一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法及系统与流程

本发明属于光伏发电系统防雷，尤其涉及一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法及系统。

背景技术：

1、随着光伏产业的高速发展，光伏发电总装机容量持续增长，光伏阵列的安全与稳定运行成为关键挑战。光伏阵列通常安装在户外开阔区域，占地面积大、空间暴露性高、金属结构占比多，极易遭受雷电侵害。不同于风机，光伏阵列安装高度较低，遭受感应雷击的概率显著高于直击雷。雷击过程中产生的强电磁脉冲会在邻近光伏阵列的直流回路中感应出雷电浪涌，过电压幅值可达数千伏。

2、现有光伏阵列雷击感应过电压评估模型仅考虑雷电电磁场与阵列回路之间的电磁感应，忽略了阵列其他金属结构的电磁效应，支架与电池组串、直流缆线之间的电磁耦合机制尚未明晰。光伏阵列内部布线中存在大量细径导体，且光伏支架结构复杂、分支众多、空间排布不一，缆线、支架和边框之间的电磁耦合机理复杂。传统的架空线路“场-线”耦合模型难以适用于光伏阵列复杂结构，需要建立雷电电磁场对光伏阵列多分支导体结构的“场-线”耦合新模型，能够考虑多分支导体电磁暂态耦合效应，可实现对光伏阵列雷击感应过电压的精准评估。

3、因此，亟需一种能够考虑光伏阵列多分支导体电磁暂态耦合效应的雷击感应过电压分析方法及系统，以提高光伏阵列雷击感应过电压的计算精度，为光伏系统防雷设备的参数选型提供可靠的理论依据。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法及系统，通过建立光伏支架与电池组串、直流缆线之间的电磁暂态耦合模型，充分考虑光伏阵列中多分支导体在雷击电磁瞬态过程中的耦合效应，显著提升光伏阵列雷击感应过电压的计算精度。

2、第一方面，本发明提供一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，包括：

3、获取光伏阵列的几何结构参数、光伏支架与组件边框的分支导体布局以及雷电回击电流参数；

4、根据雷电放电通道的几何形状建立雷电放电通道模型；

5、在所述雷电放电通道模型所限定的雷电放电通道上，采用指数衰减修正传输线模型表示雷电回击电流，以雷电放电通道上的电流元作为偶极子源，基于偶极子法忽略雷电电磁场辐射分量，对时间和空间进行离散化处理，计算光伏阵列附近空间任意场点的入射雷电磁场；

6、将光伏支架与组件边框分解为多个独立回路，建立每个独立回路的rl等效电路，根据所述入射雷电磁场计算穿过每个独立回路的雷电磁通，对所述雷电磁通关于时间求导得到每个独立回路的感应电动势，将所述感应电动势作为电压源代入所述rl等效电路，求解每个独立回路的感应电流；

7、以每个独立回路导体上的感应电流作为线性激励源，计算每个导体在空间任意场点产生的散射场，对所有导体产生的散射场进行矢量叠加，得到由光伏阵列多分支导体结构产生的散射场；

8、将所述入射雷电磁场与所述散射场进行矢量叠加，得到空间总磁场；

9、计算所述空间总磁场穿过光伏阵列直流缆线回路的磁通，根据所述磁通计算得到光伏阵列直流回路的雷击感应过电压。

10、第二方面，本发明提供一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析系统，包括：

11、获取模块，配置为获取光伏阵列的几何结构参数、光伏支架与组件边框的分支导体布局以及雷电回击电流参数；

12、构建模块，配置为根据雷电放电通道的几何形状建立雷电放电通道模型；

13、计算模块，配置为在所述雷电放电通道模型所限定的雷电放电通道上，采用指数衰减修正传输线模型表示雷电回击电流，以雷电放电通道上的电流元作为偶极子源，基于偶极子法忽略雷电电磁场辐射分量，对时间和空间进行离散化处理，计算光伏阵列附近空间任意场点的入射雷电磁场；

14、求解模块，配置为将光伏支架与组件边框分解为多个独立回路，建立每个独立回路的rl等效电路，根据所述入射雷电磁场计算穿过每个独立回路的雷电磁通，对所述雷电磁通关于时间求导得到每个独立回路的感应电动势，将所述感应电动势作为电压源代入所述rl等效电路，求解每个独立回路的感应电流；

15、第一叠加模块，配置为以每个独立回路导体上的感应电流作为线性激励源，计算每个导体在空间任意场点产生的散射场，对所有导体产生的散射场进行矢量叠加，得到由光伏阵列多分支导体结构产生的散射场；

16、第二叠加模块，配置为将所述入射雷电磁场与所述散射场进行矢量叠加，得到空间总磁场；

17、确定模块，配置为计算所述空间总磁场穿过光伏阵列直流缆线回路的磁通，根据所述磁通计算得到光伏阵列直流回路的雷击感应过电压。

18、第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法的步骤。

19、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法的步骤。

20、本申请的用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法及系统，充分考虑了光伏阵列多分支导体对空间电磁场的影响，提高了光伏阵列雷击感应电压的计算精度；采用“场-线”耦合模型可以避免常规电磁暂态计算方法对金属导体网格的巨大运算量，显著减小计算时间，适合对大规模光伏阵列雷击感应过电压的快速评估。

1.一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，所述根据雷电放电通道的几何形状建立雷电放电通道模型包括：

3.根据权利要求1所述的一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，所述在所述雷电放电通道模型所限定的雷电放电通道上，采用指数衰减修正传输线模型表示雷电回击电流，以雷电放电通道上的电流元作为偶极子源，基于偶极子法忽略雷电电磁场辐射分量，对时间和空间进行离散化处理，计算光伏阵列附近空间任意场点的入射雷电磁场包括：

4.根据权利要求1所述的一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，所述将光伏支架与组件边框分解为多个独立回路，建立每个独立回路的rl等效电路，根据所述入射雷电磁场计算穿过每个独立回路的雷电磁通，对所述雷电磁通关于时间求导得到每个独立回路的感应电动势，将所述感应电动势作为电压源代入所述rl等效电路，求解每个独立回路的感应电流包括：

5.根据权利要求1所述的一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，所述以每个独立回路导体上的感应电流作为线性激励源，计算每个导体在空间任意场点产生的散射场，对所有导体产生的散射场进行矢量叠加，得到由光伏阵列多分支导体结构产生的散射场包括：

6.根据权利要求1所述的一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析方法，其特征在于，所述计算所述空间总磁场穿过光伏阵列直流缆线回路的磁通，根据所述磁通计算得到光伏阵列直流回路的雷击感应过电压包括：

7.一种用于光伏阵列的雷击感应过电压分析系统，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的方法。