[发明专利]适用于风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法

说明书

本发明公开了一种适用于风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法，包括步骤1：将风电场集群风机的风机经纬度坐标转换为笛卡尔坐标系下的坐标，然后在笛卡尔坐标系下确定风电场外围矩形边界坐标；风电场外围矩形边界坐标位置对应的区域内利用Voronoi图法对电场集群风机位置进行空间划分，确定每台风机对应的Voronoi凸多边形区域；步骤2：对每台风机，以风机高度和叶片长度之和的3倍为半径，以风机所在位置为圆心画圆，确定每台风机对应的圆形区域；步骤3：对每台风机，求取步骤1的Voronoi凸多边形区域和步骤2的圆形区域的交集，获得最终的空间划分。本发明能得到更有针对性的雷电活动参数分析区域划分。

技术领域

本发明涉及雷击风险评估技术领域，具体地指一种适用于风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法。

背景技术

风机高耸的特性以及一般坐落于空旷平原或山脊，导致风机容易遭受雷击。目前世界上已投运的最大单台装机容量的风力发电机高度接近200m。根据IEC 61400-24”Windenergy generation systems–Part 24:Lightning protection”，在北欧国家，每100台风力发电机组，一年有4至8次雷击故障。在德国，安装在低山地区的风力发电机组，每100台风力发电机组，一年雷击故障高达14次。根据我国某能源公司统计，2016年共发现风电场风机叶片故障120次，其中雷击故障占50％以上。

对风机进行雷电防护前需开展雷击风险评估。目前IEC 61400-24和对应中国国家标准GB/Z 25427《风力发电机组雷电防护(GB/Z25427-2010)》推荐评估单台风机雷击暴露风险时，以风机本体高度和叶片竖起高度之和的3倍为半径画圆确定雷电截收区域。这种方式对孤立的单台风机是可行的，但对于如海上或平原风电场的风机集群，尚存在一定问题，主要是未考虑相邻风机之间雷电截收区域的重叠。另外，中国专利CN100578488C“电网雷害分布确定方法”提出了一种利用网格法统计分析雷害分布的方法。该方法将分析区域划分为等间距网格，未考虑目标对象所处位置，尤其对于排布较为紧密的集群风机，存在多台风机同处一个网格的可能，不利于精细化、差异化评估风机雷击风险。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种适用于风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法，本发明能得到更有针对性的雷电活动参数分析区域划分。

为实现此目的，本发明所设计的一种适用于风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将风电场集群风机的风机经纬度坐标转换为笛卡尔坐标系下的坐标，然后在笛卡尔坐标系下确定风电场外围矩形边界坐标，要求风电场外围矩形边界包含风电场所有风机；

风电场外围矩形边界坐标位置对应的区域内利用Voronoi图法对风电场集群风机位置进行空间划分，确定每台风机对应的Voronoi凸多边形区域；

步骤2：对每台风机，以风机高度和叶片长度之和的3倍为半径，以风机所在位置为圆心画圆，确定每台风机对应的圆形区域；

步骤3：对每台风机，求取步骤1的Voronoi凸多边形区域和步骤2的圆形区域的交集，获得最终的空间划分。

本发明的有益效果：

本发明提出的风电场风机集群的雷电活动参数分析区域划分方法，与传统网格法相比，是面向风机本身的区域划分方法。对每台风机，都有与之对应的唯一的雷电截收区域，因为Voronoi凸多边形是不存在重合的，和风机位置是一一对应的，即一个风机只对应一个voronoi凸多边形。利用本发明的方法把风机对应圆形区域进行了截分，取了圆形区域和voronoi凸多边形的交集，从而保证了新获得的区域也是和风机位置一一对应的，解决了现有技术存在的雷电截收区域重叠问题(把密集排布的风机的雷电活动参数区别开来，常规方案因为分析区域重叠严重，导致相邻风机之间分析结果差异不大，不利于差异化雷电防护方案的提出)。按此方法分析得到的雷电活动参数更具针对性。