一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法技术

本发明专利技术提出一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法，属于电工领域的雷电监测技术领域。该方法首先通过人工引雷方法获取远距离实测闪电垂直电场数据，并对实测闪电垂直电场数据进行平滑去噪，消除实测闪电垂直电场数据中的噪声信号，得到实测闪电垂直电场片段；考虑电场测量点所在土壤的反射作用，确定土壤衰减函数在时域的表达式后，利用粒子群算法搜索得到最优的闪电基底电流和回击速度；最后计算得到闪电通道中电荷密度的分布。本发明专利技术克服了闪电基底电流直接测量，回击速度和闪电通道电荷密度直接测量难以获得这一不足，适用范围广，有助于电力系统采用更有效的防雷防护措施。

A method of obtaining lightning parameters using measured vertical electric field of lightning

The invention provides a method for obtaining lightning parameters by using a vertical electric field measured by lightning, belonging to the technical field of lightning monitoring in the field of electrical engineering. The method begins by artificial lightning distance method to obtain the measured data and the vertical electric field of lightning, lightning measured vertical electric field smoothing denoising, eliminate the noise signal measured lightning vertical electric field data, obtains the measured vertical electric field of lightning fragment; reflection electric field measuring point of the soil, the soil to determine the attenuation function in time domain after expression, search to get lightning current and speed at the optimal substrate using particle swarm algorithm; finally, calculate the distribution of charge density in the lightning channel. The invention overcomes the direct measurement of lightning base current, back speed and lightning channel charge density direct measurement is difficult to obtain it, wide application range, contribute to the power system by lightning protection measures more effective.

【技术实现步骤摘要】
一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法
本专利技术属于电工领域的雷电监测
，特别涉及一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法。
技术介绍
雷电是十大自然灾害之一。它瞬间产生的大电流、高电压和强电磁场，不仅会造成人畜伤亡，对人类赖以生存的自然资源和人类创造的物质财富有巨大的破坏作用，而且还常给电力、通信、石油化工、航空航天、铁道交通，乃至金融证券等国民经济部门的设备设施带来损坏。因此，雷电现象、雷电物理、雷电预警与防护等问题仍是大气电学、电力系统、放电物理等领域的热点研究问题。闪电基底电流(亦称雷电基底电流)是指雷电通道最底端的雷电流，闪电基底电流是由闪电所产生的大电流，是影响建筑物和电子设备的主要源头，故了解闪电基底电流的特性是防雷的基础。闪电基底电流的获得一般有两种方法：1)直接测量；2)反演法。直接测量就是指，利用安装在高塔上的电流传感器直接测量闪电击在此高塔上时所产生的闪电基底电流。由于闪电的闪击点是随机的，若闪击点不在高塔上则测量不到闪电基底电流，故此种方法的适用范围不大。反演法就是指，利用闪电所产生的电磁场，通过计算模型，反推得到闪电基底电流，M.Izadia于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法，其中，闪电参数包括：闪电基底电流、回击速度和闪电通道电荷密度分布，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)利用人工引雷方法获取远距离实测闪电垂直电场数据，并对实测闪电垂直电场数据进行平滑去噪，消除实测闪电垂直电场数据中的噪声信号，得到实测闪电垂直电场片段；具体步骤如下：1‑1)在人工引雷杆底部水平距离为d的远处安装电场传感器，d>10km，d即为电场测量点距离闪电通道的水平距离；1‑2)当成功进行人工引雷试验时，利用电场传感器，测量得到人工触发闪电的在远距离所产生的垂直电场，从而获得实测闪电垂直电场数据；从实测闪电垂直电场数据中截取N个采样点的波形...

【技术特征摘要】
1.一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法，其中，闪电参数包括：闪电基底电流、回击速度和闪电通道电荷密度分布，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)利用人工引雷方法获取远距离实测闪电垂直电场数据，并对实测闪电垂直电场数据进行平滑去噪，消除实测闪电垂直电场数据中的噪声信号，得到实测闪电垂直电场片段；具体步骤如下：1-1)在人工引雷杆底部水平距离为d的远处安装电场传感器，d>10km，d即为电场测量点距离闪电通道的水平距离；1-2)当成功进行人工引雷试验时，利用电场传感器，测量得到人工触发闪电的在远距离所产生的垂直电场，从而获得实测闪电垂直电场数据；从实测闪电垂直电场数据中截取N个采样点的波形段，起止点分别记为[j,j+199]，其中j点是人工触发闪电发生时电场最先开始出现变化的第一个零点；1-3)将步骤1-2)截取得到的实测闪电垂直电场数据N个采样点组成的电场波形段，进行平滑去噪处理，消除实测闪电垂直电场波形段数据中的噪声信号，得到实测闪电垂直电场片段Emeasure；2)考虑电场测量点所在土壤的反射作用，确定土壤衰减函数在时域的表达式；具体包括以下步骤：2-1)确定土壤衰减函数的基本参数，包括：第一层土壤的电导率σ1，第二层土壤的电导率σ2，第一层土壤的相对介电常数εr1，第二层土壤的相对介电常数εr2，以及第一层土壤的厚度h1；2-2)土壤衰减函数代表土壤对闪电电场的衰减作用，表达式如式(1)所示：式中，Wstr是土壤衰减函数，ω是角频率，erfc是复值误差函数，p是中间参数，p的计算公式如下：式中，μ0是真空磁导率，ε0是真空介电常数，其余参数均为计算p所需的中间参数；通过式(1)-(10)计算得到在频域的土壤衰减函数的表达式Wstr(d,jω)，然后通过傅里叶反变换得到在时域的土壤衰减函数的表达式wstr(d,t)；3)利用粒子群算法搜索得到最优的闪电基底电流和回击速度；具体包括以下步骤：3-1)采用粒子群算法，令粒子群算法中每个粒子代表与闪电基底电流和回击速度相关的一组参数，包括：Im，tm，a，bi，ci,n，vm,av,zm,y1,y2,w1,w2,z0；其中，Im是峰值电流，tm是峰值雷电流对应的峰值时间，vm为回击速度最大值，a和bi分别为波头参数和波尾参数，i＝1，2，…，n，ci为权重参数，n为波尾可调参数，av、y1和y2为调节参数，zm为对应于最大回击速度的高度，w1和w2为权重参数，z0为速度中间变量；3-2)利用在第k次迭代时得到的Np个粒子值，Np代表粒子群的粒子总个数，根据式(11)和式(12)计算得到每一个粒子值所对应的闪电基底电流和回击速度，并根据式(13)计算得到每一个粒子值所对应的理想大地下的闪电垂直电场：式中，i(0,t)是闪电基底电流，t是时间，中间参数

【专利技术属性】
技术研发人员：何金良，余占清，杨滚，陈水明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11