基于實時氣象信息的電網災害預警分析

田　兵，李　冬，鄧　昊，于海濤，顏　康

（國網山東省電力公司，濟南　250001）

基于實時氣象信息的電網災害預警分析

田兵，李冬，鄧昊，于海濤，顏康

（國網山東省電力公司，濟南250001）

氣象信息作為電網系統中的獨立部分，沒有與電網GIS結合。當氣象災害發生時，由于未能及時有效地預警，無法提前預知氣象災害對電網設備的影響，只能在氣象災害發生后采取對應措施，影響了電網的可靠供電。在電網GIS中對電網資源和氣象數據進行格網化表達，能夠直觀展示電網資源受氣象變化影響后的空間分布及山東省內不同區域的分布規律，還能夠在時間上形成以格網為基礎的數據系列，便于實時分析氣象數據對電網設備的影響。

電網GIS平臺；實時氣象；災害預警；格網化；關聯分析

0　引言

電網設施監測預警水平的高低直接影響電網的安全、穩定、優質和經濟運行。在發生氣象災害的緊急情況下，及時準確獲取當前受災電網設施實時氣象信息及氣象預警信息，可以充分發揮應急力量，控制事態發展，保護電網設備和人員安全，并減少損失。在GIS平臺中，由于空間多元數據量大而雜，劃分格網的單元數據量大，速度慢，格網質量難以保證，嚴重影響GIS平臺運行效率。而且怎樣從海量數據中尋找有用數據對GIS平臺來說是一個重要的課題。

為了彌補現有技術缺陷，提出一種基于GIS平臺氣象影響范圍分析災害預警分析方法，根據GIS平臺中格網數量生成格網矩陣，通過對矩陣內多元數據元素和氣象變化數據的分析，綜合計算、精確剖析氣象變化對各電網設備（桿塔、變電站、電纜等）造成的影響，使電網運維部門能夠直接查看故障電網設備。

1　基于實時氣象信息的電網災害預警分析方法

1.1數據接入和數據集成規范

由于氣象數據與電網資源數據的數據接入方式、數據格式及存儲使用規范不同，需要一整套完善的氣象數據接入及數據集成規范。包括：氣象信息獲取，即通過建立專門氣象數據通道，第一時間獲取氣象部門實時監測信息、預警信息及各種災害預報信息；建立氣象數據接入及集成規范，即根據數據類型及電網對氣象數據需求制定專門的氣象數據接入及集成規范，實現不同網絡間的氣象數據交互。

1.2可靠的氣象數據存儲及分析機制

建立基于電網GIS的氣象數據服務器，按照信息安全規定，實現實時監測數據、預報數據、預警數據、專題服務數據存儲；根據不同的數據類型、全省電網設施分布及氣象監測站分布進行氣象數據預處理，提高前臺數據展示效率。

1.3基于電網GIS的氣象數據展現

1）建立電網GIS氣象數據庫，針對不同的氣象數據格式（格點數據、XML格式數據、TXT格式數據和二進制格式）分別建立數據表；創建電網GIS氣象數據庫索引；建立數據庫過濾標準規范；創建不同氣象數據格式的數據字段，即建立與每種數據格式對應的數據庫字段。

2）分別對不同格式的氣象數據進行處理，處理內容包括：將風速數據轉化為風力等級，將角度轉化為風向，生成風標圖片；將溫度數據轉化為溫度范圍，將氣象編碼轉化為天氣預報圖片；將天氣預報圖片、風標圖片以及溫度范圍3個要素合成一張圖片；對原始數據和處理后的數據分別存儲至電網GIS氣象數據庫；對TXT文本格式的地質災害或森林火險基礎數據進行掃描分析，提取預警級別、類型、發布時間、預警發布單位、有效時限信息進行分類存儲。將處理完成的內容轉換成電網GIS能夠存儲并直接展示的數據格式，并存儲至電網GIS氣象數據庫。

標準氣象數據接口包括氣象數據接收端數據接口（用于實時接收氣象數據并存儲），氣象數據訪問接口（用于向電網GIS提供氣象數據），對外接口（電網GIS對外提供統一的氣象服務接口）。

