基于旋转多导体的覆冰参数计算方法技术

本发明专利技术提供一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，包括步骤：S1：在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体；以恒定转速旋转5个圆柱形导体；其中，5个圆柱形导体长度相等；S2：实时采集并带入各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值，采用三参数差分进化算法计算得到覆冰参数；本发明专利技术能够将实时监测覆冰环境参数的变化，可准确地实现输电线路、杆塔覆冰量的预测、预警，方便电网工作人员依据覆冰环境参数判断覆冰严重程度及致灾性，并准确合理地安排防冰除冰工作，保证电网的正常运行，具有高效率和高精度的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于旋转多导体的覆冰参数计算方法
本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法。
技术介绍
我国于1954年首次记载输电线路覆冰灾害事故。从此之后，输电线路覆冰事故时有发生，随着我国电压等级的提高及电网建设的快速发展，其影响范围及影响程度不断扩大。2008年初，湖南电网遭受了为期将近一个月的冰冻雨雪灾害袭击，造成上百条不同电压等级的输电线路停运，累计发生了上千次的跳闸，多个变电站停运或失压。据统计，此次的低温雨雪冰冻灾害导致1100多亿元的直接经济损失。2014年12月，四川境内±800kV锦苏线、500kV城沫二线、月普一线、二线因输电线路覆冰跳闸7次。2015年1月，河南境内±800kV中州特高压换流站发生覆冰闪络；同一时间，云南电网175条输电线路覆冰，导致1条500kV线路、5条220kV线路，16条110kV线路和75条35kV线路跳闸。2015年3月底，山西省±660kV银东线因冰闪导致单极闭锁。2015年11月初，辽宁、河北、冀北电网因覆冰导致500kV线路跳闸76次，220kV线路跳闸35次。大气覆冰呈现随机性，并且受到局部地区微地形、微气象特征的影响。目前对于覆冰程度的监测、预警主要依靠监测主要是依赖气象传感器；然而，在覆冰条件下，大部分传感器由于受到冻结覆冰的影响而停止工作、或者极大偏离误差范围，导致覆冰环境参数的实时监测在覆冰期内存在很大的问题。因此，需要提出一种依据覆冰本身增长变化数据而计算覆冰环境参数的方法，规避传统气象传感器的使用弊端。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，能够对时变的覆冰环境参数进行实时监测，能在极端寒冷的天气正常功能，并能提高覆冰参数的计算精度。本专利技术提供一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，包括步骤：S1：在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体；以恒定转速旋转5个圆柱形导体；其中，5个圆柱形导体长度相等；S2：实时采集并带入各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值，采用三参数差分进化算法计算得到覆冰参数；所述覆冰参数包括风速U、温度T、水滴中值直径MVD和空气中的液体水含量w。进一步，所述步骤S2具体如下：S201：选取其中4个圆柱形导体作为三参数差分进化算法的输入样本；将余下的1个圆柱形导体作为验证样本；初始化最大覆冰时长为tmax；S202：采集并带入当前时刻的各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值；S203：设定风速U的穷举范围为0～35m/s；并设定温度T的单次种群数据范围为-15℃～0℃；设定水滴中值直径MVD的单次种群数据范围为0g/m3～6g/m3；设定空气中的液体水含量w的单次种群数据范围为0μm～150μm；初始化三参数差分进化算法的最大迭代次数为Nmax；S204：构建优化函数Φ，所述Φ的计算公式为：其中，表示第i个圆柱形导体的覆冰增量计算值和实测值的差值的绝对值；所述覆冰增量是指覆冰重量的增量；S205：初始化U为0；S206：初始化T、MVD和w；S207：确定空气中水滴分别撞向5个圆柱形导体的水滴轨迹；S208：根据水滴轨迹，分别计算5个圆柱形导体的表面水滴碰撞率；S209：根据圆柱形导体的表面水滴碰撞率，分别计算5个圆柱形导体的表面水滴冻结率；S210：将作为输入样本的4个圆柱形导体的外流场、水滴轨迹、表面水滴碰撞率和表面水滴冻结率，带入优化函数Φ，计算Φ值；S211：判断是否满足收敛条件或N＝Nmax是否成立，如否，则进入步骤S212；如是，得到采用三参数差分进化算法计算得到的覆冰参数，则进入步骤S213；S212：覆冰参数种群进行变异和交叉，返回步骤S206；S213：根据步骤S211得到的覆冰参数计算得到验证样本的覆冰增量值，将计算得到的验证样本的覆冰增量值与实时测量得到的验证样本的覆冰增量值进行比对，判断其误差是否在预先设定的误差允许范围内，若在，将步骤S210得到的覆冰参数存储到最优解集中；S214：判断当前U≤35是否成立，若成立，则令U增加0.5，得到新的U，返回步骤S206；若不成立，则得到更新后的最优解集，进入步骤S215；S215：选取更新后的最优解集中，计算得到的验证样本的覆冰增量值与实时测量得到的验证样本的覆冰增量值之间误差最小的覆冰参数为当前最优解，判断当前采集实时覆冰重量值的时刻t，是否满足t≤tmax，若满足，则得到当前最优解为最终的最优解；若不满足，则进入下一当前时刻，返回步骤S202。进一步，所述的计算公式为：其中，表示计算得到第i个圆柱形导体的覆冰增量，表示实时采集到第i个圆柱形导体的覆冰增量，Mi表示第i个圆柱形导体的覆冰重量。进一步，所述的计算公式为：其中，Di表示第i个圆柱形导体中的截面直径；L表示圆柱形导体长度；α1i表示第i个圆柱形导体表面水滴碰撞率；α2i表示第i个圆柱形导体表面水滴冻结率；U表示风速；w表示空气中的液体水含量。