0 引言

大风、雷暴、暴雨、山洪、高温、低温凝冻、湿雪等气象因素严重影响电网的安全稳定运行。2008年初，我国南方地区出现了罕见的大范围低温雨雪冰冻特大气象灾害，架空导地线覆冰严重，导致大范围倒塔、断线灾害，对供电可靠性造成了严重影响^[1-2]。内蒙古电网近年来因气象灾害造成的电网故障也较多。2015年冬季，大青山地区多条500 kV线路覆冰，导致地线支架变形、导地线间短路故障；2017年，河套地区因湿雪、快速积污引发输变电设备污闪事故；2018年，锡林郭勒盟地区因极端大风造成倒杆故障。随着全球气候的不断变化、异常气象灾害的增多以及电网规模的不断扩大，气象灾害对电网影响的频度和程度还会继续增加。因此，在规划设计阶段开展全面的气象环境评估，在运行过程中对气象灾害进行及时准确的监测预警，提前做好灾害应急预案，是保证电网可靠运行的有效途径。

近年来，随着气象监测和天气预报技术的发展，气象预测在空间和时间上更加精准和精细化，精细化气象预报已成为电力系统气象风险精细化管控的重要手段，气象灾害监测预警技术逐渐在电力行业得到应用^[3-6]。目前，安徽省电力部门利用气象预报流程及气象信息服务平台，建设了安徽省电力调度气象预报服务系统，开展了依托气象预报服务的用电负荷预测工作；国网江苏省电力科学研究院开发建设了电网气象灾害监测预警系统，接入了地面自动气象站等基础探测资料，实现了对台风、强对流、污秽、覆冰等灾害性天气的实时监测、预报^[7-8]。

本文以GIS系统、精细化气象预报、电网结构等数据为基础，基于“一张图”的理念，开发建设了内蒙古电网电力气象灾害监测预警系统。该系统将地理分析与数据分析功能相结合，实现了电网气象监测、气象预报、灾害预警以及电网专题图分析管理功能，能够提供科学的电力气象灾害影响评估，为电网安全稳定运行提供强有力的技术保障。

1 系统架构

内蒙古电力气象灾害监测预警系统基于SuperMap平台开发，采用SOA（面向服务的架构）技术，如图 1所示。该系统围绕标准规范体系和运行保障体系两部分开发，自下而上分别为ICT（信息与通信技术）软硬件基础设施层、数据层、服务支撑层和应用层，逐层实现电力气象灾害监测预警。

1.1 ICT软硬件基础设施层

ICT软硬件基础设施层分为内网和外网两部分，主要包括各种数据库和服务器，由此可以获得各类数据。

1.2 数据层

数据层包括基础地理信息数据、电力专题地理信息、气象专题数据、自有站点观测数据及物资和人员数据等。

1.3 服务支撑层

服务支撑层经过数据整合，提供地理信息服务、气象信息服务、检测预警服务、预报预测模型服务及产品分发、消息推送、安全认证服务。

1.4 应用层

架构最高层为应用层，实现气象灾害的监测、预报、预警，及时进行信息分发，为内蒙古电网规划设计、生产运维、日常管理、应急保障等提供统一的可视化图形数据支持，提高电网的精益化管理水平。

2 系统功能设计 2.1 系统数据支撑

内蒙古电力气象监测预警系统建设与应用过程中采用的数据主要包括基础地理信息数据、气象数据和电网数据3类，各类数据采用相同的地理、投影坐标系，依托大数据、GIS等技术，实现二三维一体化的一张图多源数据对接融合。

2.1.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据是系统提供服务保障的基础，是所有业务数据的空间载体及展示平台，主要包括以下数据。

（1）行政区划数据：包括自治区、盟（市）、旗县三级行政区域边界（面），并含分级图标标注。

（2）地理地形数据：由河流、湖泊、水库、山脉、道路、土地利用等高线等多个图层组成，为三维立体显示及直观展示电网线路环境展示提供支持。

（3）地图缓存切片数据：为了提高地图访问效率，可以将常用的地图做成缓存切片。切片地图包括矢量地图、影像地图、道路、文字标注等。

2.1.2 气象数据

气象数据主要包括内蒙古地区119个国家气象站及2248个区域气象站的温度、湿度、风速、风向、雨量、日照、能见度等实况数据，气象雷达监测数据，卫星云图监测数据以及雷电监测数据等，可实现精细化网格预报。各类气象数据来源为地面监测网监测数据、多普勒雷达观察数据、卫星遥感数据及历史记载数据等，气象数据可实时更新。

