阅读说明：本技术 用于警告关于风力场中的闪电活动的方法 (Method for warning about lightning activity in a wind farm ) 是由 V.马奇诺曼 J.蒙坦亚普伊格 G.索拉德拉斯芬特斯 O.A.范德尔维尔德 于 2018-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于警告关于风力场中的闪电活动的方法,所述方法适合用于预测源自风力场(100)的风驱动电力发电机(101)的向上闪电的生成,并且用于警告关于所述可能的生成。为此,在该方法中,检测风力场(100)中和/或其附近(优选地小于400km的半径内)风暴单元(200)的存在或不存在；测量风力场(100)中的局部电场；在给定前提下识别或测量至少一个大气条件；以及依赖于所述测量、识别和检测的结果来确定源自风力场(100)的风驱动电力发电机(101)的向上闪电的生成的概率,在所确定的概率超过给定阈值的情况下传输警告信号。(The invention relates to a method for alerting about lightning activity in a wind farm, said method being suitable for predicting the generation of an up-lightning originating from a wind-driven electrical power generator (101) of a wind farm (100) and for alerting about said possible generation. To this end, in the method, the presence or absence of storm units (200) in and/or in the vicinity of the wind farm (100), preferably within a radius of less than 400km, is detected; measuring a local electric field in the wind field (100); identifying or measuring at least one atmospheric condition on a given premise; and determining, depending on the results of said measuring, identifying and detecting, a probability of the generation of an upward lightning originating from a wind-driven power generator (101) of the wind park (100), a warning signal being transmitted in case the determined probability exceeds a given threshold value.)

用于警告关于风力场中的闪电活动的方法

技术领域

本发明涉及用于警告关于风力场中的闪电活动、并且更特别地关于向上闪电活动的方法。

背景技术

风驱动电力发电机由于其高度和位置而暴露于闪电闪击。存在两种类型的闪电闪击：向下闪电闪击和向上闪电闪击（向上闪电）。向下闪电闪击是最常见的，但是向上闪电闪击通常发生在高结构中。在超过150米高的结构中，向上闪电闪击活动已知大于30%。该百分比在位于山顶上的高结构中或被称为“雷暴雪”的现象发生的地方中增加。“雷暴雪”现象包括冬季风暴，其特征在于具有低电荷以及其中负电荷的中心处于较低高度（与夏季或对流风暴的6到9km相比的1到3km）的风暴云。

旨在检测夏季风暴（涉及高向下闪电活动）的风暴警告系统是已知的，诸如在US20160291204A1中所公开的一个，例如，其基于磁场计和/或电磁传感器。

国际标准覆盖风暴警告系统，例如诸如IEC 62793:2016。再次，该标准描述用于检测对流风暴（夏季风暴）而不是其中向上闪电活动可以占据所有闪电事件的100%的冬季风暴的实践和系统。在一些风力场中，在单个冬季风暴期间，在风驱动电力发电机中发生大于十次向上事件。

冬季风暴难以检测，因为所有向上事件源自高结构（风驱动电力发电机），并且不存在向下闪电活动。换句话说，在向上闪电源自风驱动电力发电机之前，不存在之前的闪电活动。

发明内容

本发明的目的是提供如权利要求中所限定的一种用于警告关于风力场中的闪电活动的方法。

该方法适合用于预测风力场中向上闪电的生成，并且用于警告关于所述可能的生成，其中向上闪电是在实际风驱动电力发电机中而不是在云中生成的闪电。

为此，在该方法中，检测风力场中和/或其附近（优选地小于400km的半径内）风暴单元的存在或不存在，测量局部电场，在给定前提下识别或测量至少一个大气条件，以及依赖于所述测量、识别和检测的结果来确定源自风力场的风驱动电力发电机的向上闪电的生成的概率，在所确定的概率超过给定阈值的情况下传输警告信号。

确定给定位置中风暴单元的存在已经已知。在该方法中，检测风力场中或附近（优选地小于400km的半径内）的所述存在，并且为了加强和确保实际风力场中风暴的存在，此外风力场中风暴的存在依赖于所述风力场中存在的局部电场而确定。然而，利用这些确定，不可能确定向上闪电发生的风险，因此该方法考虑了其它添加的因素。

已经惊奇地发现的是，结合借助于电场的风暴的存在的检测以及风暴单元的检测，如果满足不同大气条件之间（或大气条件和链接到另一大气条件的给定前提之间）的给定关系，则可以成功地预报或预期冬季风暴以及因此向上闪电的生成的风险。针对该原因，至少一个大气条件的识别或测量此外被添加到先前所考虑的因素。

如已经发现的是，结合借助于电场的风暴的存在的检测以及风暴单元的检测，满足不同大气条件（或大气条件和链接到另一大气条件的给定前提）之间的给定关系足以检测向上闪电的生成的风险，在大气条件或至少一个其它大气条件的给定前提下测量仅一个大气条件足以成功预测或预期冬季风暴。所以，例如，通过使用大气压力值作为给定大气条件（或相对于海平面的高度作为链接到另一大气条件的给定前提）作为参考，可以测量或识别所述压力下（或所述高度处）存在的温度，其中如果满足给定关系，则确定风险存在。

取决于风力场的位置，大气条件的值在给定前提下可能变化，因为可能所述条件（要考虑的那些条件的值）、即大气条件和给定条件之间的关系，可以从一个位置到另一个变化。因此，通过建立对应于风力场的位置的适合关系，该方法允许知道在所述风力场中生成向上闪电的风险，并且该检测尚未在现有技术中公开。

因此，利用该方法依赖于前述测量、识别和检测的结果来确定源自风力场的风驱动电力发电机的向上闪电的生成的概率，并且在所确定的概率超过给定阈值的情况下，传输宣告该事实的警告信号。可以向任何需要的地方发送警告信号，以便在认为有必要时行动。

