一種基于lls的區(qū)域雷害特征相關(guān)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于LLS的區(qū)域雷害特征相關(guān)分析方法，屬高壓電氣設(shè)備運行維 護檢修技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)近年《全國雷電災(zāi)害典型實例匯編》等材料統(tǒng)計，所有易遭受雷擊危害的行業(yè) 大致可分為電力、廣電、化工、計算機、通信和其他等6類，其中電力高壓電器設(shè)備的雷擊事 故發(fā)生比例較高，約占總數(shù)的24. 7%。就電力行業(yè)而言，雷擊跳閘一直處在各類故障事故的 第一位。據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年中國66~500kV輸電線路跳閘總數(shù)中接近40。23%由雷 擊造成；2004年國家電網(wǎng)公司所屬220~500kV雷擊跳閘占總跳閘數(shù)量的32. 72%。盡管 一次系統(tǒng)中高壓電器設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、抵御雷害的能力優(yōu)于低電壓電氣設(shè)備，但僅靠提 高一次設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來強化雷擊災(zāi)害的防御能力勢必導(dǎo)致極大的資產(chǎn)投入負(fù)擔(dān)，在短時 間內(nèi)很難予以實現(xiàn)，因此，如何加強雷害特征的分析研究、提升二次系統(tǒng)雷害監(jiān)測預(yù)警分析 能力顯得尤為重要。
[0003] 發(fā)生雷害事件與區(qū)域氣候、自然條件關(guān)系密切。就雷害發(fā)生的機理而言，雷電的 產(chǎn)生主要由伴隨多種天氣現(xiàn)象的中小尺度天氣過程所導(dǎo)致，雷害發(fā)生時時常伴有大風(fēng)和暴 雨，有時甚至出現(xiàn)冰雹和龍卷都災(zāi)害性天氣。雷害發(fā)生前后的天氣背景研究對于雷害事件 的分析研究具有重要意義，如大尺度環(huán)流背景、對流動力參數(shù)、動力/熱力觸發(fā)機制等對于 云內(nèi)起電機制的闡述具有重要意義，因而是大氣電學(xué)和雷電原理的重要問題之一。針對雷 害發(fā)生時段的氣象物理要素的針對分析，有助于提高雷害停電故障的預(yù)警技術(shù)水平，在可 能的雷擊分區(qū)范圍劃分和雷擊區(qū)設(shè)備故障概率預(yù)報中將發(fā)揮一定的積極作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，為了提高區(qū)域雷害發(fā)生前事故預(yù)判的準(zhǔn)確性，豐富高壓電氣設(shè) 備防雷預(yù)警參考信息，本發(fā)明公開了一種基于LLS的區(qū)域雷害特征相關(guān)分析方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明基于LLS的區(qū)域雷害特征相關(guān)分析方法，由雷電 定位系統(tǒng)歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史同期美國國家環(huán)境預(yù)報中心NCEP再分析資料（National Centers for Environmental Prediction，NCEP)，采用奇異值分解方法進行地閃空間分布 與氣象要素空間分析的相關(guān)性分析，確定顯著影響地閃空間分布型的氣象要素類別，從而 依據(jù)氣象機理揭示區(qū)域雷害特征的制約條件。
[0006] 本發(fā)明一種基于LLS的區(qū)域雷害特征相關(guān)分析方法，依據(jù)雷電定位系統(tǒng)地閃監(jiān)測 數(shù)據(jù)和NECP再分析數(shù)據(jù)，采用奇異值分解方法確定地閃空間特征與由NECP再分析數(shù)據(jù)提 取的氣象背景之間的相關(guān)關(guān)系，實現(xiàn)區(qū)域雷害特征的強相關(guān)性的因子的分析與辨識。
[0007] 所述方法實現(xiàn)步驟如下：
[0008] (1)對LLS雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)處理，將LLS監(jiān)測得到地閃記錄通過網(wǎng)格法處理成 0.01。Χ0.0Γ、0.05。X0.05。和0.Γ Χ0.Γ三種時空分辨率的逐日網(wǎng)格化地閃密 度空間矩陣。
[0009] (2)對NECP再分析數(shù)據(jù)預(yù)處理，收集LLS雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史同期的NECP再分析數(shù) 據(jù)0. Γ X0. Γ格點數(shù)據(jù)，依據(jù)LLS監(jiān)測范圍確定NECP再分析數(shù)據(jù)空間取值范圍，時間取 值范圍遵照LLS。
[0010] (3)進行LLS雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)與NECP再分析數(shù)據(jù)耦合關(guān)系分析，采用SVD方法對雷 電監(jiān)測場與氣象要素場的多項變量實施不同的轉(zhuǎn)換，得到的新變量為一組時間系數(shù)項，此 與兩個場分別對應(yīng)、成對出現(xiàn)的時間系數(shù)間的相互關(guān)系即為雷電監(jiān)測場與氣象要素場的相 關(guān)關(guān)系。
