一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法及系统与流程

本发明涉及电气设备及电气工程，具体为一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法及系统。

背景技术：

1、配电网是电力系统的重要组成部分，作为电力系统中接近用户的一级，是电网企业连接用户的纽带，担负着直接向各电力用户输送电能的重要职责，在整个供电系统中起着至关重要的作用，其安全性对用户有着重大的影响。目前乡镇地区10kv配电网线路主要以架空线为主，由于雷击导致架空线路出现线路跳闸、设备故障损坏的情况会在雷雨季频繁发生，影响供电可靠性。运行数据表明，雷害是导致中压配电线路故障跳闸的最主要的自然因素。因此，对架空线路雷害风险、防雷措施进行研究，具有重要的工程价值。

2、当前，配电线路雷电防护设计与措施配置不科学、不规范、不经济，缺乏雷击风险评估方法，防雷措施综合性能不佳，防雷装置工程适用性差。配网线路雷害形式与主网存在着巨大的差异，主网使用的基于杆塔直击雷跳闸率计算的雷害风险评估技术应用于配网线路的雷害风险评估时适用性较差，现阶段配电线路尚无统一的雷电风险评估方法和分级原则，无法有效评估工程雷电防护薄弱环节，并有针对性地实施差异化设计和防治，标准化的防雷策略往往造成“欠防护”或者“过防护”。

3、因此，在前期完成配电线路雷害风险评估和雷击事故置信度计算基础上，有必要进行防雷改造试点应用的选点，并基于配网逐基杆塔雷击跳闸结果，并依据区域雷害和防雷技术特征，智能化给出差异化的防雷改造建议。最后对区域配电线路跳闸次数、防雷措施动作次数以及设备损坏次数进行统计对比分析，对防雷改造方案和新型设备防护效果进行后评估。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：通过开展配网线路雷击风险评估工作，按照差异化防雷思想对配网线路薄弱环节实施防雷改造，以达到用较低成本有效降低配网线路雷击跳闸和断线率的目的，解决当前生产实际问题。

3、通过研究配网线路的gis地形地貌、雷电活动密度，并通过对配网线路历史跳闸数据的统计和分析，对该线路的雷电活动情况进行科学的分析和计算，设计出最合理的防雷措施。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法，其包括如下步骤，

5、利用arcgis地理信息处理软件提取配电线路杆塔所处地形地貌，识别处于特殊地形地貌高雷害风险的杆塔；基于历史运维数据，标记历史雷击故障杆塔；基于雷电定位系统统计的配电线路走廊历史落雷数据，根据圆域统计法计算分析每个杆塔处的地闪密度；基于atp-emtp电磁暂态仿真分析线路耐雷水平，进一步求取线路雷击跳闸率，根据分级规则统计高风险杆塔号；通过多因素雷害风险综合评估模型，输出待防雷改造的杆塔。

6、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：通过比较提取出的杆塔地形地貌与易雷击故障的典型地形地貌，筛选出基于地形地貌的高雷害风险杆塔号；

7、所述易雷击故障的典型地形地貌包括水面和水陆交界地区以及潮湿地带、土壤电阻率小地带、土壤中电阻率不连续地带、地势高和旷野地带以及高耸建筑物。

8、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：所述基于历史运维数据，标记历史雷击故障杆塔是通过历史雷击故障杆塔周边区域500m范围内识别为雷电易击区，在线路雷击故障频发区段标记历史雷击故障杆塔，基于雷电定位系统统计的配电线路走廊历史落雷数据，根据圆域统计法计算分析每个杆塔处的地闪密度，表达式为：

9、

10、其中，ng为杆塔处地闪密度值，m为统计周期，r为圆形统计区域半径，pi是第i年统计区域内的落雷频次；

11、根据不同杆塔地闪密度统计计算结果，划分不同等级。

12、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：所述基于atp-emtp电磁暂态仿真分析线路耐雷水平包括反击雷耐雷水平以及绕击雷耐雷水平；

13、所述反击雷耐雷水平是将雷电流源接入线路杆塔顶端，输入雷电流幅值，绘制杆塔与导线的电压曲线，判断绝缘子是否发生闪络，若发生闪络情况，则减小雷电流幅值继续分析，若未发生闪络则增大雷电流幅值，利用二分法进行迭代，直到求出绝缘子闪络时的最小雷电流幅值，