进一步，所述α1i的计算公式为：其中，S0i表示第i个圆柱形导体的水滴轨迹中相邻两条轨迹在未受偏转时的距离，S1i表示第i个圆柱形导体的水滴轨迹中相邻两条轨迹中水滴碰撞第i个圆柱形导体的初始碰撞点之间的距离，所述S0i和S1i可直接通过步骤S8得到的水滴轨迹获得。进一步，所述α2i的计算公式为：其中，h为对流换热系数；Sbi、Di分别为第i个圆柱形导体的表面积和直径；χ是蒸发系数，ε为发射率，e(T)为温度为T时圆柱形导体表面的饱和水汽压；δR为斯蒂芬-波耳兹曼常量；Lf为冰的融化潜热；Ts、T分别是冰点温度和环境温度；Cw是水的比热容。进一步，所述步骤S208中圆柱形导体的水滴轨迹为：其中，为水滴在空气中受到空气的粘性阻力向量，表示撞向圆柱形导体的水滴轨迹，表示风速向量，表示水滴运动速度向量；mw表示水滴质量；K为运动水滴惯性的斯托克斯数；Re为气流中水滴相对运动的雷诺数；Ca为空气阻力系数；所述K的计算公式为：其中，Rd表示水滴的最大半径；ρd表示水滴的密度；U表示风速；μ表示空气的运动粘度；R表示圆柱形导体的半径。所述Re的计算公式为：其中，Rd表示水滴的最大半径；ρa表示空气的密度；μ表示空气的运动粘度。进一步，所述在x方向上的速度ux计算公式为：所述在y方向上的速度uy计算公式为：其中，x、y为旋转的圆柱形导体外流场中的二维坐标值，U为风速。本专利技术的有益效果：本专利技术能够将实时监测覆冰环境参数的变化，可准确地实现输电线路、杆塔覆冰量的预测、预警，方便电网工作人员依据覆冰环境参数判断覆冰严重程度及致灾性，并准确合理地安排防冰除冰工作，保证电网的正常运行，具有高效率和高精度的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的方法流程图；图2为旋转的圆柱形导体表面气流轨迹图；图3为旋转的圆柱形导体水滴轨迹图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，包括步骤：S1：在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体；以恒定转速旋转5个圆柱形导体；其中，5个圆柱形导体长度相等；本实施例中，在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体是指在覆冰环境中等间距平行设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体，5个圆柱形导体按照截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，其特征在于：包括步骤：S1：在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体；以恒定转速旋转5个圆柱形导体；其中，5个圆柱形导体长度相等；S2：实时采集并带入各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值，采用三参数差分进化算法计算得到覆冰参数；所述覆冰参数包括风速U、温度T、水滴中值直径MVD和空气中的液体水含量w。

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，其特征在于：包括步骤：S1：在覆冰环境中均匀设置5个截面直径互不相同的圆柱形导体；以恒定转速旋转5个圆柱形导体；其中，5个圆柱形导体长度相等；S2：实时采集并带入各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值，采用三参数差分进化算法计算得到覆冰参数；所述覆冰参数包括风速U、温度T、水滴中值直径MVD和空气中的液体水含量w。2.根据权利要求1所述基于旋转多导体的覆冰参数计算方法，其特征在于：所述步骤S2具体如下：S201：选取其中4个圆柱形导体作为三参数差分进化算法的输入样本；将余下的1个圆柱形导体作为验证样本；初始化最大覆冰时长为tmax；S202：采集并带入当前时刻的各旋转的圆柱形导体的实时覆冰重量值；S203：设定风速U的穷举范围为0～35m/s；并设定温度T的单次种群数据范围为-15℃～0℃；设定水滴中值直径MVD的单次种群数据范围为0g/m3～6g/m3；设定空气中的液体水含量w的单次种群数据范围为0μm～150μm；初始化三参数差分进化算法的最大迭代次数为Nmax；S204：构建优化函数Φ，所述Φ的计算公式为：其中，表示第i个圆柱形导体的覆冰增量计算值和实测值的差值的绝对值；所述覆冰增量是指覆冰重量的增量；S205：初始化U为0；S206：初始化T、MVD和w；S207：确定空气中水滴分别撞向5个圆柱形导体的水滴轨迹；S208：根据水滴轨迹，分别计算5个圆柱形导体的表面水滴碰撞率；S209：根据圆柱形导体的表面水滴碰撞率，分别计算5个圆柱形导体的表面水滴冻结率；S210：将作为输入样本的4个圆柱形导体的外流场、水滴轨迹、表面水滴碰撞率和表面水滴冻结率，带入优化函数Φ，计算Φ值；S211：判断是否满足收敛条件或N＝Nmax是否成立，如否，则进入步骤S212；如是，得到采用三参数差分进化算法计算得到的覆冰参数，则进入步骤S213；S212：覆冰参数种群进行变异和交叉，返回步骤S206；S213：根据步骤S211得到的覆冰参数计算得到验证样本的覆冰增量值，将计算得到的验证样本的覆冰增量值与实时测量得到的验证样本的覆冰增量值进行比对，判断其误差是否在预先设定的误差允许范围内，若在，将步骤S210得到的覆冰参数存储到最优解集中；S214：判断当前U≤35是否成立，若成立，则令U增加0.5，得到新的U，返回步骤S206；若不成立，则得到更新后的最优解集，进入步骤S215；S215：选取更新后的最优解集中，计算得到的验证样本的覆冰增量值与实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志民，蒋兴良，韩兴波，李哲，张志劲，粱允，刘善峰，李帅，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，重庆大学，
类型：发明
国别省市：河南,41