[发明专利]电力系统中基于模拟电荷法和有限差分法的雷电分形方法

摘要

本发明涉及一种基于模拟电荷法和有限差分法的雷电分形模拟模型，属于电力系统电磁暂态计算技术领域。本发明首先确定雷电发展过程中的电荷结构，其中包括确定雷暴云电荷结构、下行先导电荷结构和导线模拟结构，确定先导发展规则，确定电场计算方法，最后确定上行先导发展模型。本发明方法将模拟电荷法引入分形模型，建立一套可以直接联系雷电流和模拟参量的分形模型，在保留了原有分形模拟核心的基础上，利用现有的相对成熟的雷电参数，更好的将分形模型应用到工程实际中，如建筑物的雷击热点分析、直流开关场的防雷分析。

主权项

1.一种电力系统中基于模拟电荷法和有限差分法的雷电分形方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：(1)确定发生雷电时从雷暴云到电力系统的下行先导通道均匀分布线电荷q，q＝43×10^-6I^2/3，其中I为设定的雷电流幅值，I的取值范围为1～200千安；(2)将雷暴云与电力系统之间的空间按照一定步长划分为网格，每一个网格点代表放电发展到的空间点，则在时间点t₀时下行先导通道头部空间点的坐标为(m，n)，在下一个时间点，放电向周围空间点发展，周围空间点的坐标为(m’，n’)；(3)在电力系统的导线中放置M个模拟电荷q₁，q₂，...，q_M，并在导线表面设置与模拟电荷相同个数的匹配点p₁，p₂，...，p_M，使匹配点在导线上的位置满足导线表面的静电场恒电位边界条件U_p1＝U₁，U_p2＝U₂，...，U_pM＝U_M，通过下列线性方程组：计算得到当前时间点的每个模拟电荷量，从而得到雷暴云到电力系统之间下行先导通道上的每个点与下行先导通道周围点之间的场强空间每一点的电场值E_{m’n’，mn}和下行先导通道头部的电场强度E_s，线性方程组中，A_kj为模拟电荷q_k对匹配点p_j的电位系数，其中，i＝1，2，……，M，k＝1，2，……，M，j＝1，2，……，M，U_ij为雷电先导以及雷云电荷在匹配点p_i处产生的感应电位；(4)根据上述下行先导通道均匀分布线电荷q，计算得到下行先导通道头部流注区的电荷总量Q₀，其中ε₀是真空介电常数8.85×10^-12法拉/米，E_s是下行先导通道头部的电场强度；(5)建立电力系统的下行先导通道雷电分形模型，利用该模型计算得到雷电向周围点发展的归一化概率为：pm′n′,mn=Eηm′n′,mnΣEηm′n′,mn,]]>其中，p_{m’n’，mn}为雷电向周围点发展的归一化概率，E_{m’n’，mn}为下行先导通道上的每个点与下行先导通道周围点之间的场强，η为概率发展指数，η＝2。