CN112036005A - 一种雷电感应电压的计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷电感应电压的计算方法，适用于配置有架空地线的配电网***，包括：建立所述架空地线上的雷电通道模型，以计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。本发明还公开了相应的装置，实施本发明，其能够有效地考虑有损大地对空间电磁耦合的影响，更加精准地计算感应雷造成的架空地线的雷电感应过电压，可供配电网建设和运行参考。
Description
技术领域
本发明涉及电力***的雷电感应过电压技术领域，尤其涉及一种雷电感应电压的计算方法和装置。
背景技术
随着我国社会的稳步发展，城市建设对供电可靠性要求越来越高。雷电是造成配电线路故障最主要的外部因素之一。由于配电线路分支多、分布密度大，且绝缘水平低，对雷电感应过电压敏感程度高。据统计，感应雷造成的配网故障率占雷击总故障率的70％以上。
长期以来，线路防雷的工作重点集中在雷电直击高压输电线路的防护，对感应雷造成的配电线路感应过电压的研究相对较少。因此，需要加强感应雷对配电线路造成故障影响的研究，才能实现对输电线路的有效防护，提高输电***的安全性能。在现有技术中，EMTP(电磁暂态程序)软件能够准确考虑线路结构特征，实现对雷电感应过电压的计算。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：现有方法并没有考虑有损大地对空间电磁耦合的影响，使得计算得到的雷电感应过电压存在较大误差，计算结果不够精准。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种雷电感应电压的计算方法和装置，其能够有效地考虑有损大地对空间电磁耦合的影响，更加精准地计算感应雷造成的架空地线的雷电感应过电压，可供配电网建设和运行参考。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种雷电感应电压的计算方法，适用于配置有架空地线的配电网***，包括：
建立所述架空地线上的雷电通道模型；
根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
作为上述方案的改进，所述根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压，具体包括：
根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
作为上述方案的改进，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，具体为：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为高度值。
作为上述方案的改进，所述架空地线的导线端口处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度。
作为上述方案的改进，所述根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，具体包括：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压，通过以下计算公式，计算所述导线端口的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式；UB(t-τ)为所述另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流；
将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源：
其中，j为相数。
本发明实施例还提供了一种雷电感应电压的计算装置，适用于配置有架空地线的配电网***，包括：
雷电通道模型建立模块，用于建立所述架空地线上的雷电通道模型；
端口感应电压计算模块，用于根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
等效电压源计算模块，用于根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
雷电感应电压模型建立模块，用于根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
作为上述方案的改进，所述端口感应电压计算模块，具体包括：
电场分布分析单元，用于根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
端口感应电压计算单元，用于根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
作为上述方案的改进，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，具体为：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为高度值。
作为上述方案的改进，所述架空地线的导线端口处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度。
作为上述方案的改进，所述等效电压源计算模块，具体用于：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压，通过以下计算公式，计算所述导线端口的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式；UB(t-τ)为所述另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流；
将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源：
其中，j为相数。
