[发明专利]一种风电场中风力发电机的雷击风险评估方法及其系统

说明书

本发明公开了一种风电场中风力发电机的雷击风险评估方法及其系统，属于风电机组领域，包括：以风机中心为极点，获得坐标集合A；步骤S2，获取风机D所处位置的地形数据、I_Py、H1；并获得两个电位分布曲线1、2；步骤S3，将点X位置下的下行先导头部到雷击目标点的直线距离记为H2，若H2＜H1，进入S4；若H2≥H1，则判定在点X位置处的下行先导无法击中风机D，进入S5；步骤S4，判断雷击目标点是否有稳定迎面先导：若判断下行先导击中风机D，否则降低高度H1，并返回步骤S2；步骤S5，计算雷击截收区域S_D’和雷击截收区域的高度H_D。本发明考虑了地形因素的影响，可体现风电场中每台风力发电机机在不同地形结构下接闪的物理过程，结果更加准确。

技术领域

本发明涉及风电机组领域，尤其涉及一种风电场中风力发电机的雷击风险评估方法及其系统。

背景技术

风电作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。然而，随着风电机组的装机容量逐年上升和机身高度的持续增加，雷击风电机组的风险随之增大，雷击故障造成的停机时间与经济损失已成为制约风电发展的关键问题。因此，为减小雷电灾害的危害，促进风电场的经济稳定运行，寻找一个兼顾风机发电效益与防雷优化的风电场空间布置方法，并针对风机所处的极易遭受雷击的环境，分析环境因素对风电场防雷布置的影响，具有十分重要的现实意义。现有的风电场风机之间距离的确定还属于经验性结论，布置方式也基本为规则性的行列布置，且布置规划的出发点主要是风电场发电的经济效益，国内外已经对此展开了相应的研究。

不过对现有的研究进行调研后发现，风电场目前的布置既没有从防雷的角度进行分析，也没有分析环境因素对风电场防雷的影响。近年来，国内外学者关于风机及风电场的雷击风险评估研究主要围绕风力发电机雷击接闪的物理过程，目的是希望通过仿真建模的手段对风机雷击截收区域的分布进行评估，进而实现对风机的接闪防护系统的等级和位置的优化设计。在这方面丹麦技术大学S.Madsen团队以及瑞典M.Becerra团队基于传统电气几何模型(EGM)和先导发展模型(LDM)开展了大量的研究工作，提出了自洽式先导发展模型(self-consistent leader inception and propagation model,SLIM)既不存在电气几何模型无法考虑迎面先导的问题，又克服了电气结合模型和基于先导法建立的截收体积模型无法反映目标物的几何形状对雷击接闪过程影响的缺点。由于物理意义明确，SLIM得到了学术界和工业界的普遍认可，曾成功应用于我国特高压输电工程线路防雷设计的校核。瑞典皇家理工学院的Becerra和龙梦妮等基于SLIM计算了Vestas V90 机组在直蹿下行先导作用下叶片雷击附着点分布情况，以指导叶片雷击防护系统的设计；华北电力大学的李庆民等人将SLIM方法与EGM结合，提出了“动态击距”的概念，计算分析了叶片雷击保护系统对下行先导的拦截效率。以上研究改变了以往只能根据电场分布特征间接获得风机叶片下行雷击附着点分布的局面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电场中风力发电机的雷击风险评估方法及其系统，本发明的方法通过逐点判断每个坐标位置的下行先导是否能击中某台风电力发电机，然后计算该风力发电机雷击截收面积，本发明在计算雷击目标点与下行先导头部之间的电位分布时，考虑了地形因素的影响，可以体现风电场中每台风力发电机机在不同地形结构下接闪的物理过程，结果更加准确。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种风电场中风力发电机的雷击风险评估方法，包括如下步骤：

步骤S1，计算参数的设定：在待评估的风电场风力发电机组中任选一台风力发电机，记为风机D，以风机D的中心为起点，在水平方向上选取 F×M个点；以风机中心为极点，记录F×M个点的极坐标，并组成一个下行先导所在位置的极坐标集合，记为集合A；