[發明專利]一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法

有效

• 申請號: 201711328027.3
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108051676B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 雷夢飛;趙淳;王少華;李特;王劍;姜文東;王佩;王宇;胡潔;蘇杰;李濤;任華;吳軍;萬家偉
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;國網浙江省電力有限公司;國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明公開了一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法，在N個統計散點前提下，以IEEE推薦表達式為原型為原型函數、以最小二乘為準則，結合中值電流法與Levenberg?Marquardt算法，獲得一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法，使得擬合曲線與統計散點最為接近、殘差平方和最小。利用本發明方法能夠擬合得到準確的雷電流幅值累積概率分布曲線，客觀反映雷電活動規律和特征，用于評價輸電線路和桿塔的防雷性能，以及指導防雷工程設計。

技術領域

本發明涉及雷電防護技術領域，更具體地說，涉及一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法。

背景技術

雷電流幅值累積概率分布在宏觀上體現雷電活動規律，也是開展雷擊計算分析的重要參數之一。獲取準確的雷電流幅值累積概率分布，對于認知雷電活動規律和特征、準確評價輸電線路和桿塔的防雷性能、指導防雷工程設計至關重要。

早期由于雷電數據匱乏，我國利用新杭線磁鋼棒記錄的雷電流幅值數據，反演得出對數形式的雷電流幅值概率方程參數，并列入我國電力規程。目前在雷擊計算分析中，常采用IEEE推薦公式，如公式(8)。

公式(8)中，I為雷電流幅值，P(>I)為雷電流幅值大于I的概率，a、b為常數參數，IEEE推薦值為a＝31、b＝2.6。a的物理意義為中值電流，即雷電流幅值大于a的概率為50％，b為表征雷電流幅值累積概率分布曲線陡度的參數，b值越大曲線越陡。

IEEE推薦參數是綜合上世紀全世界數百次自然雷電觀測后擬合的總體結果，雷電活動隨時間、空間變化的差異性非常大，不宜直接采用，實際應用中往往根據某個時間段內某個特定地區或線路走廊的雷電地閃監測數據統計擬合得到。

隨著廣域雷電地閃監測系統覆蓋全國，且絕大部分雷電探測站運行時間超過10年，已積累了海量雷電地閃監測數據，具備了開展雷電參數時空差異性統計研究的條件。廣域雷電地閃監測系統針對特定地區或線路走廊記錄每一次地閃雷電流幅值及地閃總次數，由此可按定義計算出大于任意幅值的雷電流占地閃總次數百分比，實際應用中通常每隔數kA選擇一個計算點，結果作為雷電流幅值累積概率分布的統計散點。由統計散點得到分布曲線的擬合過程，即曲線擬合，要保證擬合誤差盡可能小，依賴于擬合方法的準確有效性。I的取值，理論上是(0,∞)，但自然雷電地閃中200kA以上的雷電流已屬罕見，因此雷電流幅值累積概率公式的擬合，本質是利用一個區間如[0,200]或[0,300]等之上的觀測統計散點近似代表(0,∞)上的分布曲線。實際觀測統計中，a的取值在20～40之間較常見；b的值大于1，較常見是在2～3之間。

本發明旨在提出一種將雷電流幅值累積概率分布統計散點擬合為近似分布曲線的計算方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，在N個統計散點前提下，以IEEE推薦表達式為原型為原型函數、以最小二乘為準則，結合中值電流法與Levenberg-Marquardt(列文博格-馬夸爾特)算法，獲得一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法，使得擬合曲線與統計散點最為接近、殘差平方和最小。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種雷電流幅值累積概率分布曲線擬合計算方法，包括以下步驟：

步驟1)：將雷電地閃監測數據統計計算I取不同值時對應的P(>I)值所得N個散點按I從小至大排序，記此N個散點分別為(X₁,Y₁)、(X₂,Y₂)、....、(X_N,Y_N)，(X_j,Y_j)表示第j個散點，j為散點的序號，確定如公式(9)所示的原型函數和如公式(10)所示的最小二乘準則下擬合誤差計算式，y(X_j)為函數y(x)在X_j處的值，R表示N個散點的擬合殘差平方和，