權(quán)利要求書： 1.一種適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：將風電場集群風機的風機經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標系下的坐標，然后在笛卡爾坐標系下確定風電場外圍矩形邊界坐標，要求風電場外圍矩形邊界包含風電場所有風機；

風電場外圍矩形邊界坐標位置對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)利用oronoi圖法對風電場集群風機位置進行空間劃分，確定每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域；

步驟2：對每臺風機，以風機高度和葉片長度之和的3倍為半徑，以風機所在位置為圓心畫圓，確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域；

步驟3：對每臺風機，求取步驟1的oronoi凸多邊形區(qū)域和步驟2的圓形區(qū)域的交集，獲得最終的空間劃分。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于：按照如下方法確定風電場集群風機分布圖中每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域：以每臺風機為點狀生長元集合P{p1，p2，p3…，pn}，p1，p2，p3…，pn分別表示各個風機對應(yīng)的位置，對二維空間任一點q，滿足關(guān)系d(pi，q)≤d(pj，q)，i≠j的區(qū)域即為oronoi凸多邊形區(qū)域，其中，d(pi，q)表示q點和pi點之間的歐式距離，d(pj，q)表示q點和pi點之間的歐式距離，pi和pj分別表示對應(yīng)的某個風機位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于：按照如下方法求取步驟1的凸多邊形區(qū)域和步驟2的圓形區(qū)域的交集：步驟301：確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊；

步驟302：確定每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)圓形區(qū)域的圓??；

步驟303：將每臺風機的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊與對應(yīng)風機的oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)的圓弧進行拼接，獲得每臺風機對應(yīng)的最終空間劃分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于：步驟1中將風電場集群風機分布圖中的風機經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標系下的坐標的具體方法為：

設(shè)第i臺風機的經(jīng)度、緯度坐標為(pi，lon，pi，lat)，選取笛卡爾坐標系的參考點經(jīng)度、緯度坐標為(Olon，Olat)，地球平均半徑為R，則第i臺風機在笛卡爾坐標系下的位置可表示為(pi，x，pi，y)，其中pi，x和pi，y分別按公式(1)和公式(2)計算；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于：在求取oronoi凸多邊形區(qū)域和圓形區(qū)域的交集時，先計算oronoi凸多邊形的邊與圓形區(qū)域的圓弧的交點，按順時針或逆時針連接圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的頂點、oronoi凸多邊形的邊與圓弧的交點、oronoi凸多邊形內(nèi)的圓弧，即獲得封閉的交集區(qū)域。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于：所述步驟301中，根據(jù)d(pi，q)≤d(pj，q)，i≠j確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊。

說明書： 適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及雷擊風險評估技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法。

背景技術(shù)[0002] 風機高聳的特性以及一般坐落于空曠平原或山脊，導致風機容易遭受雷擊。目前世界上已投運的最大單臺裝機容量的風力發(fā)電機高度接近200m。根據(jù)IEC61400?24”Wind

energygenerationsystems–Part24:Lightningprotection”，在北歐國家，每100臺風

力發(fā)電機組，一年有4至8次雷擊故障。在德國，安裝在低山地區(qū)的風力發(fā)電機組，每100臺風

力發(fā)電機組，一年雷擊故障高達14次。根據(jù)我國某能源公司統(tǒng)計，2016年共發(fā)現(xiàn)風電場風機

葉片故障120次，其中雷擊故障占50％以上。

[0003] 對風機進行雷電防護前需開展雷擊風險評估。目前IEC61400?24和對應(yīng)中國國家標準GB/Z25427《風力發(fā)電機組雷電防護(GB/Z25427?2010)》推薦評估單臺風機雷擊暴露

