1.一种高海拔山区风电场集电线路雷电感应过电压的估算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,设定风电场的集电线路信息;
对需要进行感应过电压计算的风电场集电线路信息进行采样,得到以下风电场集电线路信息:雷电流峰值i,雷电回击通道高度h,风机塔筒垂直高度h,集电线路导线对地平均垂直高度ha;
步骤2,计算雷击风机的回击电流i(z′,t);
在计算雷击风机的回击电流时,作如下基本假设:
1)雷电回击通道垂直于大地,由无穷多个垂直取向的电流元连接组成;
2)雷击风机的回击电流以速度v沿雷电回击通道向上传播;
在雷电回击通道内,任取一个垂直高度并记为垂直高度z′,计算垂直高度z′处的回击电流i(z′,t),其中,t为时间;
当z′≥h,垂直高度z′处的回击电流i(z′,t)表达式如下:
当0≤z′<h时,垂直高度z′处的回击电流i(z′,t)表达式如下:
式中:
t为雷电流发展时间,m为电流陡度因子,λ为电流衰减常数,q是雷电流在高塔两端的反射次数,c为光速,v是回击电流的传播速度,ρtop为顶部电流反射系数,ρbot为底部电流反射系数;
u为海维赛德函数,当
η为峰值修正系数,
步骤3,建立考虑大地损耗的雷电回击电磁场计算模型;
步骤3.1,在理想导体大地情况下使用麦克斯韦方程组计算回击电流产生的空间电磁场,包括:轴向磁场
式中:r为空间电磁场的径向坐标,z为空间磁场中任意被观测点的垂直高度并记为高度z,ε0为真空介电常数;r为电流偶极子到空间被观测点的直线距离,
步骤3.2,建立考虑大地损耗的水平电场erg(r,z,jω)的频域计算修正方程如下:
式中:er(r,z,jω)为高度z处电场水平分量的傅里叶变换形式,
步骤4,建立雷电回击电磁场激励下的电磁场与传输线的耦合计算模型;
步骤4.1,考虑大地以及线路损耗时,建立雷电回击电磁激励下的传输线agrawal模型,其表达式如下:
式中:us(x,t)为风电场集电线路导线的雷电感应电压散射电压分量,s为感应电压散射电压分量的标记符号,x为自变量,i(x,t)为风电场集电线路导线的雷电感应电流,[l]为传输线单位长度电感矩阵,[c]为传输线单位长度电容矩阵,er(x,ha,t)为风电场集电线路导线所在高度处沿导线方向的雷电回击电场强度,ξg(t-τ)为瞬态大地阻抗矩阵,τ为时间的中间变量;
其中,μ0为真空磁导系数;ε0为真空介电常数;εrg为相对介电常数;erfc为误差函数,
步骤4.2,求解集电线路导线上感应电压向量u(x,t),其表达式如下:
步骤5,采用时域有限差分法进行集电线路导线的agrawal模型数值求解,得到风电场集电线路感应过电压值;
首先,计算传输线首端感应散射电压
式中:g为匹配电阻,δx为空间步长,δt为时间步长,n为表示时间步的整数,n=0,1,2…ndt,ndt为最大时间步整数,k为表示空间步的整数,k=0,1,2…ndx,ndx为最大空间步整数;
其次,将集电线上首端和末端以外的部分称为中段,将中段中的任意一处记为k,k=1,2…ndx-1,求k处的感应散射电压
式中:
最后,计算感应电流
式中:ξg为瞬态大地阻抗矩阵,