与现有技术相比，本发明公开的一种雷电感应电压的计算方法和装置，通过建立所述架空地线上的雷电通道模型，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，进而采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。本发明将EMTP中Bergeron模型变形用于三相架空线路及架空地线的线路***建模上，通过建立雷电通道模型，并对有损地面的感应效应进行处理，能够更加精准计算得到架空地线的导线端口的感应电压。采用EMTP建模，对有架空地线的架空线路雷电感应过电压进行建模仿真，用于分析架空地线的雷电感应过电流，可以测试架空线路的耐雷水平，验证配电线路架设地线对雷电感应电压的降低作用，实现复杂网络实现感应电压计算模型化，供配电网建设和运行参考。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种雷电感应电压的计算方法的步骤示意图；
图2是本发明实施例一中架空地线的配置示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种雷电感应电压的计算装置的结构示意图；
图4是本发明实施例三提供的另一种雷电感应电压的计算装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种雷电感应电压的计算方法的步骤示意图。本发明实施例一提供了一种雷电感应电压的计算方法，适用于配置有架空地线的配电网***，通过步骤S1至S4执行：
S1、建立所述架空地线上的雷电通道模型；
S2、根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
S3、根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
S4、根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
在本发明实施例中，建立雷电通道模型，对有损地面的感应效应进行处理，能够精准计算得到架空地线的导线端口的感应电压，进而采用EMTP建模，对有架空地线的架空线路雷电感应过电压进行建模仿真。在考虑有损大地的影响的情况下，更精确地计算感应雷造成的架空线路雷电过电压，可以模拟架空地线的防护效果，验证架空地线提升配电线路雷电防护性能，提高配网运行可靠性。
具体地，为了更加清楚地了解所述配置有架空地线的配电网在实际应用中的雷电感应电压的具体计算过程，下面对本发明实施例一的雷电感应电压的计算方法进行详细说明。
参见图2，是本发明实施例一中架空地线的配置示意图。当落雷点在配电线路附近时，由于电磁耦合作用，雷电流在导线上感应出较高的过电压，从而可能造成绝缘子闪络。在远距离闪电中，回击电流不受地面结构的影响。闪电通道产生的电场被认为是一个独立的外部入射场。尽管闪电是随机事件，但在评估地面结构的感应瞬变时，通常采用雷击通道中的预定义电流。在工程应用中，雷电通道中电流在空间和时间上的分布，是根据实际观测到的雷电回击特性(如通道底部电流和上行先导的速度)来确定的。分析架空线路上的感应电压时，可以淡化雷电回击的物理特征，重点实现快速有效地计算近场或者远场的电磁场。
这里假设雷电通道是垂直于地面并且没有分支的，可以采用传输线模型(TL模型)模拟雷电通道。这种模型的特征是假定雷电流的波形是线性的，并以固定的速度无衰减地向上传播。土壤介质是均匀的，且具有单一的介电常数和传导率。在模型中，雷电通道中雷电流I(z',t)的空间分布和时间变化用解析公式描述：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为空间坐标系上的高度值。
需要说明的是，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，所述雷电通道模型的具体构建方法还可以采用现有技术中的雷电通道模型的构建方法，在此不做限定。
进一步地，根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压。在本发明实施例中，步骤S2具体包括步骤S21和S22：
S21、根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
S22、根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
具体地，根据麦克斯韦方程可以得到所述架空地线的导线上入射电场为通道辐射场和地面反射场之和，线路感应的总场等于入射电场加线路响应的散射场。因此架空导线上感应电压u(x,t)是散射电压us(x,t)和入射电压ui(x,t)之和：
u(x,t)＝us(x,t)+ui(x,t)
其中，
是入射垂直电场，
是散射垂直电场；h为架空地线的高度，其中，x表示空间坐标系上的水平位移，z表示空间坐标系上的高度值，t为时间。
通过将麦克斯韦方程沿路径积分引入两个传输线方程，并用散射电压表示。所述两个传输线方程为：
其中，Z'是架空地线的特性阻抗，Y'是架空地线的导纳；
为入射水平电场。
将架空地线上的感应电压u(x,t)代入上述两个传输线方程，进而求解得到架空地线的导线端口xA处的感应电压。所述导线端口xA处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度；y为空间坐标系上的水平位移；ω为频域参数。
根据同样的计算方法，可以计算得到架空地线的另一导线端口xB处的感应电压UindB(xB,ω)。
需要说明的是，线路一端的感应电压会在另一端形成一个延时后的反射电压。也即，在架空地线的导线端口xA处，会存在另一导线端口xB延时τ后传来的反射电压UB(t-τ)；在架空地线的导线端口xB处，会存在另一导线端口xA延时τ后传来的反射电压UA(t-τ)。
其中，延时τ＝L/c，L表示架空地线的导线长度，c表示光速。
进一步地，线路一端的电源Ur(t)由本端感应电压Uind(x,ω)，线路压降，以及另一端延时τ(τ＝L/c)后传来的反射电压三部分组成。因此，所述根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，具体为：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压UindA(xA,ω)、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压UB(t-τ)，通过以下计算公式，计算所述导线端口xA的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流。UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式。