風險時，以風機本體高度和葉片豎起高度之和的3倍為半徑畫圓確定雷電截收區(qū)域。這種方

式對孤立的單臺風機是可行的，但對于如海上或平原風電場的風機集群，尚存在一定問題，

主要是未考慮相鄰風機之間雷電截收區(qū)域的重疊。另外，中國專利CN100578488C“電網(wǎng)雷害

分布確定方法”提出了一種利用網(wǎng)格法統(tǒng)計分析雷害分布的方法。該方法將分析區(qū)域劃分

為等間距網(wǎng)格，未考慮目標對象所處位置，尤其對于排布較為緊密的集群風機，存在多臺風

機同處一個網(wǎng)格的可能，不利于精細化、差異化評估風機雷擊風險。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的目的就是要提供一種適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，本發(fā)明能得到更有針對性的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分。

[0005] 為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于，它包括如下步驟：

[0006] 步驟1：將風電場集群風機的風機經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標系下的坐標，然后在笛卡爾坐標系下確定風電場外圍矩形邊界坐標，要求風電場外圍矩形邊界包含風電場所

有風機；

[0007] 風電場外圍矩形邊界坐標位置對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)利用oronoi圖法對風電場集群風機位置進行空間劃分，確定每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域；

[0008] 步驟2：對每臺風機，以風機高度和葉片長度之和的3倍為半徑，以風機所在位置為圓心畫圓，確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域；

[0009] 步驟3：對每臺風機，求取步驟1的oronoi凸多邊形區(qū)域和步驟2的圓形區(qū)域的交集，獲得最終的空間劃分。

[0010] 本發(fā)明的有益效果：[0011] 本發(fā)明提出的風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，與傳統(tǒng)網(wǎng)格法相比，是面向風機本身的區(qū)域劃分方法。對每臺風機，都有與之對應(yīng)的唯一的雷電截收區(qū)

域，因為oronoi凸多邊形是不存在重合的，和風機位置是一一對應(yīng)的，即一個風機只對應(yīng)

一個voronoi凸多邊形。利用本發(fā)明的方法把風機對應(yīng)圓形區(qū)域進行了截分，取了圓形區(qū)域

和voronoi凸多邊形的交集，從而保證了新獲得的區(qū)域也是和風機位置一一對應(yīng)的，解決了

現(xiàn)有技術(shù)存在的雷電截收區(qū)域重疊問題(把密集排布的風機的雷電活動參數(shù)區(qū)別開來，常

規(guī)方案因為分析區(qū)域重疊嚴重，導致相鄰風機之間分析結(jié)果差異不大，不利于差異化雷電

防護方案的提出)。按此方法分析得到的雷電活動參數(shù)更具針對性。

附圖說明[0012] 圖1為本發(fā)明的流程圖。[0013] 圖2為利用oronoi圖法對某風電場風機集群進行的初步空間劃分結(jié)果圖。[0014] 圖3為按照風機高度和葉片長度之和的3倍確定的每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域。[0015] 圖4為按照本發(fā)明對某風電場風機集群進行的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分結(jié)果。具體實施方式[0016] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明：[0017] 如圖1所示適用于風電場風機集群的雷電活動參數(shù)分析區(qū)域劃分方法，其特征在于，它包括如下步驟：

[0018] 步驟1：將風電場集群風機的風機經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標系下的坐標，然后在笛卡爾坐標系下確定風電場外圍矩形邊界坐標，要求風電場外圍矩形邊界包含風電場所

有風機(保證風電場外圍風機對應(yīng)的oronoi分區(qū)是封閉的，保證外圍風機和其圓形區(qū)域能

求交集)；

[0019] 風電場外圍矩形邊界坐標位置對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)利用oronoi圖法對風電場集群風機位置進行空間劃分，確定每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域，圖2示出了對某風電場利

用oronoi圖法得到初步空間劃分，圖中黑色圓點表示風機，黑色實線表示oronoi凸多邊

形；

[0020] 步驟2：對每臺風機，以風機高度和葉片長度之和的3倍為半徑，以風機所在位置為圓心畫圓，確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域，該圓形區(qū)域為IEC標準給出的用來分析雷電活動

參數(shù)的區(qū)域，具體的，以某風機機型為例，風機本體高度80m，葉片長度44m，因而圓形半徑為

372m，圖3示出了風機位置及對應(yīng)的圓形區(qū)域，從圖3可以看出，風機之間圓形區(qū)域存在較大

范圍重疊；

[0021] 步驟3：對每臺風機，求取步驟1的oronoi凸多邊形區(qū)域和步驟2的圓形區(qū)域的交集，獲得最終的空間劃分(每臺風機對應(yīng)一個唯一的雷電參數(shù)分析區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)發(fā)生的

