山地分散式风电接地与防雷系统及施工方法与流程

本发明涉及风力发电雷电防护，具体地说，涉及山地分散式风电接地与防雷系统及施工方法。

背景技术：

1、现有接地与雷电防护技术经过数十年工程实践与迭代，已形成完善的标准体系与成熟实施方案，在平原地区集中式风电场与城市变电站与工业厂区等土壤参数相对均一、接地网集中连片布置、雷暴活动规律稳定的场景中，可实现稳定可靠的雷电防护效果，相关参数阈值与控制逻辑均围绕上述常规场景的典型特征设计，能够满足常规场景的防护需求，随着风电开发向山地资源区域延伸，山地分散式风电项目的机位多沿山脊分散布置，项目区域内地形起伏幅度大，不同位置土壤类型与厚度存在明显差异，土壤导电能力随局地温度与含水率与坡面径流情况动态变化，山脊等突出地形的引雷效应使雷暴活动呈现明显的局部分布特征，集电线路多采用架空段与埋地段混合敷设的方式，雷电波传播过程更为复杂，现有技术采用的固定参数接地模型基于均一土壤假设构建，无法反映山地土壤导电能力的空间差异与动态变化，固定权重的散流分配方式未考虑雷暴移动过程中的局部散流压力变化，被动触发的浪涌泄放方式无法匹配混合电缆段的陡波传播速度，开环运行的控制模式未将现场实际运行状态反馈至模型迭代环节，应用于山地分散式风电场景时，会出现散流能力利用不充分、局部接地点过载、泄放动作滞后的现象，存在进一步优化提升的空间，为了解决这一问题，我们提供了山地分散式风电接地与防雷系统及施工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供山地分散式风电接地与防雷系统及施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，提供了山地分散式风电接地与防雷系统，与山地分散式风电机组、带可控散流支路的接地硬件模组、带可控泄放通路的电缆防雷模组以及现场传感模组电性连接，包括山地接地特征动态建模单元、接地点散流协同优化单元、电缆过渡防雷主动控制单元以及多节点状态融合管控单元；

3、山地接地特征动态建模单元接入地形数据、土壤电阻率数据以及雷电活动数据，并进行融合计算，生成山地散流特征图谱，同步输出至接地点散流协同优化单元与电缆过渡防雷主动控制单元；

4、接地点散流协同优化单元基于山地散流特征图谱计算各接地点的散流权重分配指令，并下发至接地硬件模组，用于预调整可控散流支路的导通状态，雷暴预警时段同步将散流权重的预调整结果发送至电缆过渡防雷主动控制单元；

5、电缆过渡防雷主动控制单元结合散流权重的预调整结果与实时监测数据完成浪涌预判计算，提前输出触发指令至电缆防雷模组，以导通对应泄放通路，并将触发执行状态回传至山地接地特征动态建模单元；

6、多节点状态融合管控单元接入全节点运行数据完成异常识别与预警，获取修正参数，并将修正参数回传至山地接地特征动态建模单元迭代更新山地散流特征图谱。

7、本发明目的之二在于，提供了用于实现包括上述任意一项的山地分散式风电接地与防雷系统的施工方法，包括以下步骤：

8、s1、接入地形数据、土壤电阻率数据以及雷电活动数据，完成预处理后进行融合计算，生成山地散流特征图谱；

9、s2、基于山地散流特征图谱计算各接地点的散流权重分配指令，将散流权重分配指令下发至接地硬件模组，完成可控散流支路导通状态的预调整，通过多源雷电数据分级判定确定雷暴预警时段，在雷暴预警时段将散流权重的预调整结果同步发送至浪涌预判环节；

10、s3、结合散流权重的预调整结果与实时监测数据完成浪涌预判计算，根据可控泄放通路的固有导通动作时长确定指令提前发送时间，提前输出触发指令至电缆防雷模组，按照对应接地点散流权重排序导通计算得到数量的可控泄放通路，完成雷电浪涌的主动引导泄放，将触发执行状态回传至多源数据融合建模环节；

11、s4、接入全节点运行数据完成接地侧与防雷侧的异常识别与预警，根据不同异常类型提取对应修正参数，将修正参数回传至多源数据融合建模环节，迭代更新山地散流特征图谱。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、本发明通过带多因子修正的动态散流图谱建模与多约束散流权重动态分配与地形适配雷暴分级预警与频率相关浪涌主动预判与多节点状态闭环迭代的全流程主动防护技术手段，解决山地分散式风电场景下固定参数接地模型地形适配性差、散流能力分配不均易出现单点过载、浪涌泄放被动滞后、运行模型与现场实际状态脱节的问题，实现山地复杂地形下接地散流能力的动态优化与雷电浪涌的精准主动泄放，有效降低山地风电雷击故障概率，延长接地与防雷设备使用寿命。

1.山地分散式风电接地与防雷系统，与山地分散式风电机组、带可控散流支路的接地硬件模组、带可控泄放通路的电缆防雷模组以及现场传感模组电性连接，其特征在于，包括山地接地特征动态建模单元、接地点散流协同优化单元、电缆过渡防雷主动控制单元以及多节点状态融合管控单元；