2.1.3 电网数据

电网数据主要包括火电站、水电站、新能源电站、110 kV及以上电压等级变电站、输电线路、杆塔等重要电力设施相关数据，污区图、雷区图、风区图等各类电力专题图及电网运行故障信息等。

2.2 系统功能构成

内蒙古电力气象灾害监测预警系统综合应用自动站实时监测、地面雷达监测、高空卫星云图监测等手段，将变电站、线路、杆塔等电力设施与气象数据叠加，将可能对电网安全运行造成影响的各类气象参数设置预警阈值，搭建预警模型，为电力气象灾害处置提供统一的气象监测、气象预报、电网灾害预警、信息报送等技术支撑平台，在GIS系统上形象显示，便于运行人员掌握相关气象情况和发展趋势，及时应对各类电网灾害。

系统功能主要包括电网气象监测、电网气象预报、电网灾害预警、电网专题图、后台管理5个模块。

2.2.1 电网气象监测

电网气象监测模块实现气象实况数据、气象雷达数据、卫星云图数据、雷电数据的实时接入，并按照气象数据常见的展示方式在地图上进行空间数据展示。电网气象监测模块接入数据的目录树如图 2所示。

2.2.2 电网气象预报

电网气象预报模块实现气象精细化格点（3 km×3 km）数值预报接入，并通过格点预报对杆塔资料的反演，使得每个杆塔均有相关气象预报信息，实现精细化杆塔预报。该模块可实现中短期预报产品、防火专题产品、黄河凌汛专题产品、道路覆冰产品的制作与发布。电网气象预报模块接入数据的目录树如图 3所示。

2.2.3 电网灾害预警

电网灾害预警模块可实现气象预警信号接入，在气象监测、预报数据基础上，通过开发覆冰、低温、风偏等电网灾害预警算法模型，实现电网灾害预警及信息靶向发布。目前，电网灾害预警模块实现的主要功能有对覆冰、山火、污闪、大风、强降水、高温、低温灾害预警等。

2.2.4 电网专题图

电网专题图模块实现内蒙古电网污区分布图、雷区分布图、涉鸟故障风险分布图、风区分布图、山洪沟流域分布图等各类电力专题图的接入展示，同时可基于气象数据绘制风区分布图，基于雷电监测数据绘制雷区分布图。

电网专题图模块同时接入历年输变电设备雷击、鸟害、风害、污闪等故障信息，实现了电力历年灾害空间展示，通过热力图直观展示历年灾害的分布情况；实现故障的统计分析，进行各类故障多发时间及范围的预警。目前，电网专题图模块实现的主要功能如图 4所示。

2.2.5 后台管理

后台管理模块实现功能模块扩展接入、用户注册及权限分配。

3 系统应用效果

（1）2018年，利用该系统对某500 kV线路跳闸故障进行气象灾害评估分析。通过分析跳闸故障发生前期、中期、后期的温度、降水、湿度、风速等气象要素的变化情况，总结类似气象条件下可能出现的电网灾害情况，优化了大风灾害预警模型，并提出了应对建议及防御措施。

（2）2018年“迎峰度夏-防洪防汛”期间，为某输电线路通道环境温度分析及研判提供相关气象数据，为保障该线路安全稳定运行提供辅助决策。

（3）2018年防洪保电期间，利用该系统为电网提供实时的气象保障服务，滚动分析制作未来3 h降水气象信息。

（4）2019年主汛期，为多起输电线路雷击跳闸故障点的快速排查、落雷电流大小判断及雷害故障定性分析，提供了雷电数据支撑。

（5）2019年春季大风期和主汛期，为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、雷害等红色预警数10次，各供电单位基于预警信息，提前安排巡视工作，准备抢修物资，为电网安全稳定运行提供技术支撑。

4 结束语

内蒙古电力气象灾害监测预警系统基于“一张图”的理念，通过对基础地理信息、气象数据、电网数据进行解析，从融合多源观测数据等基本问题入手，研究电网各类灾害预警模型，实现了气象监测、气象预报、灾害预警、专题图的展示。该系统的成功应用为科学地进行气象灾害影响评估奠定了技术基础，对于快速启动电力气象灾害应急响应和提高电网供电可靠性、提升电网防灾减灾能力具有重要意义。