雷電是最影響風機運行安全的，需要對其參數(shù)進行分析，為針對性雷電防護方案的提出提

供參考)。具體的，對每臺風機，如果其oronoi凸多邊形區(qū)域完全處在圓形區(qū)域內(nèi)部，則取

oronoi凸多邊形區(qū)域為最終區(qū)域劃分；如果圓形區(qū)域完全處在oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)

部，則取圓形區(qū)域為最終區(qū)域劃分；如果oronoi凸多邊形的邊和圓弧存在交點，則計算

oronoi凸多邊形的邊與圓弧的交點，按順序(順時針或逆時針)連接圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi

凸多邊形的頂點、oronoi凸多邊形的邊與圓弧的交點、oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)的圓弧，得

到最終區(qū)域劃分，圖4示出了按照本發(fā)明提出的方法確定的某風電場風機集群雷電活動參

數(shù)分析區(qū)域劃分。

[0022] 上述技術(shù)方案中，按照如下方法確定風電場集群風機分布圖中每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域：以每臺風機為點狀生長元集合P{p1，p2，p3…，pn}，p1，p2，p3…，pn分別

表示各個風機對應(yīng)的位置，對二維空間(歐式空間)任一點q，滿足關(guān)系d(pi，q)≤d(pj，q)，i

≠j的區(qū)域即為oronoi凸多邊形區(qū)域，其中，d(pi，q)表示q點和pi點之間的歐式距離，d(pj，

q)表示q點和pi點之間的歐式距離，pi和pj分別表示對應(yīng)的某個風機位置。

[0023] 上述技術(shù)方案中，按照如下方法求取步驟1的凸多邊形區(qū)域和步驟2的圓形區(qū)域的交集：

[0024] 步驟301：確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊；[0025] 步驟302：確定每臺風機對應(yīng)的oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)圓形區(qū)域的圓弧(用面積判別法可以判斷，圓弧上任意點和oronoi凸多邊形的頂點連線，如果圍成的三角形的面積

和不等于oronoi凸多邊形的面積，則該點不在oronoi凸多邊形內(nèi)部)；

[0026] 步驟303：將每臺風機的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊與對應(yīng)風機的oronoi凸多邊形區(qū)域內(nèi)的圓弧進行首尾相連拼接，獲得每臺風機對應(yīng)的最終空間劃分。

[0027] 上述技術(shù)方案的步驟1中將風電場集群風機分布圖中的風機經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標系下的坐標的具體方法為：

[0028] 設(shè)第i臺風機的經(jīng)度、緯度坐標為(pi，lon，pi，lat)，選取笛卡爾坐標系的參考點經(jīng)度、緯度坐標為(Olon，Olat)，地球平均半徑為R，則第i臺風機在笛卡爾坐標系下的位置可表

示為(pi，x，pi，y)，其中pi，x和pi，y分別按公式(1)和公式(2)計算；

[0029][0030][0031] 上述技術(shù)方案中，在求取oronoi凸多邊形區(qū)域和圓形區(qū)域的交集時，先計算oronoi凸多邊形的邊與圓形區(qū)域的圓弧的交點，按順時針或逆時針連接圓形區(qū)域內(nèi)的

oronoi凸多邊形的頂點、oronoi凸多邊形的邊與圓弧的交點、oronoi凸多邊形內(nèi)的圓弧

(交點與交點之間相連成為線段，圓弧一端和上一個線段的端點相連，圓弧的另一端和下一

個線段的端點相連)，即獲得封閉的交集區(qū)域。

[0032] 上述技術(shù)方案的步驟301中，根據(jù)d(pi，q)≤d(pj，q)，i≠j確定每臺風機對應(yīng)的圓形區(qū)域內(nèi)的oronoi凸多邊形的邊。

[0033] 本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。