根据同样的计算方式，可以计算得到所述导线端口xB的电压源：
UrB(t)＝Uind(-xB,t)+UA(t-τ)+Z'·iA(t-τ)。
进一步地，考虑有耗地面上方传播对电场的损耗影响，回击产生的入射场可以通过两个等效源代替。将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源，得到：
其中，j为相数，这里忽略导线的相间距离。
根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，可以计算得到所述架空地线的整体上的雷电感应电压。需要说明的是，所述根据导线端口的等效电压源，输入EMPT软件进行建模的过程可以采用现有技术中的建模方法，在此不做限定。
架空线路两端的电压源UrA和UrB的计算是通过在EMTP中编写MODELS语言实现。开发的模型可以处理多个相线电路。由于零序***是最常见的，通常两个相位就足够了。因此，相导体可以合并看作为一根导体，而接地导体或中性导体可以作为另一根导体，也可以拆分为多相线的导线。电路可以连接到ATP中的任何部件，可以连接负载，并且允许多个线段连接。
与传统的ATP/EMTP中感应雷计算模型和感应雷计算简化公式相比，本发明实施例提供的雷电感应过电压模型考虑了相邻线路上的电磁耦合的影响，应用变形的Bergeron模型，开发其新的应用场景，应用于三相线和架空地线电磁耦合的影响，加入了有损大地对架空导线上的导线端口感应电压的影响，考虑了雷电通道对整段线路的电场影响。一个ATP模型单元中可以包含大量的架空线路，每条线路可以由多个单元组成，线路长度可达1-3km，这取决于地面电阻率，更长的线路需要考虑线路的损耗。本发明能够实现更复杂电路网络的建模仿真，结果更加精确，是基于可测量参数的精确性和复杂性之间的良好折衷。本模型的建立有助于实现配电网的全覆盖建模分析，统筹架空地线的具体应用范围、制定技术标准和设计等，为防雷工作提供了新的仿真手段。
本发明实施例一提供了一种雷电感应电压的计算方法，通过建立所述架空地线上的雷电通道模型，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，进而采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。本发明将EMTP中Bergeron模型变形用于三相架空线路及架空地线的线路***建模上，通过建立雷电通道模型，并对有损地面的感应效应进行处理，能够更加精准计算得到架空地线的导线端口的感应电压。采用EMTP建模，对有架空地线的架空线路雷电感应过电压进行建模仿真，用于分析架空地线的雷电感应过电流，可以测试架空线路的耐雷水平，验证配电线路架设地线对雷电感应电压的降低作用，实现复杂网络实现感应电压计算模型化，供配电网建设和运行参考。
参见图3，是本发明实施例二提供的一种雷电感应电压的计算装置的结构示意图。本发明实施例提供了一种雷电感应电压的计算装置20，适用于配置有架空地线的配电网***，包括：
雷电通道模型建立模块21，用于建立所述架空地线上的雷电通道模型；
端口感应电压计算模块22，用于根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
等效电压源计算模块23，用于根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
雷电感应电压模型建立模块24，用于根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
在本发明实施例中，建立雷电通道模型，对有损地面的感应效应进行处理，能够精准计算得到架空地线的导线端口的感应电压，进而采用EMTP建模，对有架空地线的架空线路雷电感应过电压进行建模仿真。在考虑有损大地的影响的情况下，更精确地计算感应雷造成的架空线路雷电过电压，可以模拟架空地线的防护效果，验证架空地线提升配电线路雷电防护性能，提高配网运行可靠性。
作为优选的实施方式，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，具体为：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为高度值。
作为优选的实施方式，所述端口感应电压计算模块22，具体包括：
电场分布分析单元221，用于根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
端口感应电压计算单元222，用于根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
具体地，所述架空地线的导线端口处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度。
作为优选的实施方式，所述等效电压源计算模块，具体用于：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压UindA(xA,ω)、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压UB(t-τ)，通过以下计算公式，计算所述导线端口的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式；UB(t-τ)为所述另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流；
将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源：
其中，j为相数。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种雷电感应电压的计算装置用于执行上述实施例的一种雷电感应电压的计算方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
