内蒙古电网气象灾害预警信息发布系统开发与应用

赵建坤，赵建利，徐大鹏，燕宝峰，李 忠，隋剑利

（1.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020；2.内蒙古自治区高电压与绝缘技术企业重点实验室，呼和浩特 010020；3.内蒙古自治区气象服务中心，呼和浩特 010051）

0 引言

气象灾害严重影响电网的安全稳定运行，电力系统应当做好气象灾害的预警与应对工作[1-4]。气象灾害机理复杂、随机性强，突发气象灾害的危害性严重，建立健全气象灾害监测预警、应急处理、灾后恢复等综合系统，对提高电力系统防范和应对气象灾害的能力有非常大的帮助作用[5-11]。

本文依托国家灾害预警发布平台，建立面向电力系统的气象灾害预警信息发布系统。该系统接入了自动气象站、多普勒雷达、气象卫星、数值预报等多种形式的气象源数据，将灾害天气数据与基础地理信息数据、电网结构数据结合起来，实现对灾害性天气的精确监测和预报。系统依托大数据、GIS等技术，直观展示灾害天气的详细衍变过程，准确定位受灾害天气影响的电网设施，从而对电网设备进行预警，为电力运检人员及相关科研人员提供专业的电力气象监测预警和风险评估服务[12-14]。

1 气象灾害预警信息发布系统结构及流程设计

1.1 系统结构

电网气象灾害预警信息发布系统总体结构见图1，可分为气象数据采集、气象数据解析-综合-发布、客户应用3部分。

1.1.1 气象数据采集

采集常规地面气象台（站）监测数据、自动气象站实时数据以及多普勒雷达、气象卫星、数值天气预报等各种形式的气象数据，建立包括电网基础地理信息、电力专题地理信息以及各类气象实况观测数据等于一体的电力气象综合数据库，为电力气象服务提供数据支撑。

1.1.2 气象数据解析-综合-发布

将各种形式的气象数据文件分类解析形成预设格式数据，写入气象数据库和电网GIS数据库服务器，提供电网气象应用服务，以Web方式在电力内网中发布。

1.1.3 客户应用

采用面向服务的架构（Service⁃Oriented Archi⁃tecture，SOA）模式进行开发，实现电网基础地理信息、地面气象站观测资料、高空探测资料、雷达数据、卫星数据、电力气象观测数据以及各类基于地图的电力气象灾害预警信息专业化显示；电网气象信息按站点、时间、种类、地域（或选定区域）的多方位综合查询，为电网气象服务的开展提供丰富的基础地理信息和气象信息支持[15-16]。

1.2 流程设计

内蒙古电网气象灾害预警信息发布系统工作流程见图2，主要工作过程为：综合分析不同季节气象要素对电力设备影响程度及气象要素等级，自动生成涵盖温湿度、大风、降水（或强降水）、雾雪、雷害等各类天气要素的气象灾害预警信息，将其与电力设备运行实际相结合，生成具有特定格式和特定内容的电网气象灾害预警信息，制作专题预警信息发布页面，实现电网气象预警信息在线浏览。

图2 内蒙古电网气象灾害预警信息发布系统工作流程

同时，为了方便电网用户使用，增设了电网气象灾害预警信息的表格显示、时间序列显示、填图显示、预报和实况数据对比显示以及在线动画演示和决策分析功能。其中，决策分析是根据电力设备与气象要素的关联性，利用回归方程和未来气象要素做出基于电力设备等级的精准气象预报预警[17-18]。例如，达到寒潮、冰冻预警时，提醒做好电力设备的防寒保护措施和输电线路防覆冰工作；达到大风预警时，提醒注意防范输电铁塔倒塌和线路跳闸故障；达到高温预警时，提醒做好电力设备的红外测温工作；达到大雨预警时，提醒及时做好电力设备抢修和巡线工作，确保电网安全稳定运行。

2 系统应用

内蒙古电网气象灾害预警信息发布系统是针对内蒙古电网输变电设备的气象信息预报、预警，目前主要包括电网气象长期预报、中期预报、短期预报、黄河凌汛专题、防火专题以及气象预警信息等功能。

2.1 电网气象长期预报

电网气象长期预报主要为对未来1个月内电网覆盖区域的降水过程、降水强度、大风过程、冬季寒潮降温过程，以及夏季高温过程等系统性天气过程作出分析预测。功能实现过程如下。

