大规模高度分支配电网络雷击性能评估的三阶段加速方法

《Energies》：A Three-Stage Methodology for Accelerated Monte Carlo Assessment of the Lightning Performance of Large Branched Distribution Networks

　　

摘要

评估实际、规模庞大且高度分支的配电网络的雷击性能在计算上非常耗时：它需要对大量蒙特卡洛事件将电磁场与线路耦合。本文提出了一种三阶段加速方法，在保持精度的同时减少计算负担。事件首先通过解析估算进行预筛选，使得只有危险事件才会进入完整的耦合仿真。随后将照射区域限制在某一距离阈值内，剩余线路用频率相关模型表示，以保留分支拓扑的反射特性。最后，对于无法纳入单一算例的网络，可选择将网络划分为独立求解的子网络，再进行重构。所有阈值均以同一组雷电在完整保真度参考上进行校准，所得值作为该配电线的保守建议值。本文还处理了另外两个要素：依据网络几何形状的暴露缓冲区，以及停止准则。该方法在一个真实的13.2 kV农村配电馈线（长116 km，面积约24 km×24 km，暴露面积为178 km2）上进行评估。加速效果仅针对间接击，因为只需对间接击进行电磁场与线路耦合；直接击则单独仿真并报告结果。计算代价降低了一个数量级以上，而间接击的超过率误差保持在约1%左右，独立的200,000次雷电模拟也证实了统计一致性。收敛性应通过高于关注电压的事件数量来判定，而非依据估计值的表面稳定。