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1、2016.07电网雷电预警技术研究及预警系统开发1一一 项目背景和意义项目背景和意义二二 项目目标及历程项目目标及历程三三 项目技术研究项目技术研究目录目录目录目录四四 项目建设应用项目建设应用五五 项目成果项目成果2一、背景一、背景一、背景一、背景雷电是造成输电线路跳闸主要因素，影响着输变电设备的安全运行。作为“西电东送”、“云电外送”的主体支撑者，云南电网的安全稳定运行对南方电网至关重要，这也对云南电网雷电监测与防护能力提出了更高的要求。与传统的雷电防护技术相比，雷电预警是实现电网雷害主动性防御必要技术，可实现在雷雨到来前，依据预警信息提前制定调度及应急预案，合理配置输电线路、变电站与发电
2、厂的工作状态，保障电网安全和减少因停电给用户带来的经济损失。3一、现状一、现状一、现状一、现状- - - -目前雷电预警发展情况（国内外）目前雷电预警发展情况（国内外）目前雷电预警发展情况（国内外）目前雷电预警发展情况（国内外）国内外研究人员采用各种资料，对来电临近预报方法进行了研究，主要手段：探空、雷达、卫星、闪电定位、大气电场以及数值模式产品等显然，每种资料用于雷电预警都有其优势和不足，比如：闪电定位资料的实时性很好，但预警提前时间有限，并且，地闪地位资料通常比较离散，可造成外推得到的可能发生闪电的区域的空间分辨率较粗；地面电场资料的实时性很好，但其单站的预警区域范围有限，对与移近的雷暴能
3、够提前预警的时间也有限；雷达资料的时空分辨率都比较好，但只有在降水粒子形成之后才会有较强的回波，提前预警时间同样有限；卫星资料的空间尺度很大，可达上钱km，但目前能够得到的卫星资料的时空分辨率较粗，在雷电临近预报中的作用还有限；4二、云南雷电形成的机理二、云南雷电形成的机理二、云南雷电形成的机理二、云南雷电形成的机理- - - -放在技术内容放在技术内容放在技术内容放在技术内容云南地处低纬度高原，地理位置特殊，地形地貌复杂。主要受南孟加拉高压气流影响形成的高原季风气候，全省大部分地区冬暖夏凉，四季如春的气候特征。全省气候类型丰富多样，有北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、南温带、中温带和高原
4、气候区共个气候类型。复杂的地形地貌造就了云南雷暴不均匀分布。(雷电形成机理-具体)南地处低纬度高原，地理位置特殊，地形地貌复杂。主要受南孟加拉高压气流影响形成的高原季风气候，全省大部分地区冬暖夏凉，四季如春的气候特征。全省气候类型丰富多样，有北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、南温带、中温带和高原气候区共个气候类型。复杂的地形地貌造就了云南雷暴不均匀分布。(雷电形成机理-具体)5雷电形成机理雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的
5、云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。6一一 项目背景和意义项目背景和意义二二 项目目标及历程项目目标及历程三三 项目技术研究项目技术研究目录目录目录目录四四 项目建设应用项目建设应用五五 项目成果项目成果7二、项目目标二、项目目标二、项目目标二、项目目标- - - -目标间的逻辑目标间的逻辑目标间的逻辑目标间的
6、逻辑1（1）对历史雷达和闪电资料进行分析，得出地闪发生时的雷达回波特征及相关指标；（2）建立云南电网雷电预警判别方程；（广州-进行数据说明）（3）建立雷电云运动轨迹预测模型；（4）建立统一平台的各类雷电因素数据整合接口；（5）建立云南电网不同等级线路的致灾临界值和预警方案；（资料-实际应用-通过方程结合临界值进行预警）（6）完成多平台的云南电网雷电监测预警系统的开发及运行调试，管理人员可通过该系统，实时掌握雷电活动情况，获得雷电预警信息，及时采取应对措施；（7）完成雷电监测预警系统展示平台的选点实施工作。研究目标8二、项目任务及指标（去掉）二、项目任务及指标（去掉）二、项目任务及指标（去掉）二
