1.本发明属于电力领域，尤其涉及一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法和系统。
背景技术：2.输电线路地处旷野，绵延数千里，很容易遭受雷击。线路雷击事故引起的跳闸，不但影响系统的正常供电，增加线路及开关设备的维修工作量，而且雷电波还会沿线路侵入变电所。近年来，输电线路雷过电压及其防护问题取得了很大进展，为提高输电线路耐雷水平、保障线路的安全可靠运行提供了重要依据。但由于雷放电过程的数据难于准确测量，不同的计算方法，计算结果往往差别很大。随着输电线路电压等级的不断提高，出现了新的线路结构。从各国的实际运行经验看，雷击仍然是输电线路安全可靠运行的主要危害。
3.雷电活动具有很强的地域性和季节性，且华南、华东沿海地区雷电多发。配电网作为电力供应的最后环节，在受到雷电灾害时会在极短时间内引发设备故障和跳闸、断线事故，然而目前还没有完善的配电线路受雷击跳闸概率的评估方法，电网无法针对雷电灾害影响开展配电网的运行维护，导致雷电灾害所带来的停电损失、设备损失无法通过有效措施进行解决，使得经济损失严重。
技术实现要素：4.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法和系统，具体技术方案如下：本发明提供一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，包括：获取雷电区域的地闪密度和所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。
5.优选的，所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所述过电压，得到所述配电线路的闪络率。
6.优选的，所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。
7.优选的，方法还包括：根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。
8.优选的，方法还包括：确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。
9.本发明提供一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，包括：第一单元，用于获取雷电区域的地闪密度和基于历史数据确定所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；第二单元，用于利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；第三单元，用于根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。
10.优选的，所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所述过电压，得到所述配电线路的闪络率。
11.优选的，所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。
12.优选的，系统还包括：第四单元，用于根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。
13.优选的，系统还包括：第五单元，用于确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。
14.本发明的有益效果为：通过获取地闪密度和配电线路的有效受雷区域，以确定有效受雷区域的地闪密度；利用蒙特卡洛方法计算配电线路的闪络率；根据有效受雷区域的地闪密度、闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率；能够合理预测雷击跳闸的发生，可以指导防雷击工作，以减少雷击灾害受损。
附图说明
15.图1是根据本发明的面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法的示意图；图2是根据本发明的面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统的示意图。
16.主要附图标记说明：1-第一单元，2-第二单元，3-第三单元。
17.具体实施方式
18.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做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。
19.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
20.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下
文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
21.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
22.研究表明，因雷击线路导致其跳闸需满足：
①
由雷击造成的过电压大于绝缘子雷电冲击耐受电压值u50%发生冲击闪络；
②
雷电消失后由冲击闪络发展成短路电流电弧并持续存在，进而引起继电保护装置动作，线路跳闸。线路耐雷水平与接地方式是影响线路跳闸概率的两个重要因素，除此之外，还与当地雷电活动频繁程度密切相关。
23.为了解决或者改善雷击跳闸预处理问题，提出如图1所示的一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，包括：s1、获取雷电区域的地闪密度和所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度，s2、利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；s3、根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。
24.通过获取雷电参数并根据雷电参数，得到雷电区域的地闪密度，基于配电线路的历史雷电检测信息，确定配电线路的有效受雷区域。其中，雷电参数为被记录的雷击事件发生的信息，可以包括发生地点、地闪密度、次数、雷电本身的物理属性等内容。雷击是引起输电线路跳闸的主要故障类型,输电线路防雷工作的展开依赖于完善的雷害风险评估体系。目前,评价输电线路雷害风险的主要指标是雷击跳闸概率,因此,精确计算雷击跳闸概率对于输电线路的安全稳定运行具有重要意义。雷电参数是计算输电线路雷击跳闸概率中不可或缺的重要基础参数,本实施例中主要包括地闪密度、雷电流幅值概率密度函数和雷电流波形三个方面，通过这三方面的数据可以获得雷电区域的地闪密度。
25.地闪密度是一个区域内在一段时间内容，受到雷击或者其空域产生放电现象的次数与对应受影响区域匹配记录。配电线路的有效受雷区域为受到雷击或者放电现象引发配电线路异常的区域。通过雷电区域的地闪密度和有效受雷区域，可以计算会因为雷击/放电导致配电线路异常的区域的地闪密度。通过排除不受雷击影响的区域，能够提高后续计算雷击跳闸概率的准确度。
26.利用蒙特卡洛方法计算配电线路的闪络率，确定配电线路的建弧率。蒙特卡洛方法是一种随机模拟方法，具体是以概率和统计理论方法为基础的一种计算方法，是使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法，具体是将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用电子计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。采取该方法的原因在于雷击事件本身属于随机事件，采用蒙特卡洛方法比较合适。
27.根据有效受雷区域的地闪密度、配电线路的闪络率和建弧率，得到配电线路的雷击跳闸概率。通过三个重要计算参量：地闪密度、闪络率和建弧率对雷击跳闸概率进分析，从而对累计跳闸概率进行预测分析，提高累计跳闸概率的预测准确程度，以指导防雷击工作，以减少雷击灾害受损。其中，建弧率η取决于沿绝缘子串或空气间隙的平均工作电压梯度e，也与闪络瞬间工频电压瞬时值和去游离条件有关，建弧率通过下述方法进行计算：η=（4.5
×
e0.75-14）*10-2，其中，e为绝缘子串的平均电压梯度。
28.所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所
述过电压，得到所述配电线路的闪络率。
29.过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象；过电压的出现通常是负荷投切的瞬间的结果。正常使用时在感性或容性负载接通或断开情况下发生。过电压计算模型可以是雷击通道模型或者雷击产生的电磁场对架空线的耦合模型。
