2月18日,國網經濟技術研究院有限公司設計中心的科研人員利用電網環境基礎數據綜合分析系統查看從西藏、青海、陜西等地的39個冰、風觀測站點回傳的實時氣象監測數據,分析氣溫、濕度、風速等氣象要素的變化趨勢,為當地輸變電工程設計、建設和運維提供參考。
覆冰厚度、基本風速是影響電網工程設計的氣象參數,關系電網工程的安全穩定性。按照相關規劃,藏電外送、“沙戈荒”大型風電光伏基地送出工程的規劃走廊途經西藏東南部、四川西部等高原地區,庫布齊沙漠、烏蘭布和沙漠、騰格里沙漠等沙漠、戈壁、荒漠地區。高原地區覆冰空間分布復雜,沙漠、戈壁、荒漠等地區強風頻發,同時人煙稀少,針對這些地區的輸變電工程建設運行經驗較少。
“在西藏,覆冰缺陷時有發生,但氣象部門對覆冰觀測資料較少。在內蒙古、新疆南部及青海海西蒙古族藏族自治州等地區,氣象部門的氣象站分布較為稀疏,其大風觀測結果的代表性不強,也未進行覆冰觀測。”國網經研院設計中心送電電氣處處長魯俊介紹,“這使得藏電外送、‘沙戈荒’大型風電光伏基地送出工程設計所需邊界條件不足,給輸變電工程設計造成極大困難。”
2022年11月開始,根據國家電網有限公司相關部門安排,國網經研院組織開展重點工程覆冰、強風等基礎氣象數據觀測站點規劃、建設和數據匯集等相關工作。
藏電外送、“沙戈荒”大型風電光伏基地送出工程涉及的電力氣象資料缺乏區域有百萬平方千米,高差有三四千米。如何優化觀測站點布局,盡可能做到覆蓋面廣、觀測數據代表性強,是國網經研院一開始就面臨的問題。
在觀測站點選擇過程中,國網經研院綜合考慮電力氣象資料缺乏區域內所有相關輸電通道的規劃路徑、氣候及地形特點,和省級電力公司密切合作。對于藏電外送工程,該院選取分別位于典型高原濕潤氣候區、半濕潤氣候區、半干旱氣候區的波密、左貢、八宿布設3個觀冰站;以代表性與分布均勻性為原則,考慮站點聯動,在藏電外送輸電通道以及交流配套工程典型微地形區域、典型中重冰區以及典型覆冰隱患易發區布設18個觀冰點。這些觀冰站點在海拔3000~5000米之間。為了充分掌握不同海拔下的覆冰規律,在海拔4000~5000米范圍內,海拔每高100米,就設有1個觀冰點。
對于“沙戈荒”大型風電光伏基地送出工程,國網經研院選取典型中重冰區以及電力氣象資料缺乏區,在騰格里沙漠、柴達木盆地及青海海南藏族自治州、新疆南部的若羌縣等區域布設10個測風點、7個觀冰點。同時,為彌補重慶山地區域長期規律性觀冰數據空白,該院還選用了重慶武隆帶電觀冰實驗基地的觀冰點數據。
截至2023年12月31日,國網西藏、青海、陜西、甘肅、山西、新疆、重慶電力7家省級電力公司按計劃完成所有冰、風觀測站點的建設工作,并啟動各站點的氣象數據觀測和匯集工作。
在推進冰、風觀測站點布局建設的同時,國網經研院科研人員在重點工程設計氣象資料調研中發現,現有氣象觀測站點主要用于已投運線路的運維,并未按照設計專業關注的歷史數據統計規律以及數據的區域拓展性進行相關數據分析。對于電力工程設計、建設專業而言,原有氣象數據的代表性不強。
為了進一步發揮電網現有氣象觀測站點的作用,最大限度發揮冰、風觀測數據的應用價值,2023年12月,國網經研院構建了電網環境基礎數據綜合分析系統,對觀測得到的關鍵氣象數據開展深度分析。
電網環境基礎數據綜合分析系統匯集以往電力工程冰、風觀測站點和各地已投入使用的可用氣象站點觀測數據,實現觀測站點數據的統一接入、存儲管理,形成匯聚、整合、共享、應用、展示、評價“六位一體”的數據應用體系。同時,該系統開展氣象數據應用場景反演,利用人工智能算法深入分析,提高了氣象數據的集成度和適用性,得到可應用于電網工程規劃、設計、建設、運行各階段的關鍵氣象參數,并為電力氣象資料缺乏地區的電網冰區、風區分布圖修正提供參考。
以覆冰數據為例,電網環境基礎數據綜合分析系統集成了區域電網覆冰數據,可利用深度學習算法分析數據,結合三維地形推算新建線路在不同地形和不同重現期下的設計覆冰厚度取值,為工程設計提供參考。
目前,經過電網環境基礎數據綜合分析系統的分析方法處理后的冰、風觀測站點數據已用于±800千伏金上—湖北特高壓直流工程和1000千伏川渝特高壓交流工程設計,尤其是針對川西高原長282千米的超高海拔覆冰資料缺乏區段、川西南山地和鄂西南山地長660千米的覆冰嚴重區段的設計,降低了輸電線路安全風險,提升了線路建設的經濟合理性。