一种基于大气电场仪和雷云移动的雷电预警方法技术

一种基于大气电场仪和雷云移动的雷电预警方法，通过多普勒雷达获取雷达回波定位数据，使用空间交叉相关计算可以获得的雷电云的移动矢量；使用大气电场仪可以获取到雷电发生前后该地区的电场强度矩阵图，并将该地区的电场矩阵图划分为若干块区域矩阵图；提取雷电发生前后该区域的电场矩阵图，通过对比分析可以得出电场强度变化值；结合雷电云的移动矢量，可以确定雷电云即将移动到的区域即为雷电预警区域；将该预警区域的电场强度矩阵与电场强度变化值进行关联分析，最终得出雷电预警区域的电场强度矩阵，从而实现雷电预警功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大气电场监测和多普勒雷电
，具体的指一种利用多普勒雷达 技术进行雷云追踪，并通过大气电场监测技术预测电场强度的雷电预警方法。
技术介绍
随着电网的不断发展，电力输电线路，设备，杆塔发生雷击事故的比例不断增加， 传统的监控预警模式和管理手段已经无法满足"合理规划、科学管理、优质服务"的要求。在 取得发展的同时，雷电灾害信息的处理和统计也存在一定的问题，具体表现在以下几个方 面。如：雷电预报数据发布不及时；雷电预报数据地理位置不准确；雷击事故发生后上报不 及时。这些问题的存在给电网安全运行、维护造成了很大的困难，运维成本居高不下；另一 方面也影响着输电线路以及设备的更进一步合理规划和建设。 雷电是造成云南输电线路跳闸主要因素，作为"西电东送"、"云电外送"的主体支 撑者，云南电网的安全稳定运行对本省清洁能源送出目标具有积极的推动作用，这也对云 南电网雷电监测与防护能力提出了更高的要求。与传统的雷电防护技术相比，雷电预警是 实现电网雷害主动性防御必要技术，可实现在雷雨到来前，依据预警信息提前制定调度、应 急预案，合理配置输电线路、变电站与发电厂的工作状态，保障电网安全和减少因停电给用 户带来的经济损失。 本专利技术的目的是，针对雷云的移动来实现对雷电的预警，通过现有的大气电场监 测技术获取电场强度数据，研宄分析雷电发生前后电场强度的变化矩阵，再分析多普勒雷 达监测数据，确定出雷云的移动矢量并推测出雷电预警区域，结合大气电场监测的电场强 度数据和电场强度变化矩阵就能得出雷电预警矩阵。 本专利技术的技术解决方案步骤如下： 步骤1，通过气象监测网获取多普勒雷达的回波反射数据，根据空间交叉相关计 算，计算公式如下： 计算出来的相关系数逐一比较，取最大相关系数，作为该区域在下一时刻的位置， 把本时刻区域中心点和下一时刻区域中心点相连，就能得出雷电定位矩阵的移动矢量泛 步骤2,将雷电发生前的时间定为h，发生时的时间定为h，预警的雷电发生时间 为t2;通过大气电场仪监测系统获取％时刻的电场强度数据，制作为电场强度矩阵A ;并获 取在h时刻的电场强度数据，制作电场强度矩阵B; 步骤3,将雷电预警的区域在矩阵A和矩阵B中的部分截取出来，分别制作雷电子 矩阵A1和雷电子矩阵B1，通过分析两个雷电矩阵的电场强度值，获取雷电定位数据生成前 后的电场强度的变化度，用矩阵中每一个点进行关联性分析，获取变化度的矩阵F。变化度 计算公式如下： 步骤4,通过结合雷电定位矩阵以及测算出的移动矢量f，推测下一个预警区域， 并在矩阵B中得到预警区域的电场强度矩阵图B2,通过电场强度变化矩阵F，获取t2时刻 的雷电预警区域预警矩阵图B2' ;雷电预警矩阵计算公式如下： B2=B B2' = B2*F〇 公式字母说明： F:变化度矩阵 B1 :^时刻的电场强度矩阵的子矩阵 A1 时刻的电场强度矩阵的子矩阵 A :t。时刻的电场强度数据 B 4时刻的电场强度数据 R :空间交叉相关系数； K:雷电场的移动次数 Z1:tl时刻的雷达回波定位场 Z2:t2时刻的雷达回波定位场 N :划分出的雷达回波场区域数 蕾:雷电定位矩阵的移动矢量 B2' :t2时刻的雷电预警区域预警矩阵图 本专利技术的优点是： 1.通过多普勒雷达进行数据监测和分析获得雷云的移动矢量，这样对雷云进行的 预测可以根据自己的需求进行调节，而不需要气象局给的固定位置的雷电预警数据。 2.通过大气电场仪获取电场强度，最终进行预警得出的矩阵为电场强度矩阵更加 适用于电网系统，而区别于气象局提供的雷电产生的概率矩阵。【附图说明】 图1为本专利技术方法的总体流程图。【具体实施方式】 本专利技术为基于大气电场仪和雷云移动的雷电预警方法。其特征是通过使用多普勒 雷电获取雷达回波数据，通过空间交叉相关计算得出雷电云的位移矢量；并根据位移矢量 确定出雷电预警的区域；通过大气电场仪收集雷电发生前后的电场强度值，计算出雷电发 生前后电场强度的变化值；结合雷电预警区域的电场强度可以计算出雷电预警区域的雷电 发生时的电场强度值；从而实现一种雷电的电场强度预警。流程图如图1所示。 1)首先是收集安装在雷电发生区域的多普勒雷达的回波数据，采用交叉相关外 推算法计算雷电云的位移矢量。