（1）对大气环流形势场资料和短期气候预测系统数据进行演变趋势分析；

（2）结合专家经验指标库，采用高影响天气系统指标和灾害天气气象要素阈值进行分析判断，确定未来1个月内电网覆盖区域的降水和大风等恶劣天气影响范围及时间段；

（3）结合电网线路、地形地貌、灾害隐患点等电力信息，制作电网气象天气过程长期预报并发布。

2.2 电网气象中期预报

电网气象中期预报为对未来10 d内电网覆盖区域的降水、降温和大风等天气过程进行分析预测。功能实现过程如下。

（1）采用大气环流形势场资料对天气系统演变外推进行分析；

（2）与高影响天气指标、灾害天气气象要素阈值等结合，确定影响范围及时间段；

（3）结合电网线路、地形地貌、灾害隐患点等电力信息，制作未来10 d气象天气过程中期预报并发布。

2.3 电网气象短期预报

电网气象短期预报为对未来3 d内电网覆盖区域的风向、风速、最高温度、最低温度等逐日气象要素预报。功能实现过程如下。

（1）针对大气环流形势场数据和数值模式预报数据进行分析；

（2）与气象要素预报相结合，确定要素值、落点、影响范围及时间；

（3）结合电网线路、地形地貌、灾害隐患点等电力信息，制作未来3 d逐日电网气象短期预报并发布。

2.4 黄河凌汛专题

黄河凌汛专题主要包括电网覆盖区域的黄河凌汛气象监测信息、预报信息、黄河上游河段封河里程、内蒙古段封河及开河里程、内蒙古段沿线地区气温监测信息、未来5 d气温预测及开河里程预测信息。功能实现过程如下。

（1）对黄河沿线地区监测数据进行综合分析，制作监测专题图；

（2）采用气候统计分析方法，对未来5 d黄河流域气温和开河时间进行预测。

2.5 电网线路防火专题

电网线路防火专题内容包括电网覆盖区域的火情遥感监测和火场精细化天气预报。功能实现过程如下。

（1）采用高分辨率风云气象卫星开展遥感监测，并通过对热源点高温识别，制作火情遥感监测专题图；

（2）采用高分辨率数值模式精细化预报数据，分析判断火场未来3 d（24 h内每3 h预报1次，24~72 h内每12 h预报1次）天气情况（包括天气现象、最高温度、最低温度、降水量、风向风速），以图表形式进行展示。

2.6 气象预警信息

气象预警信息主要为气象灾害预警和高影响天气预警。其中，气象灾害预警包括暴雨、暴雪、寒潮、大风、沙尘暴、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻、大雾、道路结冰等，依据相关气象标准和规范进行制作和发布；高影响天气预警需要根据电网灾害隐患点或易受灾线路气象灾害临界阈值，结合数值模式精细化预报信息，生成相对应预警信息。

3 应用案例

目前，在冬、春季降雪期，春季大风期，主汛期，内蒙古电网气象灾害预警信息发布系统已为内蒙古电网提供了全方位的气象预报预警服务，累计准确发出大风、降水、雷害、道路覆冰等红色预警1087次，为电网安全稳定运行提供了强有力的技术支撑。

2018-07-19—23，内蒙古电网某500 kV线路244号杆塔段上游地区出现连续暴雨。7月19日，244号杆塔段上游地区日降水量突破历史极值，最大站点雨量为175.3 mm。受洪水冲刷，244号杆塔塔基受损。7月23日，244号杆塔段上游地区再次出现特大暴雨，最大降雨量为130.5 mm。为了预防244号杆塔发生倒塔事故，基于自动气象站逐时降水、雷达定量降水估计和卫星反演降水等多源资料，利用该系统生成多源降水融合预报产品，密切监视该地区强降水的变化情况，见图3。

图3 244号杆塔周边区域多源降水融合产品预报

4 结束语

本文基于GIS 1张图技术，通过接入气象台（站）实时监测数据、多普勒雷达、气象卫星、数值预报等多源气象数据，将基础地理信息、气象数据、电网设备结构等相结合进行关联分析，采用SOA架构模式，搭建了电网气象灾害预警信息发布系统，实现了内蒙古电网气象长期预报、中期预报、短期预报、黄河凌汛专题、防火专题以及气象预警信息等6类电网气象预警信息的自动发布。实际应用效果表明，该系统能够为电网安全运行提供专业、可靠的气象预警支撑。