2.根据权利要求1所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：地形数据包含前期测绘得到的山地高程坡度坡向基础数据以及每次接地施工、风机点位调整、电缆路由变更后同步更新的实际地形变更数据，土壤电阻率数据由布设在每个接地点不同土层深度的电阻率采集装置按固定周期采集得到，采集过程同步获取对应点位的土壤含水率与土层温度数据完成电阻率数值校正，雷电活动数据由风电场本地布设的大气电场采集装置、行波监测装置采集的本地电场强度与雷电临近信号，和接入区域雷电定位系统得到的落雷位置、雷电流幅值以及雷电移动路径数据共同组成，所有采集到的地形数据、土壤电阻率数据以及雷电活动数据均完成预处理后，再进行融合计算，生成山地散流特征图谱。

3.根据权利要求2所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：使用山地高程坡度坡向基础数据叠加实际地形变更数据，生成覆盖全部风场范围的山地三维地形网格模型，将经数值校正后的土壤电阻率数据结合对应点位的土壤含水率与土层温度，按照采集点位坐标映射到山地三维地形网格模型的对应网格位置，生成全区域土壤电阻率分布图层，将本地电场强度、雷电临近信号结合落雷位置、雷电流幅值以及雷电移动路径数据，按照空间坐标与时间序列匹配计算每个网格点位的雷电发生概率，生成区域雷电风险概率分布图层，将全区域土壤电阻率分布图层与区域雷电风险概率分布图层做逐网格空间对齐，为每个网格点位赋值对应散流能力权重与雷电防护等级，最终生成随采集数据更新动态变化的山地散流特征图谱。

4.根据权利要求3所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：从山地散流特征图谱中提取每个接地点所在网格位置对应的散流能力权重与雷电防护等级，结合每个接地点所连接可控散流支路的固有额定导通容量与对应位置散流能力权重，计算得到每个接地点的最大可分配散流占比，根据对应网格位置的雷电防护等级确定每个接地点的散流优先级，按照各接地点的最大可分配散流占比均衡分配散流权重，雷暴预警时段结合雷电移动路径数据，将雷电移动路径覆盖范围内、当前分配散流权重超出自身最大可分配散流占比的接地点的多余散流权重转移至周边未处于雷电覆盖范围、最大可分配散流占比存在剩余容量的接地点，避免单点散流过载，根据最终确定的各接地点的散流权重，匹配生成对应可控散流支路的导通数量与导通时长控制参数，组合形成散流权重分配指令下发至接地硬件模组，同时在雷暴预警时段同步生成散流权重的预调整结果发送至电缆过渡防雷主动控制单元。

5.根据权利要求4所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：接地硬件模组接收到散流权重分配指令后，解析散流权重分配指令中携带的各接地点对应的导通数量与导通时长控制参数，核对每个接地点当前已导通可控散流支路的总固有额定导通容量与该接地点分配到的散流权重，计算得到两者的匹配差值，调整时，对于匹配差值为正值的接地点，记为待增加散流能力的接地点，按照对应可控散流支路的散流能力权重排序，逐次导通未投入的可控散流支路，直到已导通可控散流支路的总固有额定导通容量与分配到的散流权重匹配，对于匹配差值为负值的接地点，记为待减少散流能力的接地点，逐次关断已导通的可控散流支路，直到总固有额定导通容量与分配到的散流权重匹配，雷暴预警时段的预调整除了完成上述调整动作外，根据接收到的散流权重的预调整结果确定冗余导通的预留数量，对接收转移散流权重的接地点额外导通预留数量的可控散流支路以预留散流冗余容量，对转出散流权重的接地点保持对应散流权重要求数量的可控散流支路导通，所有可控散流支路调整完成后，逐点校验每个接地点的实际导通状态与散流权重分配指令要求一致，生成导通状态调整完成标识，并上传至多节点状态融合管控单元。

6.根据权利要求5所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：雷暴预警时段的具体判定过程为：

7.根据权利要求6所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：雷暴预警时段接入散流权重的预调整结果，汇总架空电缆与埋地电缆的衔接位置周边所有接地点的散流权重，计算得到衔接位置周边总散流能力，同时接入布设在架空电缆与埋地电缆的衔接位置的行波监测装置采集的电缆行波信号、实时本地电场强度、实时雷电流幅值以及雷电移动路径数据，根据雷电移动路径数据与雷暴到达预计时长初步计算浪涌到达衔接位置的时间窗口，实时识别电缆行波信号的波形特征，当波形特征匹配雷电浪涌波形时，结合实时雷电流幅值与预先标定的电缆传输衰减系数计算浪涌到达衔接位置的实际幅值，其中电缆传输衰减系数为根据电缆型号与敷设长度预先标定的固定计算参数，将实际幅值与衔接位置周边总散流能力对比，当实际幅值超出电缆防雷模组中保持导通状态的常通泄放通路的额定泄放能力时，根据实际幅值与衔接位置周边总散流能力的差值计算需要额外导通的可控泄放通路数量，生成触发指令输出至电缆防雷模组，同时记录触发时间、导通通路数量与实际幅值，生成触发执行状态，回传至山地接地特征动态建模单元。

8.根据权利要求7所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：所述提前输出触发指令至电缆防雷模组，以导通对应泄放通路的具体过程为：

9.根据权利要求1所述的山地分散式风电接地与防雷系统，其特征在于：多节点状态融合管控单元接入全节点运行数据完成异常识别与预警，获取修正参数的具体过程为：

10.用于实现包括权利要求1-9中任意一项所述的山地分散式风电接地与防雷系统的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：