本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護控制，具體涉及一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法。

背景技術(shù)：

1、光能資源在世界分布均勻，不受地域限制，并且取之不盡用之不竭，是可再生能源中的重要分類。并且近年來，太陽能光伏發(fā)電的裝機規(guī)模不斷擴大，技術(shù)不斷創(chuàng)新，成本不斷下降，極大地提升了光伏發(fā)電行業(yè)的智能化水平。但是，在高速發(fā)展的同時，雷電對光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的損害是不可忽略的，當(dāng)雷擊太陽能發(fā)電矩陣、機器設(shè)備主機房或送出線路，其電壓在瞬間可能達到上萬伏，電流可達幾十安培，在歷經(jīng)其對地充放電過程時，因為雷電流的高溫?zé)犭娦?yīng)，在雷電流穿過的安全通道上，物件水分遇熱氣化而強烈澎漲，造成強勁的破壞性機械設(shè)備力，可使人體細胞、房屋建筑構(gòu)造、機器設(shè)備構(gòu)件等破裂粉碎，進而造成傷亡房屋建筑毀壞，及其機器設(shè)備損壞等。

2、傳統(tǒng)避雷針的防雷原理是“引雷入地”，但是長期實踐結(jié)果表明，傳統(tǒng)避雷針防雷效果不夠理想，而plp能夠使自己的電場強度高于被保護物2個數(shù)量級，與此同時他能向上和向下發(fā)射高濃度反極性的等離子體，向上的等離子體中和雷云電場，向下的等離子體形成一個保護罩把被保護設(shè)備包裹其中，使其免受雷擊。plp保護范圍為10倍的針端對地高差、保護角大概為84°-86°不等，遠遠大于傳統(tǒng)避雷針的保護范圍。并且現(xiàn)在針對光伏場站多支非等高plp安裝位置的計算方法還屬于空白。

3、因此，針對以上缺陷，本發(fā)明提出一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題本發(fā)明，本發(fā)明在結(jié)合雷電發(fā)生機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合等離子拒雷器（plasma?lightning?protector,?plp），提出了一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，給光伏場站防雷，減少雷電對光伏場站的危害，提供了有力的指導(dǎo)，對今后光伏場站防雷具有重要作用。

2、具體包括以下操作步驟：

3、step1、測量統(tǒng)計出該光伏場站的太陽能電池板、控制器等所需防雷設(shè)備的分布范圍，計算出該光伏場站的防護面積以及最高海拔與最低海拔。并設(shè)最低海拔點處的相對海拔為0。

4、step2、計算光伏場站各點與plp針端的相對水平距離與相對豎直距離，并統(tǒng)計出距plp針端相對水平距離最遠的點以及相對豎直距離最近的點。

5、step3、取plp的防護半徑為10倍的安裝高度，按式：

6、

7、計算雙支plp的最低安裝高度。

8、其中，r是滾球半徑，光伏場站屬于第三類防雷建筑物，所以取r=60m，l是被保護物的長，h是被保護物的相對高度，d是兩支plp之間的安裝距離。hn是設(shè)計保護高度，與被保護設(shè)備的尺寸有關(guān)，見表1.

9、表1?hn與被保護設(shè)備幾何尺寸的關(guān)系

10、

11、step4、按式：

12、

13、

14、計算兩支單針在地面上的保護半徑。

15、其中，?ha是桿塔a的安裝高度，hb是桿塔b的安裝高度，這里同樣是根據(jù)plp安裝說明書取10倍的安裝高度，當(dāng)情況不同時，可根據(jù)情況改變?nèi)≈怠?/p>

16、step5、按式：

17、

18、

19、分別計算桿塔a和桿塔b到o點的距離。

20、其中，o點是兩支plp同時作用時滾球的最低點e在地面上的豎直投影，oa和ob分別是桿塔a點和桿塔b點到o點的距離。

21、step6、按式：

22、

23、計算兩支plp同時作用時的弧的半徑。

24、其中，該滾球半徑是通過左邊桿塔構(gòu)建直角三角形同樣可以通過幾何關(guān)系得到，右邊桿塔也可以使用同樣的方法，得到相同的結(jié)果，即計算兩支plp同時作用，可以運用勾股定理得出。