[0011] (4)進行區(qū)域雷害特征的氣象要素相關(guān)關(guān)系分析，通過SVD分析得出的前N對時間 系數(shù)（按協(xié)方差大小排列），可以將地閃的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)隨時間的變化以及同期氣象要素隨 時間變化這一復(fù)雜問題簡化為N對時間系數(shù)間的相互關(guān)系。
[0012] (5)進行相關(guān)性檢驗與雷害活動特征的氣象影響因素分析，對于已知的一組相關(guān) 系數(shù)，可以采用T檢驗的方法確定相關(guān)關(guān)系的顯著性；由于LLS的歷史數(shù)據(jù)主要集中在下半 年，在考慮日值數(shù)據(jù)的情況下，SVD得到的時間系數(shù)的向量元素個數(shù)可以滿足T檢驗的樣本 假設(shè)。
[0013] 所述雷電監(jiān)測場與氣象要素場的相關(guān)關(guān)系計算方法如下：
[0014] 雷電監(jiān)測場與氣象要素場的協(xié)交叉方差陣為Csz= <SZT>，符號〈> 表示求平均；由 SVD，找到兩個正交線性變換矩陣L和R，使得兩個場之間有極大化協(xié)方差，即：
[0015] ^ ^ ^
[0016]
[0017]
[0018] 其中，Σ = diag( 〇 i，σ 2，…，σ r) (r < min{x，z})，且 O1^ σ 2彡…彡 〇 r> 0 ; σ i (i = 1，2, . . .，r)稱為 C 的奇異值；
[0019] 設(shè)A = LTS，B = RTZ，其中A稱為實測場的S時間系數(shù)矩陣，B稱為模擬場Z的時 間系數(shù)矩陣；L和R的第k列向量IjP rk(k = 1，2,--，r)分別稱為第k左、右奇異向量， 即第k對空間型。
[0020] 由線性代數(shù)理論，可唯一地求解出滿足上述條件的L和R。
[0021]
[0022] 所述N對時間系數(shù)間的相互關(guān)系的相關(guān)系數(shù)R實現(xiàn)計算為：
[0023] 前N對時間系數(shù)的第k列向量IdP r k，k彡N
[0024]
[0025] 其中，i = min(Ns, Nz)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明綜合考慮了電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)與各類氣象 要素觀測、分析數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，對于雷害特征的氣象背景進行有針對性的分析，得出影響 雷害特征的具體的各類物理量。鑒于各級電力公司電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)的實用化水平、數(shù)據(jù) 資料豐富度逐年提高，本發(fā)明具有現(xiàn)場應(yīng)用方便，算法可靠性高，輔助決策參考價值大的特 點。
[0027] 本發(fā)明可用于電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)運行經(jīng)驗豐富、地閃分析精確且建有電網(wǎng)氣象信 息系統(tǒng)的網(wǎng)省一級電力公司電力調(diào)度機構(gòu)，提供區(qū)域雷害特征的氣象學(xué)影響條件的甄別方 法，促進電網(wǎng)雷害抵御能力建設(shè)。
【附圖說明】
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)流程總結(jié)得出的算法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明的算法基礎(chǔ)為奇異值分解（Singular Value Decomposition，簡稱SVD)，通 過對原技術(shù)方法中兩個物理量場的相關(guān)關(guān)系定性分析改進，實現(xiàn)表征雷害特征的地閃密度 參數(shù)與氣象要素場之間相關(guān)關(guān)系的分析與診斷。本發(fā)明所涉及的輸入信息包括LLS雷電監(jiān) 測數(shù)據(jù)和與LLS雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)同期的NECP再分析數(shù)據(jù)，在電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)中區(qū)域氣象觀 測（地面、高空）資料齊備時，也可采用國內(nèi)氣象部門的氣象觀測數(shù)據(jù)。
[0030] 本發(fā)明所采用的技術(shù)實現(xiàn)步驟包括：
[0031] 步驟一 ：LLS雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0032] 將LLS監(jiān)測得到地閃記錄通過網(wǎng)格法處理成0.0Γ X0. 0Γ、0. 05° X0. 05°和 0.Γ X0. Γ三種時空分辨率的逐日網(wǎng)格化地閃密度空間矩陣。
[0033] 構(gòu)建以網(wǎng)格數(shù)與監(jiān)測日數(shù)為維度的二維矩陣，一般表示為：
[0034]
[0035] 其中，隊代表區(qū)域范圍內(nèi)的不同分辨率的網(wǎng)格總數(shù)，t代表分