交叉相关外推算法主要是利用求最优化空间相关的方法， 建立不同时次雷达回波的最佳拟合关系，从而达到追踪一定区域内雷达回波在过去的移动 特征，然后通过这些特征来外推确定回波未来的位置和形状；交叉相关算法的核心就是通 过计算连续时次雷达回波不同区域的最优空间相关系数，来确定回波在过去的移动矢量特 征。 2)首先将极坐标格式的雷达回波资料插值并转换到规则的三位直角坐标系中； 其次，取能代表对流水平特征的一层雷达回波场，将该二维回波场按lKMxlKM分成若干个 大小相等的正方形"区域"，这些"区域"均包含相同的资料点数；然后，将第一时刻tl的每 个"区域"分别与下一时刻t2(t2 = tl+At)的所有"区域"做空间交叉相关计算，其相关 系数记为R，计算公式为 计算出来的相关系数逐一比较，取最大相关系数，作为该区域在下一时刻的位置， 把本时刻区域中心点和下一时刻区域中心点相连，就得到该区域回波的移动矢量f; 3)通过安装在雷电发生的区域的大气电场仪装置，能够获得雷电发生前后，该区 域的电场强度值。将雷电发生前的时间定为h，发生时的时间定为h，预警的雷电发生时间 为t 2;通过大气电场仪监测系统获取％时刻的电场强度数据，制作为电场强度矩阵A ;并获 取在h时刻的电场强度数据，制作电场强度矩阵B ; 4)将矩阵图划分为若干块区域，从中截取出雷电发生区域部分的矩阵，制作出子 矩阵A1和B1，通过分析两个雷电矩阵的电场强度值，获取雷电定位数据生成前后的电场强 度的变化度，用矩阵中每一个点进行关联性分析，获取变化度的矩阵F ;变化度计算公式如 下： 5)根据雷电发生后的矩阵图B以及发生区域B1，结合测算出的移动矢量f，可以推 测出雷电云即将移动到的区域，并在矩阵B中找到该区域对应的矩阵B2,通过电场强度变 化矩阵F进行计算。雷电预警矩阵计算公式如下： B2=B*V B2' = B2*F 通过该计算公式，就能得到t2时刻的雷电预警区域预警矩阵图B2'，该预警矩阵 图为电流值预警矩阵图。 公式字母说明： F :变化度矩阵 B1七时刻的电场强度矩阵的子矩阵 A1 时刻的电场强度矩阵的子矩阵 A :t。时刻的电场强度数据 B心时刻的电场强度数据 R:空间交叉相关系数； K:雷电场的移动次数 Z1:tl时刻的雷达回波定位场 Z2:t2时刻的雷达回波定位场 N :划分出的雷达回波场区域数 f:雷电定位矩阵的移动矢量 B2' :t2时刻的雷电预警区域预警矩阵图 具体实施例： 提取几组多普勒雷达数据进行分析： 多普勒数据表 列表字母说明： PRF :电场影响值 r_:雷电云与预测区域的距离 V_:风的移动速度 通过空间交叉相关计算，计算出R值，R分别为0. 11232、0.3123、0.2541、0.6678、 0. 3532、0. 7985、0. 4589,取R最大0. 7985,计算出雷云移动方向守=2. 134; 之后提取大气电场仪数据进行分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大气电场仪和雷云移动的雷电预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过气象监测网获取多普勒雷达的回波反射数据，根据空间交叉相关计算，计算公式如下：R=Σk[Z1(k)*Z2-(k)]-1NΣkZ1(k)ΣkZ2(k)[(ΣkZ12(k)-NZ12‾)*(ΣkZ22(k)-NZ22‾)]]]>其中R空间交叉相关系数，Z1(k)为t1时刻的雷达回波定位场，Z2(k)为t2时刻的雷达回波定位场，k为雷电场的移动次数，N为划分出的雷达回波场区域数；为计算出来的相关系数逐一比较，取最大相关系数，作为该区域在下一时刻的位置，把本时刻区域中心点和下一时区域中心点相连，就能得出雷电定位矩阵的移动矢量步骤2：将雷电发生前的时间定为t0，发生时的时间定为t1，预警的雷电发生时间为t2。通过大气电场仪监测系统获取t0时刻的电场强度数据，制作为电场强度矩阵A；并获取在t1时刻的电场强度数据，制作电场强度矩阵B；步骤3：将雷电预警的区域在矩阵A和矩阵B中的部分截取出来，分别制作雷电子矩阵A1和雷电子矩阵B1，通过分析两个雷电矩阵的电场强度值，获取雷电定位数据生成前后的电场强度的变化度，用矩阵中每一个点进行关联性分析，获取变化度的矩阵F；变化度计算公式如下：F=B1A1]]>步骤4：通过结合雷电定位矩阵以及测算出的移动矢量推测下一个预警区域，并在矩阵B中得到预警区域的电场强度矩阵图B2，通过电场强度变化矩阵F，获取t2时刻的雷电预警区域预警矩阵图B2`；雷电预警矩阵计算公式如下：B2=B*V→]]>B2`＝B2*F。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，梁仕斌，黄然，申元，吴云龙，王一风，
申请(专利权)人：云南电力试验研究院集团有限公司，云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53