25、step7、按式：

26、

27、計算在地面上每側(cè)的最小保護寬度。

28、其中，在圖1中，連接點aubv可以得到，四邊形aubv即雙支plp共同作用的范圍，而四邊形aubv之外是單支plp作用的范圍。

29、step8、解出桿塔a的頂端a1和桿塔b的頂端b1所對應(yīng)的圓方程，繼而可以寫出最低點e與o點之間的距離，即最低保護高度。

30、

31、只要被保護物的高度小于最小保護高度，即滿足需求。

32、step9、按式：

33、

34、

35、

36、計算出滾球上最低點m的坐標(biāo)。

37、式中，x、y、z分別為a、b、c三支非等高plp的頂點以及滾球上最低點m的空間坐標(biāo)；

38、由此可知，（xa，ya，za）是a點的空間坐標(biāo)，（xb，yb，zb）是b點的空間坐標(biāo)，（xc，yc，zc）是c點的空間坐標(biāo)，（xm，ym，zm）是m點的空間坐標(biāo)。

39、其中，如圖2所示，是三支非等高plp共同作用時的保護范圍示意圖。上述方程是根據(jù)如圖3所示的滾球的幾何關(guān)系得到，其中m是滾球的最低點，d是球面上除m點外的任意一點，l是m與d的水平距離。該方程計算出滾球上最低點m的坐標(biāo)。在這里會得到兩個坐標(biāo)，我們?nèi)坐標(biāo)小的那一個即是我們所求圓的最低點，即得到最小保護范圍，通過比較最小保護范圍與被保護設(shè)備的位置關(guān)系即可判斷是否滿足防雷需求。

40、step10、在計算多支非等高plp的保護范圍時，在外圍利用計算雙支非等高plp的方法，在內(nèi)部利用計算三支非等高plp的方法。通過比較最小保護范圍與最高被保護設(shè)備的位置關(guān)系即可判斷，是否滿足防雷需求。

41、有益效果

42、1、本發(fā)明將多支非等高plp的防護范圍計算劃分為兩支非等高plp與三支非等高plp的防護范圍計算，不僅簡化了計算，而且將計算區(qū)域劃分為了單支plp保護區(qū)域、雙支plp保護區(qū)域、三支plp保護區(qū)域。以便于后續(xù)按照防雷等級條件合理進行plp的布點優(yōu)化，且計算過程絕大多數(shù)是運用數(shù)學(xué)幾何知識進行計算，簡單可靠。

43、2、本發(fā)明將多支非等高plp合理運用于高原山地光伏場站，考慮到了多種復(fù)雜的地形地勢，使得該方法不僅有良好的經(jīng)濟性，并且適用于多種場合的plp的優(yōu)化布點的計算。

技術(shù)特征：

1.一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，所述step1中所描述的需要防雷的設(shè)備包括太陽能光伏板、控制器、逆變器、輻照儀、匯流箱和中央控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，所述step3中，計算出的是雙支plp的最低安裝高度，在實際應(yīng)用中，矮針的安裝高度不應(yīng)低于h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，所述step4取plp的保護范圍為10倍的安裝高度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，所述step6中，計算兩支plp同時作用，可以運用勾股定理得出。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高原山地光伏場站多支非等高plp安裝位置計算方法，其特征在于，所述step8中，只要被保護物的高度小于最小保護高度，即滿足安裝防雷需求。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高原山地光伏場站多支非等高PLP安裝位置計算方法，屬于電力系統(tǒng)保護控制領(lǐng)域。所述方法包括：確定該光伏場站所需的防護面積與該光伏場站所需防護面積的最高海拔與最低海拔；計算光伏場站各點與PLP針端的相對水平距離與相對豎直距離；根據(jù)被保護物的長度、高度等特征計算PLP安裝的最低高度；運用滾球法計算雙支PLP的防護范圍；運用滾球法計算三支PLP的防護范圍；根據(jù)在光伏場站外圍運用雙支PLP的防護范圍計算方法、在光伏場站的內(nèi)圍根據(jù)運用三支PLP的防護范圍計算方法綜合計算出多支非等高PLP的最優(yōu)安裝方法。經(jīng)大量實證數(shù)據(jù)與高原山地光伏場站PLP布點案例說明了該方法的可行性與經(jīng)濟性，可廣泛用于高原山地光伏場站的PLP的布點優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：束洪春,張宇帆,唐玉濤,韓一鳴,婁偉杰
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10