一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法及系统，该法包括：根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；根据风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力比进行归一化处理；通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；将最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。本发明专利技术提供的技术方案实现了输电线路机械力学仿真分析中的非常规风作用下的杆塔受力分析及设计优化，大大减少受力分析工况的筛选次数，有效提高了输电塔设计人员的工作效率，提高输电铁塔应对极端气候的能力。

A method and system for determining the most unfavorable working conditions of transmission towers in unconventional wind farms

The invention provides a method and a system for determining the most disadvantageous working condition of transmission tower in unconventional wind field, which includes: calculating the stress ratio of main material of transmission tower under different working conditions according to the obtained wind field characteristic parameters; normalizing the stress ratio of main material of transmission tower under different working conditions according to the wind field characteristic parameters; The most significant parameters are determined by comparing the consistency of the wind field characteristic parameters with the curves normalized by the stress ratio of the main material of the transmission tower. The technical scheme provided by the invention realizes the force analysis and design optimization of the tower under the unconventional wind action in the mechanical simulation analysis of the transmission line, greatly reduces the number of screening of the force analysis conditions, effectively improves the work efficiency of the transmission tower designers, and improves the ability of the transmission tower to cope with extreme weather.

【技术实现步骤摘要】
一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法及系统
本专利技术涉及输电线路机械力学仿真分析研究领域，具体涉及一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法及系统。
技术介绍
输电线路塔是支持高压或超高压架空送电线路的导线和避雷线的构筑物。输电线路塔主要承受风荷载、冰荷载、线拉力、恒荷载、安装或检修时的人员及工具重以及断线、地震作用等荷载。设计时应考虑这些荷载在不同气象条件下的合理组合。对输电线路塔进行内力计算时，针对导线风荷载对塔的作用，由于导线的支点间距较大(一般为200～800米)而横向摆动的周期较长(一般为5秒左右),故应考虑风沿导线的不均匀分布及导线对塔的动力效应。20世纪60年代初，许多国家的电力部门曾用实际的试验线路来测定导线在大风作用下的最大响应，并据此制订了实用计算法，但是由于受地形、测量仪器的精度、分析水平等各种因素的限制，这些实用计算方法还不能精确反映出真实情况。70年代中期，开始应用随机振动理论分析阵风作用于导线对塔引起的动力响应，这种建立在实测资料基础上并用统计概念及谱分析估计结构响应的概率峰值的方法，比较符合风的特点。随着全球气候变暖影响愈发深入，极端气候的发生频次和危害程度不断增加。极端气候发生时，所产生的非良态风场所对应的风场特性与常规风迥异，主要体现在平均风速显著增加、湍流强度显著增加和风剖面系数的显著减小。由于这些参数的变化在整个风场发生及移动过程中，都在不断变化，任意时刻所对应的风场特性参数的组合都是不同的，输电铁塔的受力状态也在不断变化。对于设计人员，不可能搞清楚所有风场特性的变化对杆塔受力的影响，更不可能对所有工况进行遍历性的计算。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，并在输电铁塔设计时充分考虑非常规风场对输电铁塔受力状态的影响，本专利技术提供一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法。本专利技术提供的技术方案是：一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，包括：根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力进行归一化处理；通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；将所述最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。优选的，所述根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比包括：基于平均风速、湍流强度和对应的风剖面指数选择工况；对不同工况下的输电铁塔进行受力分析，计算输电铁塔主材应力比；其中所述选择的工况包括：平均风速和湍流强度各自出现最大值的时刻，以及风剖面指数出现最小值的时刻。优选的，所述输电铁塔主材应力比F1按下式计算：式中，σc,max：最大压应力；σy：材料区域应力；或式中，σt,max：最大拉应力。优选的，所述最大拉应力σt,max和最大压应力σc,max分别按下式计算：式中，N：轴力；F：剪力；M：弯矩；A：截面面积；Wz：截面抗弯系数；优选的，所述根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力进行归一化处理包括：将随工况变化而改变的所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比进行归一化处理，并绘制所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比随工况变化的曲线。。优选的，通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数，包括：将与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线最接近的风场特性参数随工况变化的曲线所对应的风场特性参数作为敏感性台风风场特性参数。一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定系统，包括：计算模块，用于根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；处理模块，用于根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力进行归一化处理；第一确定模块，用于通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；第二确定模块，用于将所述最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。优选的，所述计算模块包括：工况选取单元和分析单元；工况选取单元，用于基于平均风速、湍流强度和对应的风剖面指数选择工况；分析单元，用于对不同工况下的输电铁塔进行受力分析，计算输电铁塔主材应力比；其中所述选择的工况包括：平均风速和湍流强度各自出现最大值的时刻，以及风剖面指数出现最小值的时刻。优选的，所述处理模块包括：归一化单元和绘制单元；所述归一化单元，用于将随工况变化而改变的所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比进行归一化处理；所述绘制单元，用于绘制所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比随工况变化的曲线。优选的，所述第一确定模块包括：判断单元和选择单元；所述判断单元，用于将与所述输电铁塔主材应力比随工况编号变化的曲线趋势进行一致性判断；所述选择单元，用于选择曲线趋势最为一致的曲线对应的参数作为最显著参数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，通过与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线一致判断确定最显著参数，依据该风场特性参数确定最不利工况，为输电塔设计人员提供设计分析支持，使其只需对最不利工况下的输电铁塔内力进行计算即可。本专利技术提供的技术方案直接寻求风场特性参数同杆塔受力的关系，减少确定最不利计算工况所需的试算次数，效率较高。本专利技术提供的技术方案通过少量的仿真计算，掌握铁塔受力随风场特性参数的变化规律，从而直接通过分析风场特性参数的变化规律确定铁塔最不利工况，大大减少受力分析工况的筛选次数，有效提高了输电塔设计人员的工作效率，提高输电铁塔应对极端气候的能力。附图说明图1为本专利技术的非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例中某次台风风场特性参数随时间变化曲线；图3为本专利技术实施例中某型大跨越杆塔结构及风压分段示意图；图4为本专利技术实施例中输电铁塔在各工况下的主材受力沿塔身分布图；图5为本专利技术实施例中归一化的台风风场参数及杆件应力比随工况编号变化曲线；图6为本专利技术的一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定系统的结构示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合说明书附图和实例对本专利技术作进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，涉及输电线路机械力学仿真分析中如何确定非常规风作用下的最不利工况，特别适用于台风作用下的杆塔受力分析及设计优化。实施例1:本专利技术实施例提供的非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，其具体实施过程如图1所示，包括：S101：根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；S102：根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力比进行归一化处理；S103：通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；S104：将所述最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。步骤S101，根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比，包括：根据风场特性参数随时间的变化规律，观测塔观测到的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，其特征在于，包括：根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力比进行归一化处理；通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；将所述最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。

