一种基于PLP与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法

本技术涉及电力系统雷电防护，尤其涉及一种基于plp与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法。

背景技术：

1、光伏场站由于光伏组件、二次设备、箱变和逆变器等光伏场站典型设备在大气环境下工作，容易在雷暴天气时受到雷击，导致设备受损或停机。长期下来，这不仅会造成设备损失，还可能引发电网安全隐患。

2、因此，为了保护光伏场站免受雷击的影响，安装避雷装置成为了重要的保护措施。避雷装置按类型可分为主动避雷装置和被动避雷装置。常规的被动避雷装置（如避雷针、提前放电避雷针、消雷器），其主要工作原理是通过引导雷电对其放电，使雷电流迅速流入大地，与此同时地电位抬升，可能会导致二次设备和箱变受损。且避雷装置本身在遭受雷击时可能会产生高电压和电流，如果安装不当或维护不善，可能会引发新的安全风险，如电击或火灾等。而等离子拒雷器（plasma lightning protector, plp）是完全不同于被动防雷方式的非接闪机理的主动拒雷装置。参见图2，图2是本技术一些实施例的plp的结构示意图，其包括底座、针座和阵列抗雷针管。plp在无源工况下可以发散大于10ma～30ma的电离消散电流，中和雷云电荷及其在地面感应的电荷，使雷云与地面间成为漏电的坏电容而不能被充电至形成雷电先导的水平，也即不能达到雷电击穿地面目标的场强水平，实现在84°~86°宽范围的抗雷保护。此外plp还具有良好的电磁兼容性，可以通过消散电流向地面和空中双向发散消弱雷云电场对基站电磁信号的干扰，而其自身产生的等离子体对基站电磁信号呈通透性而不会造成屏蔽和衰减干扰。因此plp能够实现对直击雷的非接闪式防护，同时也能实现对直击雷引起的感应过电压和直击雷形成条件引起的滚地雷的防护。由此说明plp在避雷方面具有优秀的性能，可将其应用于光伏场站的雷电防护。

3、然而，plp的保护范围并不是一个固定的、明确的区域，而是根据其高度、周围环境以及雷电活动的特性等多种因素综合确定的，且plp的保护范围内也存在防护薄弱的区域。若能准确确定各区域的防雷强度，那么就可以对防护薄弱区域采取针对性的优化措施，从而提升光伏场站的防雷能力，降低雷电对设备的损害风险。

4、因此，亟需提供一种基于plp与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法，以提高光伏场站的防雷能力。

5、上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种基于plp与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法，旨在提高光伏场站的防雷能力。

2、为实现上述目的，本技术实施例提供一种基于plp与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法，所述基于plp与屏蔽索联合的光伏场站分区雷电防护的方法包括以下：

3、根据plp的保护范围半径，确定plp的对地高差；

4、在支撑杆的第一部位和第二部位各装配3根屏蔽索，其中所述支撑杆与所述plp的底座柔性连接，以用于通过设置所述支撑杆的竖直高度使所述plp满足所述对地高差，所述屏蔽索一端与所述支撑杆表面抵顶，另一端向远离所述支撑杆方向倾斜并与地面接触；

5、确定所述plp满足所述对地高差时，所述支撑杆的顶部装配的所述屏蔽索构成的第一等势屏蔽面、以及所述支撑杆的中部装配的所述屏蔽索构成的第二等势屏蔽面；

6、根据所述plp的保护范围、所述第一等势屏蔽面和所述第二等势屏蔽面的保护范围划分光伏场站的雷电防护等级。

7、可选地，所述第一部位和所述第二部位均为所述支撑杆表面的一个周向环面。

8、可选地，所述第一部位和所述第二部位装配的每根屏蔽索之间间隔120°。

9、可选地，所述第一部位的竖直高度大于所述第二部位的竖直高度。

10、可选地，所述第一部位为所述支撑杆的顶部，所述第二部位为所述支撑杆的中部。

11、可选地，所述屏蔽索与地面的倾角为30°或45°。

12、可选地，所述确定所述plp满足所述对地高差时，所述支撑杆的顶部装配的所述屏蔽索构成的第一等势屏蔽面、以及所述支撑杆的中部装配的所述屏蔽索构成的第二等势屏蔽面的步骤包括：

