CN102590639A - 一种雷电事故预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统控制技术领域中的一种雷电事故预警方法。本发明首先读取雷电定位系统的测量数据和电力系统的网络参数，设定雷击影响距离和雷击安全距离，计算出当前雷击的影响范围；然后根据当前雷击的影响范围找出雷击影响范围内的线路集合，计算出雷击点到每条线路的最短距离；若雷击点到每条线路的最短距离小于雷击安全距离，则当前线路不安全；否则，当前线路安全；最后生成预想事故集合和雷击预警信息。本发明能够更加精确地判断雷电对电力系统潜在的威胁，生成预想事故集合供调度运行人员参考，可提高电力系统的安全性和可靠性。

Description

一种雷电事故预警方法

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种雷电事故预警方法。

背景技术

架空电线线路地处旷野，绵延数千里，很容易受到雷击的威胁。雷击是造成线路跳闸的主要原因，雷击线路形成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电站，还可能威胁变电站的重要设备，影响电力系统的安全稳定运行。根据过电压形成的物理过程，雷电过电压可以分为两种：直击类过电压和感应类过电压。直击类过电压是雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压；感应类过电压是在雷击线路附近大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害最大，感应雷过电压只对35千伏及以下的线路有威胁。目前的雷电定位系统能够及时监控并收集当前雷击信息，但是不能反映雷击对当前电网的影响。如何将雷电定位系统收集的信息进行深入分析，揭示当前雷击对于电力系统架空线路的影响和威胁，成为雷电事故研究的重点。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有雷电定位系统不能反映雷击对当前电网的影响等不足，本发明提出了一种雷电事故预警方法。

本发明的技术方案是，一种雷电事故预警方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：读取雷电定位系统的测量数据和电力系统的网络参数，设定雷击影响距离和雷击安全距离，计算出当前雷击的影响范围；

步骤2：根据当前雷击的影响范围找出雷击影响范围内的线路集合，计算出雷击点到每条线路的最短距离；

步骤3：若雷击点到每条线路的最短距离小于雷击安全距离，则当前线路不安全；否则，当前线路安全；

步骤4：通过步骤3生成预想事故集合和雷击预警信息。

所述雷电定位系统的测量数据为雷电流值和雷击点的经纬度信息。

所述电力系统的网络参数为电力系统中每根杆塔的经纬度信息。

所述雷击影响距离为500米。

所述雷击安全距离为65米。

所述雷击的影响范围的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i-\mathrm{\δ}\≤x_i\≤{\mathrm{\α}}_i+\mathrm{\δ}\\ {\mathrm{\β}}_i-\mathrm{\δ}\≤y_i\≤{\mathrm{\β}}_i+\mathrm{\δ}\end{array}\right.$

其中：

α_i为雷击点的经度；

β_i为雷击点的纬度；

x_i为雷击影响范围中各点经度；

y_i为雷击影响范围中各点纬度；

δ为雷击影响范围的偏差，量纲为°， $\mathrm{\δ}=\frac{d}{R}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{0.5}{6371}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\≈4.49661\×{10}^{-3},$

其中，d为雷击影响距离；R为地球半径。

所述步骤4具体为：

步骤4.1：对步骤S3得到的存在潜在跳闸危险的线路进行断线故障校核，即针对所有n_i条可能跳闸的线路，一共有

种可能的故障组合，对所有可能的故障进行断线校核；

步骤4.2：根据步骤4.1计算的校核结果，筛选可能导致系统故障的事故，生成预想事故集合和雷电预警信息。

本发明提出的基于雷电定位系统的雷电事故预警方法能通过对雷击点到线路最小距离的计算，能够更加精确地判断雷电对电力系统潜在的威胁，生成预想事故集合供调度运行人员参考，可提高电力系统的安全性和可靠性，具有重大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为雷击点和杆塔的相对位置图；

图2a为雷击点到线路最短距离为雷击点与线路始端的距离；图2b为雷击点到线路最短距离为雷击点到线路的垂直距离；图2c为雷击点到线路最短距离为雷击点到线路终端的距离。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种可简单精确地分析雷电定位系统数据，从而提高电力系统运行的安全性和稳定性的用于生成雷电预警信息的方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种雷电事故预警方法，该方法包括步骤：

S1.读入雷电定位系统数据和电力系统的网络参数，设定雷击影响距离和雷击安全距离，并计算当前雷击的影响范围；

S2.根据步骤S1计算的雷击影响范围，找出雷击影响范围内的线路集合，并逐段计算雷击点至线路的最短距离；

S3.比较步骤S1设定的雷击安全距离以及步骤S2计算得到的雷击点至线路的最短距离，若雷击点至线路的最短距离小于设定的雷击安全距离，则判定该段线路可能出现安全事故，若不小于，则判定该段线路安全可靠；

