[发明专利]一种基于反卷积的雷电基底电流反演方法

说明书

本发明提出一种基于反卷积的雷电基底电流反演方法，属于电工领域中雷电监测技术领域。该方法首先通过测量得到磁场测量点的磁场数据，然后根据磁场与雷电基底电流的关系计算得到雷电基底电流的反演系数向量，最后通过反卷积反演方法，反演得到雷电基底电流。本发明克服了雷电基底电流直接测量难以获得这一不足，适用范围广，有助于电力系统采用更有效的防雷防护措施。

技术领域

本发明属于电工领域中雷电监测技术领域，特别涉及一种基于反卷积的雷电基底电流反演方法。

背景技术

雷电是十大自然灾害之一。它瞬间产生的大电流、高电压和强电磁场，不仅会造成人畜伤亡，对人类赖以生存的自然资源和人类创造的物质财富有巨大的破坏作用，而且还常给电力、通信、石油化工、航空航天、铁道交通，乃至金融证券等国民经济部门的设备设施带来损坏。因此，雷电现象、雷电物理、雷电预警与防护等问题仍是大气电学、电力系统、放电物理等领域的热点研究问题。

雷电(闪电)发生时，将会在空间中产生磁场。当云与地面之间发生闪电现象时，此类闪电被称之为地闪。地闪通常伴随有电荷由地面冲向云端的放电，称之为回击，回击中所经过的放电路径称之为闪电通道。回击速度是指电荷由地面冲向云端的速度。

雷电基底电流是指闪电通道最底端的雷电流。雷电基底电流是由闪电所产生的大电流，是影响建筑物和电子设备的主要源头，是雷电防护中的重点关注的对象，故了解雷电基底电流的特性是防雷的基础。通过对雷电基底电流进行反演，能够在不直接对其进行测量的情况下将其推算出来，这对通信、电力、航空航天、建筑等领域的雷电防护具有重要的工程价值。

一种现有的雷电流反演方法利用输电线路上测量得到的暂态电压，通过最小二乘反卷积法对雷电流进行反演，但该方法利用的是输电线路上的暂态电压，因此只针对输电线路附近的雷击点处的雷电流波形。

与本发明内容相关的已有技术简介如下：

雷电基底电流双Heidler电流模型表达式如下：

式中，I_m1,I_m2分别为雷电基底电流分量1和分量2的幅值(总的雷电基底电流是1和2之和，1和2代表的分别是其中的一个分量，设两项是为了更好地与实际观测到的电流波形相吻合)，τ₁₁,τ₂₁分别为雷电基底电流分量1和分量2的波头时间常数，τ₁₂,τ₂₂分别为雷电基底电流分量1和分量2的波尾时间常数,n₁,n₂是可选整数，范围为[2,10]，η₁,η₂是幅值修正系数，其计算公式如下：

利用雷电回击电磁场模型计算雷电产生磁场的公式：

式中，是磁场，D是磁场观测点离闪电通道的水平距离，c是真空光速，H是闪电通道的高度，z是距离闪电通道底部的高度，i(z,t)是高度为z，时刻为t时的闪电通道电流，R(z)是该电流元dz距离磁场观测点的距离，其计算公式如下：

并且，闪电通道电流与雷电基底电流的关系如下所示：

式中，v是回击速度，i(0,t)是雷电基底电流。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种基于反卷积的雷电基底电流反演方法。本发明克服了传统的雷电基底电流难以实测得到这一缺点，本发明方法可利用雷电产生的磁场反演得到雷电基底电流，对于通信、电力、航空航天、建筑等领域的雷电防护具有重要的工程价值。