30.所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。
31.η为雷击跳闸概率；ng为地闪密度，表示雷电活动的强烈，只与雷电活动特征本身相关；s为引起线路跳闸的有效受雷区域，一般为距线路单侧距离0.5km的范围；ξ为有效区域内由雷击引起绝缘子闪络的概率，主要与线路耐雷水平(与杆塔结构、接地电阻、有无架设避雷线、绝缘子型号等相关)、雷电流大小、雷击位置等相关，记为闪络率，σ为建弧率，与杆塔自身结构、接地方式有关。
32.由上述分析可知，地闪密度、雷电流大小、雷击位置、接地电阻、杆塔结构等会影响雷击跳闸概率。从统计学角度看可划分为确定性因素(如接地电阻、档距、绝缘子型号等)和不确定性因素(雷电流幅值、地闪次数、雷击点等)。其中不确定因素根据雷电活动特征统计分析获取相关雷电参数统计值及概率分布模型，并采用蒙特卡罗法进行闪络率的计算。本实施例拟在采用蒙特卡罗法计算跳闸概率的基础上提出改进的基于雷电活动特征的雷击跳闸概率计算方法，其中，所述蒙特卡罗法也称统计模拟法、统计试验法。是把概率现象作为研究对象的数值模拟方法。是按抽样调查法求取统计值来推定未知特性量的计算方法。蒙特卡罗是摩纳哥的著名赌城，该法为表明其随机抽样的本质而命名。故适用于对离散系统进行计算仿真试验。在计算仿真中，通过构造一个和系统性能相近似的概率模型，并在数字计算机上进行随机试验，可以模拟系统的随机特性。
33.方法还包括：根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。
34.雷击跳闸概率预警等级分为低等级、中等级和高等级，雷击跳闸概率越高，对应的预警等级就越高，可以通过警报、指示灯的方式发出预警，也可以向相关值班人员的移动终端发出提醒。
35.方法还包括：确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。
36.预警阈值可以是根据历史雷击跳闸数据统计出来的一定区域的概率值，不同区域的预警阈值可以不同。
37.本发明提供一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，包括：第一单元1，用于获取雷电区域的地闪密度和基于历史数据确定所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；第二单元2，用于利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；第三单元3，用于根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。
38.系统可以执行具体的雷击跳闸预处理流程：
步骤1：获取雷电参数并根据雷电参数，得到雷电区域的地闪密度；步骤2：利用蒙特卡洛方法计算配电线路的闪络率；步骤3：确定配电线路的建弧率；步骤4：基于配电线路的历史雷电检测信息，确定配电线路的有效受雷区域；步骤5：根据有效受雷区域的地闪密度、配电线路的闪络率和建弧率，得到配电线路的雷击跳闸概率。
39.所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所述过电压，得到所述配电线路的闪络率。
40.所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。
41.系统还包括：第四单元，用于根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。
42.系统还包括：第五单元，用于确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。
43.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
44.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
45.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
技术特征：1.一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，其特征在于，包括：获取雷电区域的地闪密度和所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。2.根据权利要求1所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，其特征在于，所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所述过电压，得到所述配电线路的闪络率。3.根据权利要求1所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，其特征在于，所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。4.根据权利要求1所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，其特征在于，方法还包括：根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。5.根据权利要求1所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法，其特征在于，方法还包括：确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。6.一种面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，其特征在于，包括：第一单元，用于获取雷电区域的地闪密度和基于历史数据确定所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；第二单元，用于利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；第三单元，用于根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。7.根据权利要求6所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，其特征在于，所述利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率，包括：获取雷电参数对应的随机变量，所述雷电参数包括雷电流极性、落雷位置、雷击线路位置、雷电流幅值和工频电源瞬时值；根据预设的电压计算模型，确定所述配电线路的过电压；根据所述随机变量和所述过电压，得到所述配电线路的闪络率。8.根据权利要求6所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，其特征在于，所述根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和所述建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸
概率，包括：雷击跳闸概率；其中，ng为所述雷电区域的地闪密度，s为引起线路跳闸的所述有效受雷区域，ξ为所述闪络率，σ为所述建弧率。9.根据权利要求6所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，其特征在于，系统还包括：第四单元，用于根据所述雷击跳闸概率确定跳闸预警等级，所述预警等级包括低等级、中等级和高等级。10.根据权利要求6所述面向配电线路的雷击跳闸概率分析系统，其特征在于，系统还包括：第五单元，用于确定所述雷击跳闸概率大于预警阈值的所述有效受雷区域，生成对应的预警信息。
技术总结本发明属于电力领域，尤其涉及面向配电线路的雷击跳闸概率分析方法和系统，方法：获取雷电区域的地闪密度和所述配电线路的有效受雷区域，以确定所述有效受雷区域的地闪密度；利用蒙特卡洛方法计算所述配电线路的闪络率；根据所述有效受雷区域的地闪密度、所述闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率。通过获取地闪密度和配电线路的有效受雷区域，以确定有效受雷区域的地闪密度；利用蒙特卡洛方法计算配电线路的闪络率；根据有效受雷区域的地闪密度、闪络率和建弧率，得到所述配电线路的雷击跳闸概率；能够合理预测雷击跳闸的发生，可以指导防雷击工作，以减少雷击灾害受损。以减少雷击灾害受损。以减少雷击灾害受损。
技术研发人员：李珊 唐捷 张玉波 邬蓉蓉 欧阳健娜 崔志美 冯玉斌 黄志都
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2022/11/1
