三、电网预警技术研究
雷暴云团外推预报效果检验评估
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5-9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
预报时长 样本数
TS 评分
命中率
漏报率
二、项目任务及指标（去掉）
2 指标
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。 ；
空报率
15 分钟 26 万
33.91%
48.86%
51.52%ຫໍສະໝຸດ 51.14%30 分钟 26 万
19.06%
32.02%
68.64%
67.98%
三、电网预警技术研究
多普勒天气雷达三维组网技术研究 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。
（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的发生和频数变 化。
三、电网预警技术研究
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。
图1
图2
三、电网预警技术研究
雷电综合预警技术研究 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。
雷电综合预警技术研究 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
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７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)
电网雷电预警技术研究及预警系统开发
云南电网有限责任公司电力 科学研究院
2016.07
目录
一 项目背景和意义 二 项目目标及历程 三 项目技术研究 四 项目建设应用 五 项目成果
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。
24
Software Division @ YEPRI
四、研究成果
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。
目录
一 项目背景和意义 二 项目目标及历程 三 项目技术研究 四 项目建设应用 五 项目成果
一、现状-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；
雷击预测初步 模型
雷电预测模型
雷电预测精确 模型
三、电网预警技术研究
雷暴识别指标研究
雷达资料：云南省C波段多普勒天气雷达观测资料（连续） 地闪资料：云南闪电定位网观测资料（连续） 探空资料：云南省5个探空站的探空资料 （08时，20时）
三、电网预警技术研究
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。
3 成果要求
（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
二、项目组织和历程（去掉）
第一阶段：2013年12月－2014年2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。 第二阶段：2014年3－6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（TITAN）本地优化，确保稳定运行，6月，提供初步业务 产品，开展云南电网的雷电预警。 第三阶段：2014年7－12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 写技术文档材料。 第四阶段：2015年1月-12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。 第五阶段：2016年5-12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。
三、电网预警技术研究
多普勒天气雷达三维组网技术研究
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。
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。
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。
四、电网预警系统开发-系统定位
多普勒雷达数据 雷电定位数据
大气电场仪数据 空间数据
输电线路杆塔台账
雷电预警系统
电网设备预警
高级分析应用
电力内网用户
各类雷电数据接 口
移动应用
电力内网用户 大众用户
四、电网预警系统开发-软硬件架构
气象台数据提供FTP服务器
大气电仪监测终端
数据整合、WEB及GIS服务器
二、云南雷电形成的机理-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 温带和高原气候区共７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)
工况系统数据库（大气电场仪数据） 数据接口
雷电监测系统数据库（雷电定位数据） 电力内网
客户端
客户端
客户端
四、电网预警系统开发-系统架构
29
四、电网预警系统开发-雷电预警、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。
雷电预警
雷电定位
大气电场仪
四、电网预警系统开发-接口技术研究及服务端软件的开发
格点化处理
雷雷电电数数据据
格点化处理
雷雷电电预预警警系系统统
当前电网设备雷电预警 未来15分钟电网设备雷电预警 未来30分钟电网设备雷电预警
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
雷电数据对比研究及算法修正研究
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确度的目的。