一种电网动态式雷电监测差异化预警方法及系统与流程

本发明涉及雷电监测预警，具体为一种电网动态式雷电监测差异化预警方法及系统。

背景技术：

1、雷电是发生在大气中的声、光、电物理现象。雷电最大的特点是闪电电流大，作用时间短，瞬时功率强，闪电发生时瞬时强大电流平均可达30ka，因此往往引起灾难性的破坏，闪电电流产生的高电压可能使电力及通信等电气设备损坏；闪电的静电感应效应使架空金属导线产生感应过电压，形成避雷针不能防护的感应雷，感应雷沿着架空线、电源线和电话线等潜入室内，危及电力通信设备、电视、电话和联网的计算机。

2、从电力部门统计的雷击事故的资料分析来看，雷击是造成电力系统电网设备故障的主要原因。雷电已被国际电工委员会称为“电子时代的一大公害”，成为“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。自然环境因素引起的跳闸约占总跳闸的70％，绝大多数电网事故源自自然灾害。其中包括雷电雷击跳闸引起的跳闸以及风偏引起的跳闸，因此亟需研究雷电预警技术，降低输电线路跳闸问题，进一步保证电网的安全稳定运行。

3、在上述背景中，现有技术存在一些明显的不足。虽然雷电是自然现象的一种，但是它对电力设备的破坏力是巨大的。现有的雷电保护和预警系统主要依赖于传统的避雷针系统和地线系统，但这些系统只能提供有限的保护，并不能完全防止雷电对电力设备的破坏。首先，传统的避雷针和地线系统主要设计用于保护电力设备免受直接雷击的影响，但却不能防止感应雷的影响。感应雷是由雷电对附近的导线或设备产生的静电感应效应引起的，这种感应效应会在导线或设备上产生高电压，从而对电力设备造成损害。这种损害往往难以预测和防止。其次，现有的雷电监测系统主要是静态的，无法适应电力网络的动态变化。例如，电力设施的分布、电力系统的运行状态、天气条件等都可能随时间和地点的变化而变化，但是现有的雷电监测系统往往无法适应这些变化，从而影响了雷电预警的效果和效率。因此，开展电网动态式雷电监测差异化预警算法研究是提升我省电网防雷减灾能力，为电力系统的预防、维护、派工、维修等多项业务提供决策支持，对有效减少电网雷击事故危害具有重大意义。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：现有的云服务平台计算方法存在不能防止感应雷的影响，无法适应电力网络的动态变化，效率低，以及如何建立一套适用于电网各不同设施设备的雷电监测和预警算法的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电网动态式雷电监测差异化预警方法，包括针对电力设施分布区域，基于新建大气电场监测点、雷电流监测点以及接地电阻在线监测点，结合地理环境和地形地貌，进行动态式雷电监测；基于卫星、雷达遥感和动态式雷电监测资料，构建基于物理模型的动态式雷电监测差异化预警算法并进行算法自适应改进；基于卫星和雷达拼图资料、大气电场仪、雷电定位仪以及动态式雷电监测，进行雷暴监测预警，建立电网保护区域的地理信息数据库、雷暴云观测数据库以及雷电差异化预警方法；基于雷电差异化预警方法，输出电网预报产品，提供雷电差异化预警预报服务。

5、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述动态式雷电监测包括基于全方位、全天候监测电力设施密集区雷电活动和重点电力设备防雷装置状态，获取雷电监测数据和防雷装置实时信息，雷电流监测点对发生在电力设施密集区直击雷的雷电流大小、时间以及次数进行记录；所述防雷装置包括接闪器、引下线以及接地体，接闪器引来雷电并发生放电，将雷电流经过引下线以及接地体传向地面，雷电流监测仪通过获取引下线表面的雷电流，对雷电流进行统计计算，通过有线传输的方式传输至防雷监测客户端进行监测。

6、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述构建基于物理模型的动态式雷电监测差异化预警算法包括使用径向和方位上的最近邻居法和垂直线性内插法，把球坐标系下的雷达资料内插到笛卡尔坐标系下，形成3-d网格资料；在雷达球坐标系中，一网格点的位置为(r,a,e)，r为斜距，a为方位角，e为仰角，e位于上下相邻仰角e2和e1之间，(r,a,e2)和(r,a,e1)分别是经过网格点的垂线与上下仰角波束轴线的交点，网格点的分析值fa(r,a,e)用分析值fa(r,a,e2)和fa(r,a,e1)进行垂直线性内插，表示为：

7、fa(r,a,e)＝(we1fa(r,a,e1)+we2fa(r,a,e2))/(we1+we2)

8、其中we1、we2分别是对fa(r,a,e1)和fa(r,a,e2)内插权重，表示为：

9、we1＝(e2-e)/(e2-e1)

10、we2＝(e-e1)/(e2-e1)

11、fa(r,a,e2)和fa(r,a,e1)分别等于最靠近点(r,a,e2)和(r,a,e1)的雷达距离库的观测值；在径向和方位上的最近邻居法中ri-1、ri、ri+1为相邻径向距离库，aj-1、aj、aj+1为相邻方位角，波束的半功率线和半距离库所围成的梯形区是距离库ri的影响区，在径向、方位方向上落在梯形区的点(r,a)的分析值fa(r,a)采取距离库ri的观测值fo(ri,aj)来赋值，表示为：