14、进一步计算反击雷跳闸率，表达式为：

15、

16、

17、其中，i1为绝缘子闪络时的最小雷电流幅值，η为建弧率，n1为雷击杆塔次数，n1为反击雷闪络率，nl为雷击线路总次数，h为塔高，ng为地闪密度，为雷电流超过耐雷水平i1的概率。

18、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：所述绕击雷耐雷水平是将雷电流接入某一相导线，通过改变雷击电流幅值大小进行仿真，绘制导线与杆塔之间的电压曲线，判断绝缘子是否闪络，求出使绝缘子闪络的临界电流；

19、进一步求取绕击雷跳闸率，表达式为：

20、

21、其中，n2为绕击雷跳闸率，n2为雷击导线次数，为雷电流超过耐雷水平i2的概率，i2为绝缘子闪络的临界电流。

22、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：采用击距法计算感应雷跳闸率，将雷电流幅值均匀分割为若干个区间，计算出各个区间雷电流幅值分布概率、最大击距以及最小击距，表达式为：

23、pi＝p(im∈[i,i+1])＝p(im≥li)-p(im≥ii+1)

24、

25、

26、rgl＝kgrsi

27、kg＝0.36+0.17ln(43-h)

28、其中，rgi为雷电对大地的击距，rsi为雷电对导线击距，ymin为最小击距，pi为雷电流幅值落在[i,i+1]区间的概率,im为雷电流幅值，ii为i分段下对应的雷电流幅值；

29、当落雷点与线路距离小于最大击距时，雷电流幅值使绝缘子闪络，当落雷点与线路距离大于最大击距时，绝缘子不会闪络；

30、所述最大击距是改变感应雷模型中落雷点与线路的垂直距离，运行仿真，绘制导线和杆塔之间的电压曲线，判断绝缘子是否闪络，若闪络则增大距离，若未闪络则减小距离，直至求出绝缘子临界闪络的距离；

31、闪络率计算表达式为：

32、

33、n＝n1+n2+n3

34、其中，ng为地闪密度，n为每基杆塔的雷击闪络率应为直击雷闪络率和感应雷闪络率之和；

35、根据计算得到的雷击闪络率划分不同等级。

36、作为本发明所述的一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的一种优选方案，其中：所述多因素雷害风险综合评估模型包括地形地貌、历史雷击故障、地闪密度、线路档距以及雷击跳闸率；

37、所述输出待防雷改造的杆塔包括基于三维地理信息系统的线路走廊地理条件、大档距分析出的易遭雷击区段中的杆塔优先改造；基于雷电定位系统记录的雷电活动密集度、历年雷击跳闸记录分析出的易遭雷击段优先改造；基于耐雷水平和雷击跳闸率仿真计算分析出的易遭雷击区段优先改造。

38、本发明的另外一个目的是提供一种分布式电源无功响应系统，其能控制算法和网络通讯技术实现无功功率的动态调节和优化，，解决了现有技术中电网稳定性差、能效低下和分布式电源调节困难等问题。

39、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种分布式电源无功响应系统，包括：地理信息处理模块、历史数据分析模块、雷电定位与统计模块、电磁暂态仿真模块以及综合评估与决策支持模块。

40、所述地理信息处理模块是处理和分析配电线路沿途的地形地貌，识别特殊地形地貌中的高雷害风险杆塔，为雷害风险评估提供基础数据。

41、所述历史数据分析模块是分析历史运维数据，识别和标记遭受过雷击故障的杆塔。

42、所述雷电定位与统计模块是利用雷电定位系统收集的数据，进行历史落雷数据的统计分析，包括计算每个杆塔处的地闪密度。

43、所述电磁暂态仿真模块是使用atp-emtp进行电磁暂态仿真分析，评估线路的耐雷水平和计算雷击跳闸率。

44、所述综合评估与决策支持模块是构建一个多因素雷害风险综合评估模型，提出针对高风险杆塔的防雷改造建议。

45、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时实现如上所述一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的步骤。

46、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如上所述一种基于雷击跳闸率计算的配网雷害风险评估方法的步骤。

47、本发明的有益效果：本发明能够实时监测和响应电网的需求变化，自动调节分布式电源的无功输出，以提高整个电网的运行效率和可靠性。此外，该系统还能降低电能损耗，优化电网的运行状态，为分布式电源的智能管理和电网的现代化升级提供重要支持。