7、、项目任务及指标（去掉）2开展多源数据的雷电综合预警方法和雷电云运动轨迹预测模型的研究，建设云南电网雷电预警综合平台，研制出能实现雷电定位监测、卫星云图等数据接入和综合预警分析的电网雷电临近预警系统，实现10min以内的高精度临近预警，以及30min内的常规精度临近预警，并开展雷电预警综合平台的实施工作。 ；指标成果要求3（1）“电网雷电预警技术研究与云南电网雷电预警系统开发”成果报告和雷电临近预警综合平台；（2）核心期刊文章5-6篇（3）软件著作权1-3项，专利权3-5项（4）培养青年骨干4-6名9二、项目组织和历程（去掉）二、项目组织和历程（去掉）二、项目组织和历程（去掉）二、项目组织和历
8、程（去掉）第一阶段：第一阶段：20132013年年1212月月20142014年年2 2月，雷电个例资料收集和预处理，低纬月，雷电个例资料收集和预处理，低纬高原地区雷电发生、发展物理过程和机理研究。高原地区雷电发生、发展物理过程和机理研究。第二阶段：第二阶段：20142014年年3 36 6月，全省多普勒雷达三维组网技术优化，风暴识别、月，全省多普勒雷达三维组网技术优化，风暴识别、追踪和预报技术（追踪和预报技术（TITANTITAN）本地优化，确保稳定运行，）本地优化，确保稳定运行，6 6月，提供初步业务月，提供初步业务产品，开展云南电网的雷电预警。产品，开展云南电网的雷电预警。第三阶段：第三
9、阶段：20142014年年7 71212月；闪电的多普勒雷达识别指标检验评估和路径月；闪电的多普勒雷达识别指标检验评估和路径预报产品检验评估，开展运行试验，优化完善电网雷电预警模型，初步撰预报产品检验评估，开展运行试验，优化完善电网雷电预警模型，初步撰写技术文档材料。写技术文档材料。第四阶段：第四阶段：20152015年年1 1月月-12-12月，系统开发，建设雷电预警平台，将气象数据月，系统开发，建设雷电预警平台，将气象数据及气象数据引入平台；雷电探测数据统一接口方案制定与开发。及气象数据引入平台；雷电探测数据统一接口方案制定与开发。第五阶段：第五阶段：20162016年年5-125-12月
10、，移动终端雷电预警平台的研究与开发，大气电月，移动终端雷电预警平台的研究与开发，大气电场仪购买，系统接入。场仪购买，系统接入。10一一 项目背景和意义项目背景和意义二二 项目目标及历程项目目标及历程三三 项目技术研究项目技术研究目录目录目录目录四四 项目建设应用项目建设应用五五 项目成果项目成果11二、项目建设思路二、项目建设思路二、项目建设思路二、项目建设思路- - - -研究点间的关联（研究的目的）研究点间的关联（研究的目的）研究点间的关联（研究的目的）研究点间的关联（研究的目的）12二、电网预警技术研究二、电网预警技术研究二、电网预警技术研究二、电网预警技术研究- - - -技术路线（研
11、究的一个部分）技术路线（研究的一个部分）技术路线（研究的一个部分）技术路线（研究的一个部分）13三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究n雷暴识别指标研究u雷达资料：云南省C波段多普勒天气雷达观测资料（连续）u地闪资料：云南闪电定位网观测资料（连续）u探空资料：云南省5个探空站的探空资料（08时，20时）14n雷暴识别指标研究（1）30dBZ的雷达回波强度发展到-10等温线高度是雷暴云首次地闪发生最好的预警指标。（2）VIL与地闪频数相关性较差，特别是从两者叠加来看，最大垂直液态水含量不能预警地闪的发生区域。（3）无论从时间和空间演变来看，地闪频数与大于
12、30dBZ雷达回波面积的变化具有一定的相关性，其中-10等高平面上大于30dBZ的回波面积变化和地闪频数演变存在线性相关。4）单单体雷暴发展迅速，生消过程较短；多单体雷暴存在多个对流单体的生消以及相互作用，导致多单体雷暴持续时间长和地闪活动剧烈；超级单体易产生强烈和持久的强对流雷暴天气和雷电活动；飑线是线性排列的多单体雷暴，对流雷暴单体更具有组织性，雷暴天气更加强烈，往往产生较长的雷电活动和雷击灾害。（5）强盛的上升气流利于雷暴内荷电的产生，地闪频数与-10、-20层结高度上的回波强度及强回波高度和回波顶高等雷达回波因子具有较好相关性，监测雷达回波特征指标的演变可以较好地预测中尺度对流系统地闪