S4.对步骤S3比较得到的所有可能出现故障的线路区域生成预想事故集合，并生成雷击预警信息。

其中，步骤S1中，所述雷电定位系统数据包括雷击雷电流的大小和雷击点的经纬度信息，所述电力系统网络参数包括电力系统中每根杆塔的经纬度信息。

其中，设定所述雷击影响距离d＝500米，雷击安全距离d₀＝65米。

其中，步骤S2进一步包括步骤：

S2.1根据步骤S1计算的当前雷击影响范围，找出雷击范围内的线路集合，记录雷击影响范围内所有杆塔的经纬度信息；

S2.2根据步骤S1读取的雷击点经纬度信息和步骤S2.1得到的累积影响范围内杆塔的经纬度信息，判断雷击点与杆塔的相对位置；

S2.3逐段计算雷击点至线路的最短距离。

其中，步骤S4.进一步包括步骤：

S4.1对步骤S3得到的存在潜在跳闸危险的线路进行断线故障校核；

S4.2根据步骤S4.1计算的校核结果，筛选可能导致系统故障的事故，生成预想事故集合和雷电预警信息。

其中，步骤S4后还包括步骤：

S5.输出步骤S4的雷电预警信息。

本发明将故障自动检测与状态估计理论中故障集合的思想引入电力系统，通过对雷击点到线路最小距离的计算，生成预想事故集合，能够对雷击事故进行有效预警，同时能够更加精确地判断雷击对电力系统的影响。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的基于雷电定位系统的雷电事故预警方法，包括步骤：

S1.读入雷电定位系统数据和电力系统的网络参数，设定雷击影响距离和雷击安全距离，并计算当前雷击的影响范围，即自采样起始时间开始，发生第i次雷击现象，由雷电定位系统得到该次雷击的雷电流I_i和雷击点的经纬度(α_i，β_i)。记地球半径为R＝6371千米，根据设定的雷击影响距离d＝500＝0.5千米，计算雷击影响范围中各点经纬度(x_i，y_i)的取值范围，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i-\mathrm{\δ}\≤x_i\≤{\mathrm{\α}}_i+\mathrm{\δ}\\ {\mathrm{\β}}_i-\mathrm{\δ}\≤y_i\≤{\mathrm{\β}}_i+\mathrm{\δ}\end{array}\right.$

其中：

α_i为雷击点的经度；

β_i为雷击点的纬度；

δ表示雷击影响范围的偏差，量纲为°，计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{d}{R}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{0.5}{6371}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\≈4.49661\×{10}^{-3}$

S2.根据步骤S1计算的雷击影响范围，找出处于第i次雷击影响范围内的线路集合，并逐段计算雷击点至线路的最短距离

j为处于雷击影响范围内线路的编号，j＝1，2，…n_i，n_i表示集合中线路的总条数；

雷击点与线路的相对位置关系有三种，分别如图2所示：

其中，O_i表示第i次雷击点，

表示第j条线路的始端杆塔位置，

表示第j条线路的终端杆塔位置。

S3.比较步骤S1设定的雷击安全距离d₀以及步骤S2计算得到的雷击点至线路的最短距离若雷击点至线路的最短距离小于设定的雷击安全距离，则判定第j段线路可能出现安全事故，若不小于，则判定第j段线路安全可靠；

S4.对步骤S3比较得到的所有可能出现故障的线路区域生成预想事故集合，并生成雷击预警信息；

S5.输出步骤S4的雷电预警信息。

步骤S2进一步包括：

S2.1根据步骤S1计算的当前雷击影响范围，找出雷击范围内的线路集合，记录雷击影响范围内每段线路始端杆塔的经纬度

和终端杆塔

的经纬度

i和j的含义与上面的描述一致；

S2.2根据步骤S1读取的雷击点经纬度信息和步骤S2.1得到的累积影响范围内杆塔的经纬度信息，判断雷击点与线路的相对位置。本发明利用向量的内积来判断，即对于图(a)表示的雷击点到线路始端情形，有：

$\left\{\begin{array}{c}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)>0\\ ({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)>0\end{array}\right.$

对于图(b)表示的雷击点到线路的直线距离的情形，有：

$\left\{\begin{array}{c}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)\≤0\\ ({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)>0\end{array}\right.$

对于图(c)表示的雷击点到线路终端的情形，有：

$\left\{\begin{array}{c}({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)>0\\ ({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i)+({\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)({\mathrm{\β}}_i-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)\≤0\end{array}\right.$

S2.3逐段计算雷击点至线路的最短距离

对于图(b)表示的情形，由于500千伏线路相邻杆塔间的平均距离为400米，雷击影响范围为500米，均远小于地球半径，因此可以将其当成平面来计算，即求点O_i到直线

