考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法技术

本发明专利技术涉及风力发电雷电防护技术，具体涉及考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，将先导发展模型与旋转风机叶尖电晕放电电荷分布模型相耦合，仿真计算程序通过Matlab和Comsol Multiphysics联合编程实现，仿真计算中建模剖分以及电磁场计算通过Comsol实现；以下行先导开始步进为t＝0时刻，通过Matlab调用Comsol中每一时间步长下的计算结果，并进行循环判断，为下一步长计算赋予新的计算初值；循环得到不同雷电流幅值下的雷电击距，拟合得到雷电流与雷电击距的关系式。该方法有助于减少因雷击造成的叶片损坏事故，保证风机安全稳定运行。保证风机安全稳定运行。保证风机安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法


[0001]本专利技术属于风力发电雷电防护
，特别涉及考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法。

技术介绍

[0002]随着风力发电机装机容量不断增加，风力发电机高度也日益增高，雷击风力发电机逐渐成为威胁风电场安全稳定运行的主要因素之一。叶片是风力发电机中最易遭受雷击且最脆弱的部分，因此所有叶片均具有防雷系统，以减少此类事故发生时的影响。尽管如此，在极端的情况下，通常还是会在叶片的雷电附着点周围观察到焦烧损坏和开裂，以及翼梁断裂，分离和表面撕裂。叶片雷击损坏事故将会带来巨大的停电损失，不仅会产生较大的维修费用，还会对风电并网的电能质量造成影响，干扰新能源系统并网的稳定性。
[0003]风机在遭受雷击时，叶片常处于旋转状态，对于兆瓦级风机，其叶尖最大离地高度已超过200m，叶尖线速度能达到100m/s以上，由于一次雷击过程持续时间在几十到上百毫秒，因此，雷击放电期间叶片产生的空间位移不可忽略，这使得风机遭受雷击过程可能与静止的高耸目标物存在明显的差异。然而，由于目前针对旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，其特征在于，将先导发展模型与旋转风机叶尖电晕放电电荷分布模型相耦合，仿真计算程序通过Matlab和Comsol Multiphysics联合编程实现，仿真计算中建模剖分以及电磁场计算通过Comsol实现；以下行先导开始步进为t＝0时刻，通过Matlab调用Comsol中每一时间步长下的计算结果，并进行循环判断，为下一步长计算赋予新的计算初值；循环得到不同雷电流幅值下的雷电击距，将其拟合得到雷电流与雷电击距的关系公式。2.根据权利要求1所述考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：在Comsol中建立风机三维实物模型，将接闪器表面最大电场位置作为上行先导起始位置；建立负极性下行先导发展模型，输入雷云背景电势参数，输入下行先导头部位置；下行先导步进，计算接闪器表面场强；判断电晕是否起始；计算叶尖表面附近背景电势分布；计算二次电晕的电荷量；计算叶尖电晕电荷影响的叶尖电位分布；判断上行先导是否稳定发展；先导稳定起始，计算雷电击距。3.根据权利要求1所述考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，其特征在于，下行先导发展模型采用Cooray提出的通道电荷总量及电荷密度分布模型，下行先导采用竖直发展模型，下行先导发展速度选取为2
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105m/s。4.根据权利要求1所述考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，其特征在于，判断电晕是否起始：初始电晕产生的条件是初始电子崩所产生的空间正离子大于临界值，从而支持二次电子崩的发展；初始电子崩所产生的正离子数量N满足下式：其中，α和η分别为碰撞电离系数和附着系数；E为空间电场强度，单位V/m；R为碰撞电离的边界α(E)＝η(E)，单位m；电极的曲率半径为R0；x为初始电子崩头部至电极表面的距离，单位m；N
cri
为维持电晕自持发展的空间正离子临界数量，取0.55
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108。5.根据权利要求1所述考虑旋转风机叶尖电晕电荷影响的雷电先导发展计算方法，其特征在于，计算叶尖表面附近背景电势分布：流注区空间电荷作用后的背景电位分布U
2(0)
在流注区内为斜率一定的直线段，l
L
为先导头部位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓冶强，许军，杨仟慧，方超颖，王羽，吴强，文习山，陈小月，陈少康，谢文炳，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：