一种海上风电场的PLP优化布点方法

本发明涉及电力系统保护控制领域，具体涉及一种海上风电场的plp优化布点方法。

背景技术：

1、海上风电场地形平坦，其风力发电机由于通常位于开阔地区，其高度远高于周围地形，且安装地点的土壤电阻率通常较高，对雷电流的传导性能相对较差，种种因素叠加，使其极易遭受雷击。因此，采取有效的防雷措施对于保护风力发电机的安全运行至关重要。目前，一般采用避雷针、浪涌保护器(spd)等器件针对风电场直击雷和感应雷对进行防护，但由于风机的高度通常在百米左右，传统防雷措施难以开展且保护漏洞较大。如今，新型防雷装置——等离子拒雷器（plasma lightning protector, plp）在雷电防护中有较好的效果，它以“似尖端效应”使其自身在雷云下的电场强度高于被保护物2个数量级，而引聚雷云电荷，使被保护目标处于相对较低电场的安全地位，并采用感应阵列抗雷针及介质阻挡强电离复合放电器，利用雷云电场实现无源强电离，由强电离放电器产生和向云-地双向发散高浓度等离子体，对抗雷针引聚的雷云电荷进行高效中和，解决了传统消雷器阵列针电场自屏蔽效应抑制发散电流增大而易被雷电击穿的致命问题。在雷云电场及其感应的地面反极性电场的吸引下，等离子体中的正(负)离子向上飘移中和针端上方的雷云负(正)离子,等离子中的负(正)离子下飘移中和针端下方的雷云感生的正(负)离子，持续引聚和双向中和放电器本体及周边的雷云负(正)离子及其感生的正(负)离子，使雷云与地面等效的电容极板高效漏电成为“坏电容”而不能被充电至形成雷电先导并发展为后续击穿放电的电场强度。其保护角和保护半径均远大于传统避雷针，保护范围为10倍的针端对地高差。

2、传统避雷针可依照折线法和滚球法计算保护范围，折线法对于60m以上物体存在保护漏洞这一缺陷，而滚球法规程中也暂无60m以上物体的适用滚球半径即范围算法。若类似于折线法，简单依据10倍的针端对地高差计算的plp保护范围，安装plp保护百米级的风力发电机，不符合电气几何模型的击距理论，难免出现保护漏洞。因此，亟须将plp的保护范围结合击距理论的滚球法，提出适用于风电场的plp优化布点方法，以实现对风电场的可靠保护。

技术实现思路

1、针对以上技术缺陷，为解决现有plp保护范围算法中存在的保护缺陷，本发明提供了一种适用于风电场的plp优化布点的方法，包括以下操作步骤：

2、step1、测量风电场防雷需plp保护的地表范围，拟定单个plp的地表保护半径r，确定被保护物最高高度h2；

3、其中拟定单个plp的地表保护半径r，需满足所有plp的地表保护面积的并集能覆盖整个风电场站，以保护风电场地表不受雷击产生感应过电压损害发电设备；被保护物不局限于风机，还包括箱变等场内需要防雷保护的建筑。

4、由公式（1）可知，保护半径r通常为针端对地高差h1的10倍，而针端对地高差h1必须高于保护物最高高度h2才能对其可靠保护，结合plp的经济性、高空施工难度等因素考虑，其针端对地高差h1不宜过高。应用于风电场保护风机时，h1取风机高度h2的1.1~1.3倍较为合适，实际布局时还需结合风电场的地表范围进行规划，通过多个plp同时作用以实现全面覆盖风电场。因此，实际应用时，单个plp的保护范围（通过保护半径r表征，数值上等于2πr）需结合针端对地高差h1以及风电场的地表范围进行拟定。

5、step2、按公式

6、(1)

7、计算plp针端对地高差h1；

8、其中，公式（1）的plp保护角为84.3°，保护半径为10倍针端对地高差，公式(1)中等式右边分母10为常规情况下的取值，受海拔、温湿度、风速等因素影响，保护角会有小幅变化，实际应用中可根据安装环境对plp保护角的影响，适当调整公式（1）等号右侧分母的数值。

9、step3、按公式

10、 (2)

11、计算plp优化布点方法应遵循的滚球半径r；

12、其中，公式(2)等式右边分子“101”为公式(1)中“10”多次勾股定理计算而得，为常规情况下的取值，可视风电场具体情况而改变。

13、step4、按公式

14、 (3)

15、对单个plp作用时，被保护物与该plp装置的最大水平距离x1进行计算，安装该plp时与被保护物的水平距离不超过x1；

16、step5、按公式

17、(4)

18、对多个plp作用时，plp装置之间的被保护物与该侧plp装置的最大水平距离x2进行计算，安装plp时二者的水平距离不超过x2；

19、其中，公式(4)的x取plp装置之间风机的间距，plp装置之间的保护范围较高，风机为最高被保护物，一般情况x的取值不考虑其他被保护物。

20、step6、以所计算的最大水平距离x1、x2作为距离条件，计算出最优的plp布点方案，以实现对风电场所有风机以及地表的有效防雷保护。

21、其中，最优的plp布点方案不局限于step1所拟定的单个plp的地表保护半径r所得，还可通过迭代算法寻找更佳的保护半径，再次迭代以上步骤而得出最优方案。

22、该方法适用于但不局限于风电场的plp优化布点，还可用于其它被保护物较高的plp防雷优化布点。

23、有益效果：

24、1. 本发明将滚球法改进并运用于plp的保护范围计算中，弥补了原有plp保护范围的计算方法未考虑雷电击距物理概念这一局限性，也弥补了滚球法现有规程中对较高物体(>60m)保护范围的计算未作出说明这一缺陷；

25、2. 本发明在单个plp作用时，缩小了对较高物体的保护范围，避免了原有保护范围计算方法存在的安全漏洞，并在此基础上保持了原有方法对地表的保护范围，对于被保护物周围地表感应雷的防护效果不减；

26、3. 本发明在多个plp共同作用时，增大了plp中间区域特别是对较高物体的保护范围，相较于原有保护范围计算方法，在被保护区域相同时可减少plp的投入成本。

技术特征：

1.一种海上风电场的plp优化布点方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的一种海上风电场的plp优化布点方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种海上风电场的plp优化布点方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种海上风电场的PLP优化布点方法，涉及电力系统保护控制领域。本发明的方法包括：测量风电场防雷需PLP保护的地表范围，确定被保护物最高高度，拟定单个PLP的地表保护半径；计算PLP针端对地高差；计算PLP优化布点方法应遵循的滚球半径；计算单个PLP作用时被保护物与该PLP装置的最大水平距离；计算多个PLP作用时被保护物与该侧PLP装置的最大水平距离；结合各最大水平距离计算出最优的PLP布点方案，以实现对风电场所有风机以及地表的有效防雷保护。大量风电场PLP布点案例表明此方法兼具可靠性和经济性，可广泛用于风电场的PLP的布点。

技术研发人员：束洪春,何恺,唐玉涛,娄伟杰,周丽琴
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12