可視化輸出功能模塊展示。

4.2.2 災中災后災害應急決策

在氣象預警系統(tǒng)中，輸入電網系統(tǒng)在運行過程中已經發(fā)生和正在進行的氣象災害情況的相關特征參數，包括臺風風力、運行的路線和速度、變化規(guī)律、降水持續(xù)時長、降水量和降水強度等詳細數據[18]。可以運用GIS 模型庫的數據模型，以及氣象災害統(tǒng)計關系模型詳細分析氣象數據，通過GIS 展示獲取的不同比例尺地質分布情況、災害等級、強風強降雨、災害范圍等，快速準確定位了電網系統(tǒng)運行的氣象災害，有力保證了電網系統(tǒng)的災后快速恢復（見圖4）[19]。

圖4 精細化預警氣象災害流程

5 結束語

文中設計了一款基于氣象精細化數據的電網災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，能夠科學合理地安排電網安全穩(wěn)定運行，對氣象災害可以實時準確監(jiān)測、預警，對電網安全穩(wěn)定運行、保障社會發(fā)展意義重大。