[发明专利]一种利用实测闪电垂直电场获得闪电参数的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于电工领域的雷电监测技术领域，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。

背景技术

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2014年在他的文章《Estimation of Lightning Current andReturn Stroke Velocity Profile Using Measured Electromagnetic Fields》中提出了一种利用近距离闪电电磁场反演计算得到闪电基底电流和回击速度的方法，但他的方法只考虑了近距离下的闪电电磁场特征，并未考虑到闪电电磁场在远距离传输时，需要考虑到土壤对闪电电磁场的衰减作用。由于闪电通道中的电荷密度分布难以实际测量，故只能通过间接的方法确定其分布。

闪电发生时，将会在空间中产生电场，其中电场是矢量，它可分解成为与地面水平平行的水平电场，以及与地面垂直的垂直电场，与地面垂直的垂直电场被称为闪电垂直电场。

当云与地面之间发生闪电现象时，此类闪电被称之为地闪。地闪通常伴随有电荷由地面冲向云端的放电，称之为回击，回击中所经过的放电路径称之为闪电通道，简称闪道。回击速度是指电荷由地面冲向云端的速度，故回击速度会随高度的不同而不同。闪电通道电荷密度分布时指电荷在闪电通道中密度分布情况。

与本发明内容相关的已有技术简介如下：

闪电基底电流NCBC电流模型，表达式如下：

式中，i是雷电基底电流，t是时间，中间参数t_m是峰值雷电流对应的峰值时间，I_m是峰值电流，a和b_i(i＝1，2，…，n)分别为波头参数和波尾参数，c_i为权重参数，n为波尾可调参数。

回击速度模型的表达式如下：

v(z)＝v₁(z+z₀) 1≤z≤H