13、的发生和频数变化。三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究15n雷暴云团移动路径外推技术研究雷暴云团的移动是平流和传播共同作用了结果，通过引入TITAN和TREC矢量场（二维径向风场）算法，在强风暴的识别、追踪路径预报和雷暴云团移动在传播方面的信息等提供有力的技术支撑，提高了最终的雷电的预报精准度。三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究16n雷暴云团外推预报效果检验评估三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究为评估本项目中雷暴云团路径预报方法的准确性，项目组对2015年5-
14、9月所有天气雷达回波（约26万个文件,5460G数据量）进行了实况和外推15和30分钟预报的对照评估，并采用天气预报效果检验的TS评分方法进行评价17n多普勒天气雷达三维组网技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究在本项目中，为了对云南全省范围内的强对流天气进行有效的监测、追踪和预警，并在此基础上研究开发相应的雷电预警产品，需要使用已建成的昆明、昭通、文山、普洱、丽江、大理、德宏等已投入业务运行多普勒天气雷达和正在建设的临沧、曲靖多普勒天气雷达采集的实时立体扫描资料进行三维组网拼图，并使用三维拼图数据作为输入数据，进行雷电区域识别及路径追踪的计算
15、。18n多普勒天气雷达三维组网技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究在监测图1为系统位于滇中北部时切线系统完整的轮廓，并可以清晰的看出切变线系统不同位置对流的发展情况，为制作精细化预警和应急处置提供了重要信息，规避了长期以来短期天气预报按天气系统预报，无法区分系统不同部位的发展强弱的差异，图2为系统南移至滇南减弱消散时的特征，通过三维组网拼图技术，有效了优化了监控责任区。图1图219n雷电综合预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究针对云南特定的地理特点，单一的预警方式容易存在覆盖范围不足及预
16、警不够准确的情况，通过雷电定位监测结合气象多普勒雷达、大气电场仪综合预警的方式，可以提高雷电预警的及时性、准确性和范围性。20 利用电场时间序列的地闪发生前电场频繁调动特征来探测雷云电场，避免基于大气电场阀值报警误报较多的问题，然后在结合雷电定位系统的信息最终确认雷电预警等级，进行雷电预测n雷电综合预警技术研究生成雷电预警结果21n雷电综合预警临界值预警方式预警方式预警等级预警等级预警临界值预警临界值实现功能实现功能雷电预警红预测时间段内25km范围有20个雷电省、市地区型雷电活动预警橙预测时间段内25km范围有10个雷电黄预测时间段内25km范围有5个雷电或预警传感站报警22n电网雷电预警方
17、式实现研究通过格点化数据，将预警数据与电网数据进行关联，进而对电网相关设备开展雷电预警预报服务。三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究23Software Division YEPRI24 通过选取某时刻的雷电预警数据与雷电定位数据；选取区域对雷电预警数据与雷电定位数据进行网格划分，获得雷电预警与雷电定位数据中雷电流幅值矩阵与雷电次数矩阵；通过R语言计算雷电预警与雷电定位两套数据间关于雷电流幅值、雷电次数矩阵的相关系数，并基于相关系数对同一地区的下一时刻预警数据进行修正，修正后的雷电预警数据与雷电定位数据更加接近，实现通过雷电定位数据提升雷电预警数据准