【技术特征摘要】
1.一种非常规风场中输电铁塔最不利工况的确定方法，其特征在于，包括：根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比；根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力比进行归一化处理；通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数；将所述最显著参数的最大值或最小值时刻对应的工况，确定为最不利工况。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风场特性参数包括平均风速、湍流强度和风剖面指数；所述根据获得的风场特性参数计算不同工况下输电铁塔主材应力比包括：基于平均风速、湍流强度和对应的风剖面指数选择工况；对不同工况下的输电铁塔进行受力分析，计算输电铁塔主材应力比；其中，所述选择的工况包括：平均风速和湍流强度各自出现最大值时刻对应的工况，以及风剖面指数出现最小值时刻对应的工况。3.如权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述输电铁塔主材应力比F1按下式计算：式中，σc,max：最大压应力；σy：材料区域应力；或式中，σt,max：最大拉应力。4.如权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述最大拉应力σt,max和最大压应力σc,max分别按下式计算：式中，N：轴力；F：剪力；M：弯矩；A：截面面积；Wz：截面抗弯系数；5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风场特性参数和不同工况下的输电铁塔主材应力进行归一化处理包括：将随工况变化而改变的所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比进行归一化处理，并绘制所述风场特性参数和输电铁塔主材应力比随工况变化的曲线。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比较所述风场特性参数与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线的一致性确定最显著参数，包括：将与所述输电铁塔主材应力比归一化处理后的曲线最接近的风场特性参数随工况变化的曲线所对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏杰，郑家松，黄明祥，陈文兴，郑宁敏，翁兰溪，尹元，郑凤林，唐自强，纪炳章，林智侃，李金赐，虞俊峰，许俊杰，刘志伟，林宇彬，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11