3）對電網GIS氣象數據庫內不同格式的數據分別進行解析，并將解析的數據存儲至前臺服務器。

4）對于解析出的數據，利用灰度增強方法對可調用的氣象數據的最大范圍進行擴展，增強展示效果。

1.4電網設施精確定位及關聯分析

根據氣象局提供的氣象監測站坐標信息對電力設備的地理坐標進行坐標校準，再通過16進制轉換坐標，再進一步轉換坐標系將氣象監測站坐標信息定位到電網GIS地圖中；直接由電網GIS平臺導出設備圖層至電網GIS地圖中，將經過轉換后的1600多個監測站坐標定位到電網GIS地圖，建立單獨的氣象圖層。具體步驟為：

1）根據實際的查詢需求，在電網GIS平臺上選取設備圖層范圍。

2）查詢設備圖層范圍內氣象監測站實時監測的氣象數據。

3）將有氣象數據的圖層與電網GIS平臺的設備圖層進行疊加。

4）根據氣象圖層和電網設備圖層疊加結果分析設備空間分布情況及監測站氣象要素，確定當前設備的氣象信息，實現氣象信息與電力設備關聯。還可以圓周范圍動態關聯，根據不同時間實際情況，可以人工調整關聯范圍，關聯氣象要素及電力設備對象，如根據冬季凍雨易發時增大關聯范圍，綜合分析大監站與區域站 （大監站為24 h值守大型氣象監測站，監測要素齊全，準確性高；區域站為無人值守自動監測站，監測要素少，準確性相對較低），詳細了解電力設備周圍氣象情況，如圖1所示。

圖1　電網設施精確定位

1.5電網資源格網化氣象影響范圍分析

圖2　影響范圍分析

把地理區域劃分為多塊網格，并根據GIS平臺中網格數量生成網格矩陣；實時獲取氣象信息；在GIS平臺前端容器進行監聽；并按照氣象信息對電網設施影響要素等功能展示的要求進行顯示調用圖層算法編制與部署，根據接收氣象數據的邏輯處理動態調用到圖層；把地理區域劃分為多塊網格，并根據GIS平臺中網格數量生成網格矩陣；實時獲取氣象信息；在GIS平臺前端容器進行監聽；按照氣象信息對電網設施影響要素等功能展示的要求進行顯示，如圖2所示。

2　實現功能

2.1實時氣象監測功能

將覆蓋山東省1 600多個氣象監測站的實時氣象數據在電網GIS平臺上與變電站、線路、桿塔等矢量數據疊加結合，可實時掌握變電站及輸電走廊附近的溫度、風向、風速、相對濕度、降水強度、地面氣壓、能見度等氣象監測信息，為電網提供直觀的氣象實時數據。在系統上點擊相應電網設施在顯示實時數據的同時，提供以上要素過去24 h演變曲線，研究了解氣象演變對電網運行的影響規律。

2.2災害性天氣預警功能

實現對省、市、縣3級預警信號及14類災害性天氣預警信息在國網GIS系統上的實時展示，同時與此范圍內的電力設施相關聯，生成受影響的設備列表。另一方面，根據山東地域氣候特點和電網實際分布，結合衛星云圖、雷達圖等精準專業預報預警和實時數據分析，可生成山東電網雷電、強降雨、大風、大霧、臺風、高溫等氣象專題圖。利用電網GIS平臺中移動GIS支撐和三維GIS應用，拓展相關氣象信息數據的短信推送、手機發布、基于GIS的移動應用和三維應用等功能，如圖3所示。

圖3　氣象災害預警及處置分析

2.3電網故障預警功能

將氣象監測預警數據與電網設備抗災害等級信息結合，分析災害情況下可能發生故障的設備，生成故障設備文件，發送至調度智能分析模塊。

2.4調度智能分析功能

結合氣象預警數據進行詳細的電網故障分析計算，計算結果包括電網事故總體狀態、失電區域線路、變電站和用戶、按失電區域提供調度恢復供電參考方案，并將計算結果傳送到應急系統，為應急系統的狀態查看、應急啟動、方案生成提供參考信息。