鉴于本发明的附图和详细描述，本发明的这些以及其它优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出了风力场。

图2示出了风力场附近的风暴单元。

图3示出了风力场中局部电场的发展，由此确定风暴的存在。

具体实施方式

该方法适合用于预测风力场100（比如通过示例的方式在图1中所示出的一个）中向上闪电的生成，并且用于警告关于所述可能的生成，其中所述闪电是在风力场100的实际风驱动电力发电机101中而不是在云中生成的闪电。

为此，在该方法中，检测风力场100中和/或其附近风暴单元200（通过示例的方式在图2中所描绘的单元200）的存在或不存在。在实际风力场100中或在小于400km的半径内进行检测，因为如果在位于远处的地理区域中执行这样的检测，则不影响风力场100的所述单元200的概率大大增加。借助于雷达和/或借助于卫星，以已经已知的方式优选地执行风力场100中和/或其附近风暴单元200的存在或不存在的检测。

另外，在该方法中，测量风力场100中的局部电场，这是检测夏季风暴的常见方式。因此，可以利用该测量加强和确保风力场100中风暴的存在。特别地，并且如已经已知的，如果测量区域中的电场相对于预确定的阈值为正，所述阈值对应于良好天气条件中电场的值，或者如果其如在图3的示例中所示出的相对于所述预确定的阈值而突然改变，则确定其中电场的测量已经被执行的位置中风暴的存在。良好天气条件中的局部电场的值按照惯例地接近-100V/m。因此，预确定的阈值优选地接近-100V/m，所述值利用之前的测量和/或经验先前被建立。在图3的示例中，例如，可以在区域300（突然改变）中识别风暴的存在。

然而，风力场100中风暴的存在或存在的风险将利用该附加因素而被加强，但是这将不足以使得能够确定向上闪电发生的风险（这不足以确定风暴是冬季风暴）。

如上面所讨论的，已经发现的是，结合借助于电场的风暴的存在的检测以及风暴单元200的检测，如果满足不同大气条件（或大气条件和链接到另一大气条件的给定前提）之间的给定关系，则可以成功地预报或预期冬季风暴以及因此向上闪电的生成的风险。出于该原因，至少一个大气条件的识别或测量此外被添加到先前所考虑的因素。

如也已经讨论的，在至少一个其它大气条件的给定条件或前提下测量仅一个大气条件是足够的。所以，例如，通过使用大气压力值作为给定大气条件（或相对于海平面的高度作为链接到另一大气条件的给定前提）作为参考，可以测量或识别所述压力下（或所述高度处）存在的温度，其中如果满足给定关系，则确定风险存在。

取决于风力场100的位置，大气条件的值在给定前提下可能变化，因为可能所述条件（要考虑的那些条件的值）、即大气条件和给定条件之间的关系，可以从一个站点到另一个变化。因此，通过建立对应于风力场100的位置的适合关系，该方法允许知道在所述风力场100中生成的向上闪电的风险，并且现有技术不能够执行该检测。

因此，利用该方法依赖于前述测量、识别和检测的结果来确定源自风力场100的风驱动电力发电机的向上闪电的生成的概率，并且在所确定的概率超过给定阈值的情况下，传输宣告该事实的警告信号。可以向任何需要的地方发送警告信号，以便在认为有必要时行动。

总之，如果检测到风暴单元200的存在（见图2）、检测到相对于预确定的阈值的局部电场或正局部电场的突然增长（见图3）、以及检测到大气条件和给定前提之间的关系遵循预确定的要求，则确定所确定的概率超过给定阈值，并且发送警告信号。

要考虑的大气条件优选地是测量或识别的温度，并且预确定的前提是给定压力和/或相对于海面的给定高度。因此，为了概率超过给定阈值而必须满足的要求对应于给定压力下和/或高度处的给定温度。

优选地借助于从以下所选择的一个准则或若干准则来识别或测量温度

-在风力场100附近（优选地小于400km的半径内）执行的无线电探空（radiosounding），

-重新分析数据，优选地IRA临时数据，以及

-在给定条件下，基于使用风力场100的所测量的地面温度而执行的估计来估计温度。

已经发现的是，在存在风暴和风暴单元200的情况下，如果在700hPa的压力下和/或在相对于海平面大约3km的高度处温度低于-10，则存在生成向上闪电的高风险。该关系可以由此被预确定为要由大气条件（在该情况下为温度）和给定前提（压力和/或相对于海平面的高度）之间的关系所满足的要求：在700hPa的压力下和/或在相对于海平面大约3km的高度处低于-10的温度。

然而，如也已经在上面讨论的，这些要求可以依赖于风力场100的位置而变化，所以该方法允许如所需要的而调整或适配这些要求。

在该方法的一些实施例中，在已经检测到生成该向上闪电的风险的情况下，可以此外确定向上闪电的严重度。为此，在所述实施例中，识别风力场100中的风的速度和力、考虑风力场100位于的相对于海面的高度和/或考虑其中风力场100位于的站点的山志学（orography），其中风的速度和力越大、其中风力场100位于的站点越高、以及所述站点的山志学越不同质，则确定越严重的严重度。

电场测量以及借助于雷达而进行的测量必须优选地在实际风力场100中进行，因为风力场100的实际条件的测量是由此而获得的，不同于无线电探空发生的（针对此如上面所讨论的存在各种选项）。

所获取的变量的测量的结果可以被发送到远程装备，例如，将负责收集所述测量以及执行必要的动作（诸如警报算法，例如生成警告信号）的装备。

该方法可以被连续并且实时地实现，或者其可以以离散的方式（以先前所建立的时间间隔）被实现，例如，以消耗较少能量。