本发明实施例二提供了一种雷电感应电压的计算装置，通过建立所述架空地线上的雷电通道模型，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，进而采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。本发明将EMTP中Bergeron模型变形用于三相架空线路及架空地线的线路***建模上，通过建立雷电通道模型，并对有损地面的感应效应进行处理，能够更加精准计算得到架空地线的导线端口的感应电压。采用EMTP建模，对有架空地线的架空线路雷电感应过电压进行建模仿真，用于分析架空地线的雷电感应过电流，可以测试架空线路的耐雷水平，验证配电线路架设地线对雷电感应电压的降低作用，实现复杂网络实现感应电压计算模型化，供配电网建设和运行参考。
参见图4，是本发明实施例三提供的另一种雷电感应电压的计算装置的结构示意图。本发明实施例提供的一种雷电感应电压的计算装置30，包括处理器31、存储器32以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一所述的雷电感应电压的计算方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种雷电感应电压的计算方法，适用于配置有架空地线的配电网***，其特征在于，包括：
建立所述架空地线上的雷电通道模型；
根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
2.如权利要求1所述的雷电感应电压的计算方法，其特征在于，所述根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压，具体包括：
根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
3.如权利要求2所述的雷电感应电压的计算方法，其特征在于，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，具体为：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为高度值。
4.如权利要求2所述的雷电感应电压的计算方法，其特征在于，所述架空地线的导线端口处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度。
5.如权利要求4所述的雷电感应电压的计算方法，其特征在于，所述根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源，具体包括：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压，通过以下计算公式，计算所述导线端口的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式；UB(t-τ)为所述另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流；
将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源：
其中，j为相数。
6.一种雷电感应电压的计算装置，适用于配置有架空地线的配电网***，其特征在于，包括：
雷电通道模型建立模块，用于建立所述架空地线上的雷电通道模型；
端口感应电压计算模块，用于根据所述雷电通道模型，计算所述架空地线的导线端口处的感应电压；其中，所述导线端口处的感应电压中包括了有损大地影响的有损分量；
等效电压源计算模块，用于根据所述架空地线的导线端口的感应电压，计算所述导线端口的等效电压源；
雷电感应电压模型建立模块，用于根据所述导线端口的等效电压源，采用EMPT软件建立所述架空地线的雷电感应电压模型，以计算所述架空地线的雷电感应电压。
7.如权利要求6所述的雷电感应电压的计算装置，其特征在于，所述端口感应电压计算模块，具体包括：
电场分布分析单元，用于根据所述雷电通道模型，分析所述架空地线上的电场分布；
端口感应电压计算单元，用于根据所述架空地线上的电场分布，计算所述架空地线上的线路压降，以计算得到所述架空地线的导线端口处的感应电压。
8.如权利要求7所述的雷电感应电压的计算装置，其特征在于，所述架空地线上的雷电通道模型采用雷电流表示，具体为：
I(z',t)＝u(t-z'/vf)p(z')I(0,t-z'/v)；
其中，I(z',t)为所述雷电通道模型中的雷电流；u(t-z'/vf)是阶跃函数，p(z')是随高度变化的电流衰减系数；I(0,t-z'/v)为雷电流的传播大小；vf是上行波前沿的速度；v是电流波的传播速度；z'为高度值。
9.如权利要求7所述的雷电感应电压的计算装置，其特征在于，所述架空地线的导线端口处的感应电压在频域上具体表示为：
UindA(xA,ω)＝U0(xA,ω)-g0(jω)·Ug(xA,ω)；
其中，UindA(xA,ω)为所述架空地线的导线端口xA处的感应电压，U0(xA,ω)为无损分量，
Ug(xA,ω)为有损分量，
g0(jω)是考虑大地影响的格林函数；xA和xB分别是所述架空地线的导线两端的坐标，Ex(xA,y,h,ω)和Ez(xB,y,0,ω)分别是水平电场分量和垂直电场分量，By0为水平磁场分量，h是架空地线的高度。
10.如权利要求9所述的雷电感应电压的计算装置，其特征在于，所述等效电压源计算模块，具体用于：
根据所述架空地线的导线端口xA的感应电压、线路压降和从另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压，通过以下计算公式，计算所述导线端口的电压源：
UrA(t)＝UindA(xA,t)+UB(t-τ)+Z'·iB(t-τ)；
其中，UrA(t)为所述架空地线的导线端口xA的电压源；UindA(xA,t)为架空地线的导线端口xA的感应电压在时频上的表达方式；UB(t-τ)为所述另一导线端口xB经延时τ后传来的反射电压；Z'·iB(t-τ)为所述线路压降；Z'是架空线路的特性阻抗，iB(t-τ)为导线端口xB的线路电流；
将所述架空地线的导线端口的电压源，转化为所述导线端口的等效电压源：
其中，j为相数。
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| CN202010706802.XA CN112036005A (zh) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | 一种雷电感应电压的计算方法和装置 |
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