13、基于所述支撑杆和所述屏蔽索构建空间直角坐标系；

14、在所述空间直角坐标系中根据平面中定点和法向量的关系，计算所述第一等势屏蔽面和所述第二等势屏蔽面的平面方程，其中所述第一等势屏蔽面和所述第二等势屏蔽面均包括3个平面方程。

15、可选地，所述基于所述支撑杆和所述屏蔽索构建空间直角坐标系的步骤包括：以支撑杆与地面的交点为坐标系原点o；以任意一条屏蔽索在地面的投影为x轴，由坐标系原点o指向该屏蔽索与地面交点的方向为x轴的正方向；以x轴顺时针旋转90°的直线为y轴，由坐标系原点o指向外的方向为y轴的正方向；以支撑杆为z轴，由坐标系原点o指向plp的方向为z轴的正方向。

16、可选地，所述平面方程包括以下计算方法：

17、在所述空间直角坐标系中所述第一等势屏蔽面或所述第二等势屏蔽面的各个顶点坐标为：

18、

19、

20、

21、

22、其中为屏蔽索与地面的倾角，为屏蔽索的装配高度，顶点坐标a为支撑杆的第一部位或第二部位的坐标，顶点坐标b、c和d分别为支撑杆的第一部位或第二部位装配的各个屏蔽索与地面的接触点坐标；

23、根据所述顶点坐标构成的各个平面，选择对应的目标顶点坐标分别计算各个平面的法向量，各个平面的法向量为：

24、平面abc的法向量:

25、

26、平面adc的法向量:

27、

28、平面abd的法向量:

29、

30、平面abc、平面adc和平面abd均包括顶点坐标，假设各个平面内任意一点为，法向量为，各个平面内定点和法向量的关系为：

31、

32、

33、将以及各个平面的法向量代入，得到各个平面的平面方程：

34、平面abc的平面方程：

35、

36、平面adc的平面方程：

37、

38、平面abd的平面方程：

39、

40、可选地，所述plp的保护范围是指以所述plp的保护范围半径所画的圆为底，以所述plp对地高差为高的圆锥体范围；所述第一等势屏蔽面的保护范围是指所述第一等势屏蔽面与地面所围成的圆锥体范围，所述第二等势屏蔽面的保护范围是指所述第二等势屏蔽面与地面所围成的圆锥体范围。

41、可选地，所述根据所述plp的保护范围、所述第一等势屏蔽面和所述第二等势屏蔽面的保护范围划分光伏场站的雷电防护等级的步骤包括：

42、将位于所述plp保护范围内，且位于所述第一等势屏蔽面的保护范围外的区域划分为防护ⅲ区；将位于所述第一等势屏蔽面的保护范围内，且位于第二等势屏蔽面的保护范围外的区域划分为防护ⅱ区；将位于第二等势屏蔽面的保护范围内的区域划分为防护ⅰ区，其中防护ⅰ区、防护ⅱ区和防护ⅲ区在光伏场站中的雷电防护效果依次下降。

43、可选地，所述plp的对地高差为所述plp的针端与地面之间的竖直高度，所述对地高差的计算公式为：

44、

45、其中h为plp的对地高差，r为plp的保护范围半径。

46、本技术实施例至少具有以下技术效果：

47、1、在支撑杆顶端和中部各均匀装配3根屏蔽索可以防止plp的结构稳定性受到威胁，分散风力和其他自然力对支撑杆和plp的影响，大幅降低了在恶劣天气条件下损坏或倒塌的风险。

48、2、明确了plp的保护范围，同时根据等势屏蔽面合理划分了plp保护范围下各分区之间的防雷安全等级，可以更加合理根据防护区域的划分来优化光伏场站典型设备的防雷布置策略。