18、确度的目的。三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究三、电网预警技术研究n雷电数据对比研究及算法修正研究24四、研究成果四、研究成果四、研究成果四、研究成果n实现雷电定位监测、多普勒雷达卫星云图等数据接入和综合预警分析的，建设了电网雷电临近预警系统，实现10min以内的高精度临近预警，以及30min内的常规精度临近预警，开展雷电预警综合平台的应用。25一一 项目背景和意义项目背景和意义二二 项目目标及历程项目目标及历程三三 项目技术研究项目技术研究目录目录目录目录四四 项目建设应用项目建设应用五五 项目成果项目成果26四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统
19、开发四、电网预警系统开发- - - -系统定位系统定位系统定位系统定位27四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -软硬件架构软硬件架构软硬件架构软硬件架构2829四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -系统架构系统架构系统架构系统架构29雷电预警雷电定位大气电场仪 多普勒雷达预警数据、雷电监测系统定位数据、大气电场仪监测三种数据在地图显示效果。四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -雷电预警、定位、大气电场仪30服务端通过.NET技术
20、，承载各类监测数据与预警数据的展现，并将数据提供给PC机和移动终端，为各类用户提供直观、准确的数据服务。现有各平台的雷电数据存在数据复用性差，各类数据格式无法统一，无法集中查询某一历史区间的所有数据。因此，开展整合数据接口的研究与建设，能够对进行各类数据源的数据进行整合，并提供规范的数据接口供其它平台调用，同时提供高效率的数据检索与统计分析服务。四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -接口技术研究及服务端软件的开发接口技术研究及服务端软件的开发接口技术研究及服务端软件的开发接口技术研究及服务端软件的开发31 针对电网系统的输电线路，提出一种
21、基于历史雷电定位和电网跳闸数据关联性研究的评估方法。通过研究历史雷电定位数据，我们可以得出该地区历史雷电预测的准确度。 在雷电预警发布时，我们可以结合历史跳闸数据以及历史雷电预测准确度，计算出雷电发生时该地区的跳闸率，从而实现对雷电预警数据的评估。 四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -跳闸分析跳闸分析跳闸分析跳闸分析321、按时间间隔对雷电网格点数量及场强值统计；2、按强度对雷电网格点数量统计。四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -辅助指标辅助指标辅助指标辅助指标33四、电网预警系
22、统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -平台应用平台应用平台应用平台应用34为云南电网以及其他用户提供雷电预警为云南电网用户提供电网设备预警支持多普勒雷达、大气电场仪雷电监测预警可以跟踪用户位置，提供用户位置及关注点预警四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发四、电网预警系统开发- - - -移动应用移动应用移动应用移动应用35一一 项目背景和意义项目背景和意义二二 项目目标及历程项目目标及历程三三 项目技术研究项目技术研究目录目录目录目录四四 项目建设应用项目建设应用五五 项目成果项目成果36四、研究成果四、研究成果四、研究成果四、研究成果n电网雷电预警技术研究与云南电网雷电预警系统开发成果报告；n电网雷电临近预警综合系统；n核心期刊文章5篇；n软件著作权2项；n专利权3项。37五、创新点五、创新点五、创新点五、创新点n建立了基于多普勒雷达及雷电定位系统多元数据挖掘的高海拔低纬度雷电运动轨迹模型；n形成了一套基于线路走廊矩形局域分划的雷击自适应神经网络预测方法；n提出了基于GIS平台的输电线路不同提前量的雷电活动可视化预警方案；n开发了基于服务端和移动端结合的雷电综合监测与预警系统。3839