的距离，写出

O_i三点的直角坐标。

$A_j^i$ 点： $(x_a,y_a,z_a)=(R\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i,R\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i,R\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i)$

$B_j^i$ 点： $(x_b,y_b,z_b)=(R\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i,R\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i,R\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i)$

O_i点：(x_o，y_o，z_o)＝(RcoSβ_icosα_i，Rcosβ_isinα_i，Rsinβ_i)

记X、Y、Z分别如下：

$X=\left|\begin{array}{cc}{y}_o-y_a& z_o-z_a\\ x_b-x_a& y_b-y_a\end{array}\right|=(y_o-y_a)(y_b-y_a)-(x_b-x_a)(z_o-z_a)$

$Y=\left|\begin{array}{cc}{z}_o-z_a& x_o-x_a\\ y_b-y_a& z_b-z_a\end{array}\right|=(z_o-z_a)(z_b-z_a)-(y_b-y_a)(x_o-x_a)$

$Z=\left|\begin{array}{cc}{x}_o-x_a& y_o-y_a\\ z_b-z_a& x_b-x_a\end{array}\right|=(x_o-x_a)(y_b-y_a)-(z_b-z_a)(y_o-y_a)$

则雷击点到线路的直线距离如图(b)所示：

$S_{\mathrm{jB}}^i=\frac{\sqrt{X^2+Y^2+Z^2}}{\sqrt{{(x_a-x_b)}^2+{(y_a-y_b)}^2+{(z_a-z_b)}^2}}$

雷击点到线路始端的距离如图(a)所示：

$S_{\mathrm{jA}}^i=R\arccos (\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i\cos {\mathrm{\β}}_i\cos ({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jA}}^i-{\mathrm{\α}}_i)+\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jA}}^i\sin {\mathrm{\β}}_i)$

雷击点到线路终端的距离如图(c)所示：

$S_{\mathrm{jC}}^i=R\arccos (\cos {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i\cos {\mathrm{\β}}_i\cos ({\mathrm{\α}}_{\mathrm{jB}}^i-{\mathrm{\α}}_i)+\sin {\mathrm{\β}}_{\mathrm{jB}}^i\sin {\mathrm{\β}}_i)$

步骤S4.进一步包括：

S4.1对步骤S3得到的存在潜在跳闸危险的线路进行断线故障校核，即针对所有n_i条可能跳闸的线路，一共有

-1种可能的故障组合，对所有可能的故障进行断线校核；

S4.2根据步骤S4.1计算的校核结果，筛选可能导致系统故障的事故，生成预想事故集合和雷电预警信息。

本发明提出的基于雷电定位系统的雷电事故预警方法可以实用于我国各省级电力系统和地区电力系统的调度自动化系统之中，能够提高系统的安全性和可靠性，具有重大的经济和社会效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种雷电事故预警方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：读取雷电定位系统的测量数据和电力系统的网络参数，设定雷击影响距离和雷击安全距离，计算出当前雷击的影响范围；

步骤2：根据当前雷击的影响范围找出雷击影响范围内的线路集合，计算出雷击点到每条线路的最短距离；

步骤3：若雷击点到每条线路的最短距离小于雷击安全距离，则当前线路不安全；否则，当前线路安全；

步骤4：通过步骤3生成预想事故集合和雷击预警信息。

2.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述雷电定位系统的测量数据为雷电流值和雷击点的经纬度信息。

3.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述电力系统的网络参数为电力系统中每根杆塔的经纬度信息。

4.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述雷击影响距离为500米。

5.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述雷击安全距离为65米。

6.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述雷击的影响范围的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i-\mathrm{\δ}\≤x_i\≤{\mathrm{\α}}_i+\mathrm{\δ}\\ {\mathrm{\β}}_i-\mathrm{\δ}\≤y_i\≤{\mathrm{\β}}_i+\mathrm{\δ}\end{array}\right.$

其中：

α_i为雷击点的经度；

β_i为雷击点的纬度；

x_i为雷击影响范围中各点经度；

y_i为雷击影响范围中各点纬度；

δ为雷击影响范围的偏差，量纲为°， $\mathrm{\δ}=\frac{d}{R}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}=\frac{0.5}{6371}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\≈4.49661\×{10}^{-3},$

其中，d为雷击影响距离；R为地球半径。

7.根据权利要求1所述的一种雷电事故预警方法，其特征是所述步骤4具体为：

步骤4.1：对步骤S3得到的存在潜在跳闸危险的线路进行断线故障校核，即针对所有n_i条可能跳闸的线路，一共有种可能的故障组合，对所有可能的故障进行断线校核；

步骤4.2：根据步骤4.1计算的校核结果，筛选可能导致系统故障的事故，生成预想事故集合和雷电预警信息。

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