2.5預警狀態分析功能

應急系統獲取調度智能分析模塊的計算結果，查看預警事故可能造成的停電區域線路和用戶情況及調度智能分析模塊提供的參考方案。

3　應用及意義

3.1實際應用

2014-05-12防災減災綜合監測預警系統上線試運行，氣象監測、氣象預警、電網氣象、輔助決策、信息報送、應急處置等主要功能開始推廣試用。

2014-05-27煙臺強對流天氣災害及2014-05-29威海山火應急處置期間，結合災害地點實時氣象、電網分布，實時監控災害發展態勢，為應急處置提供了最直接有效的技術支持。

2015年“4.17”煙臺龍口山火監測預警、“6.10”強對流災害天氣、第9號臺風“燦鴻”等應急處置期間，憑借實時、有效的監測預警數據，在著火點控制、臺風預警等方面發揮了巨大作用，體現了很強的實效性。

3.2現實意義

通過GIS應用提升電網精益化管理水平。電網GIS平臺采用開放的架構、通用的技術，整合了基礎地理數據和電網資源數據，基于實時氣象的電網災害預警分析對提升GIS系統功能、深化GIS應用具有深遠意義，提升了電網的精益化管理水平。

提升了電網防災減災能力。氣象部門精細化氣象數據，集成電網GIS平臺地圖資源數據與電網資源數據，將監測預警氣象信息數據在應急處置、電網運行、供電服務預警等方面進行深化應用，提高了電網對災害的防范、抵抗能力。

提高了突發事件中響應速度和調度準確性。基于實時氣象的電網災害預警分析為各級調度監視電網運行狀況，出現問題要迅速開展先期處置，確保主網穩定、供電平穩；為各單位組織搶修 隊伍，提前進駐電網易發事故地點附近的安全區域，充分發揮應急救援基干分隊作用，確保以最快速度展開電網搶修。提高供電企業內部各部門、各單位間協調聯動，形成合力，提高應急指揮及決策效率，全面做好應急裝備和物資提供。

4　結語

加強基于實時氣象的電網災害預警分析研究，提升電網系統基于氣象因素的防災減災能力，對增強應急指揮決策管理水平具有重要意義。因此，未來應重點完善電網—氣象聯動機制，深化基于電網GIS的氣象應用水平，最大限度地使電網資源運行少受氣象災害的侵擾，提升電網防災減災水平。

［1］國家電網公司，國網浙江省電力公司，國網浙江省電力公司紹興供電公司，等.基于GIS的電網防臺救災輔助決策支持系統：中國，201310747527.6［P］.2013-12-31.

［2］張鐵英.基于GIS的多源氣象數據合成與分析［J］.黑龍江科技信息，2013（4）：35.

［3］程耿東，蔡文學.基于分災模式的結構防災減災設計概念初探［J］.自然災害學報，1996（1）：22-27.

［4］羅文芳.提高應對氣象災害應急服務能力的探討與思考［J］.防災科技學院學報，2008（2）：11-15.

［5］唐田.關于電網防災減災問題的研究與探討［J］.云南電力技術，2012（6）：14-20.

Grid Disaster Warning Based on Real-time Weather Information

TIAN Bing，LI Dong，DENG Hao，YU Haitao，YAN Kang
（State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

As an independent part of the grid system，meteorological information does not combine with grid GIS.When meteorological disasters occur，because of the failure to alert in a timely and effective manner，the meteorological disaster impact on power grid equipment cannot be predicted.Corresponding measures are taken only after disasters which seriously affects reliable power supply.The gridding of grid resources and meteorological data in the grid GIS can directly display the spatial distribution of grid resources after climate change，and the distribution law of different areas in Shandong province.Data series based on the lattice network are formed in terms of time，which are convenient for the real-time influence analysis of meteorological data for grid equipment.

grid GIS platform；real-time weather；disaster warning；gridding；correlation analysis

TM7；P45

A

1007-9904（2015）11-0040-03

2015-06-07

田兵（1965），男，高級工程師，從事信息通信管理工作；

李冬（1971），男，高級工程師，從事信息管理工作；

鄧昊（1982），男，工程師，從事信息化咨詢工作；

于海濤（1980），男，工程師，從事信息化咨詢工作；

顏康（1982），男，工程師，從事信息化咨詢工作。