12、fa(r,a)＝f0(ri,aj)

13、把雷达的格点反射率场拼接形成3-d拼图网格，在拼图网格中的每个网格单元i的反射率值表示为：

14、

15、其中fm(i)是网格单元i的合成反射率值，是在网格单元i处的第n个雷达的分析值，wn是给分析值的权重，nrad是在网格单元i处有分析值的总的雷达个数。

16、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述雷暴监测预警包括对卫星资料的应用，利用交叉相关计算云团的移动矢量，用cressman客观分析法进行连续订正移动矢量，利用后向轨迹法对未来云团的移动进行预测，取两张不同时次的tbb产品，分析时将t1时刻的数据分成大小相同的二维像素阵列，计算最大相关系数的阵列对；阵列对中t1时刻初始阵列的中心为云团移动矢量的起点，t2时刻与初始阵列具有最大相关的阵列中心为云团移动矢量的终点；对t1时刻的所有初始阵列都求出移动矢量，将得到的矢量场除以时间间隔δt，计算trec速度矢量场；云团的空间分布在t1到t2时段内不变，trec速度矢量场为回波在t1到t2时段内平均运动速度场的估测。

17、相关系数表示为：

18、

19、其中，x1和x2为两个时次中的二维像素阵列，n是阵列内的像素数，基于卫星资料在雷电临近预警中的应用，预警指标包括双tbb阈值：t1和t2，t1>t2采用aitea对tbb≤t1的区域进行识别、跟踪以及预测；tbb递减率阈值t为采用aitea对tbb≤ti的区域进行识别、跟踪以及预测，对每个区域中的最小tbb的变化率进行计算。

20、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述雷暴监测预警还包括在雷电预警系统中，基于区域识别、跟踪和外推算法获取雷电定位资料，对已经发生雷电的区域进行识别、跟踪以及外推；当只有一个雷电高密度集中区时，采用监测资料对雷电高密度集中区进行跟踪和预测雷电的位置；当有两个及以上雷电高密度集中区时，采用组合优化匹配雷电高密度集中区来预测雷电的位置，相邻时刻高密度区的匹配遵循预设前提。

21、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述雷暴监测预警还包括大气电场资料的应用，采用电场瞬间变化量和电场平均变化趋势进行雷电临近预警，采用双参数线性指数平滑方法对电场平均值进行预测，基于预测值计算雷暴云的远近，结合由电场瞬间变化计算的闪电发生数据，计算发生闪电的概率。

22、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警方法的一种优选方案，其中：所述雷电差异化预警预报服务包括建立适用于电网设施设备的雷电监测和预警算法，建设电力防雷在线监测平台，进行雷电预警信息与雷电定位网数据效验，接入雷达拼图。

23、本发明的另外一个目的是提供一种电网动态式雷电监测差异化预警系统，其能通过采用差异化预警方法研究雷电预警预报技术，解决了目前的雷电监测系统无法适应电力网络的动态变化的问题。

24、作为本发明所述的电网动态式雷电监测差异化预警系统的一种优选方案，其中：包括雷电监测模块、算法构建模块、雷暴预警模块、预报服务模块；所述雷电监测模块用于基于全方位、全天候监测电力设施密集区雷电活动和重点电力设备防雷装置状态，雷电流监测点对发生在电力设施密集区直击雷的雷电流大小、时间以及次数进行记录；所述算法构建模块用于基于卫星、雷达遥感和动态式雷电监测资料，构建基于物理模型的动态式雷电监测差异化预警算法并进行算法自适应改进；所述雷暴预警模块用于建立电网保护区域的地理信息数据库、雷暴云观测数据库以及雷电差异化预警方法；所述预报服务模块用于基于雷电差异化预警方法，输出电网预报产品，建设电力防雷在线监测平台，进行雷电预警信息与雷电定位网数据效验，接入雷达拼图。

25、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现电网动态式雷电监测差异化预警方法的步骤。

26、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现电网动态式雷电监测差异化预警方法的步骤。

27、本发明的有益效果：本发明提供的电网动态式雷电监测差异化预警方法通过基于新建大气电场监测点、雷电流监测点以及接地电阻在线监测点，结合地理环境和地形地貌，进行动态式雷电监测，有效防止雷电对电力设备的破坏以及感应雷的影响；通过构建基于物理模型的动态式雷电监测差异化预警算法并进行算法自适应改进，开展了具有数理基础的雷暴监测预警，提供更加有效的技术支持；通过进行雷暴监测预警，建立电网保护区域的地理信息数据库、雷暴云观测数据库以及雷电差异化预警方法更好地适应了电力网络的动态变化；通过基于雷电差异化预警方法，输出电网预报产品，提供雷电差异化预警预报服务，提升了雷电预警的效果和效率；本发明在设备保护、合理性和效率方面都取得更加良好的效果。