风振激励作用下特高压输电线路非线性动力学分析方法技术

本发明专利技术公开了一种风振激励作用下特高压输电线路非线性动力学分析方法，首先应用线性滤波法中的模型模拟风速时程，其次采用谱函数对上述模拟点的风速时程曲线进行检验，得出数值模拟出的脉动风速和实际的风速基本吻合的结论；采用直接的数值积分法和非线性模态理论分别对输电线体系的动力学方程进行求解，得到部分模拟点的风速时程曲线，并对于上述两种方法求解的时程曲线采用功率谱进行对比，能够得知模态叠加合成的时程曲线的功率谱和直接求解的功率谱吻合的较好，表明了模态合成求解的输电线动态响应时程曲线是可靠的。本发明专利技术通过两种方式分别确定脉动风的特性，能够确认脉动风的特性，为特高压输电线路的静动态工程设计提供理论和参考依据。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
： 本专利技术涉及一种输电线绝缘子动力学特性研究，特别是涉及一种风振激励作用下特高 压输电线路非线性动力学分析方法。
技术介绍
： 在特高压输电线路工程设计与施工中，很多包括过电压与绝缘配合、耐污特性、防雷特 性、线路环境、设备研制、运行维护等关键技术问题以及铁塔组立、张力架线、变电基础等施 工方面的问题均不同于以往的高压或超高压输电线路，亟待研究和解决，特高压输电线路 多联绝缘子串的静动态力学特性及风振成因与抑制技术就是其中之一。 绝缘子在高压输电线路中是必不可少的一个组成部分。它的作用主要体现在两个 方面，第一个方面，它能使处于高电位的导线与处于低电位的杆塔相互连接，承受了导线的 重力风力等机械力，因此它需要满足机械性能的要求；第二个方面，它还需要保证两者之间 绝缘，这是其电气方面的性能要求。绝缘子的结构比较简单，制造成本也相对较低，但它的 重要性不亚于其他构成电力系统的任何设备和器件。任何一串绝缘子出现问题都会造成输 电线路的故障，严重时会造成长时间的停电，对电力系统的安全运行以及人们的日常生活 造成很大的伤害。在特高压输电线路设计中，经常会出现大档距、大负荷的情况，当单联绝 缘子串、双联绝缘子串荷载不够时，就需要采用多联绝缘子串，因此更加需要研究多联绝缘 子串的非线性动力学情况。
技术实现思路
： 本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种简单实用、模拟准确且 容易实施的。 本专利技术的技术方案是： 一种，包括以下步骤： a、 采用线性滤波法构建风场，并且应用线性滤波法中的AlMi型模拟风速时程，把随 机过程抽象为满足给定条件的白噪声，然后通过某一假设系统进行适当变换从而拟合出该 过程的时域过程； b、 将某段输电线路平均等分为N个单元，具体的选取模拟点N-I个，采用线性滤波法模 拟得到的选取的模拟点的风速时程曲线图； c、 采用谱函数对上述模拟点的风速时程曲线进行检验，能够得知目标谱与谱密度的模 拟谱基本接近，则模拟得到的脉动风速时程曲线结果是可信的，数值模拟出的脉动风速和 实际的风速基本吻合； d、 采用直接的数值积分法中的〃法对输电线体系的动力学方程进行求解，得 到部分模拟点的风速时程曲线，从风速时程曲线看出，在脉动风的作用下，输电线的位移在 平衡点附近振动，同时z方向的位移相比较输电线的γ方向来说数值较小，说明输电线在水 平方向的脉动风的作用下，对于z方向的影响比较大； e、 根据非线性模态理论，对于形成的在新平衡点处非线性方程组进行求解，主要采用 前七阶模态进行合成来模拟输电线在脉动风下的时程曲线； f、对于上述两种方法求解的时程曲线采用功率谱进行对比，能够得知模态叠加合成的 时程曲线的功率谱和直接求解的功率谱吻合的较好，表明了模态合成求解的输电线动态响 应时程曲线是可靠的。 在应用线性滤波法中的模型模拟风速时程中，选取以下参数：地貌类别为B 类，截取频率为〇-5Hz，时间间隔取0. 01s，模拟时间100s，Cx、Cy、Cz分别表示水平向、横向 和竖向的衰减系数，具体的取Cx=16、Cy=8、Cz=10, IOm处的平均风速25m/s，表面粗糙度系 数k=0. 015,地面粗糙度指数α =〇. 16,频率取样点N=1500。 在步骤b中，将某段输电线路平均等分为8个单元，具体的选取模拟点7个，在步 骤f中，选取Z方向上的二三四点进行对比。 本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术通过直接的数值积分法求解和非线性模态理论求解这两种方式分别确定脉 动风的特性，并且二者相互印证，进而确认脉动风的特性，为特高压输电线路的静动态工程 设计提供理论和参考依据。 2、本专利技术采用直接的数值积分法求解，得到部分模拟点的风速时程曲线，表明在 脉动风的作用下，输电线的位移在平衡点附近振动，同时Z方向的位移相比较输电线的Y方 向来说数值较小，进而能够表明输电线在水平方向的脉动风的作用下，对于Z方向的影响 比较大，提高了分析效果的直观性。 3、本专利技术根据非线性模态理论，对于形成的在新平衡点处非线性方程组进行求 解，主要采用前七阶模态进行合成来模拟输电线在脉动风下的时程曲线，从而验证脉动风 的运动规律。 4、本专利技术对于两种方法求解的时程曲线采用功率谱进行对比，为此选取Z方向上 的二三四点进行对比，模态叠加合成的时程曲线的功率谱和直接求解的功率谱吻合的较 好，表明了模态合成求解的输电线动态响应时程曲线是可靠的。 5、本专利技术简单实用、模拟准确且容易实施，其适用范围广，易于推广实施，具有良 好的经济效益。【附图说明】： 图1为输电线风载荷模拟点的示意图； 图2为模拟点1的风速时程曲线图； 图3为模拟点2的风速时程曲线图； 图4为模拟点3的风速时程曲线图； 图5为模拟点4的风速时程曲线图； 图6为模拟点1的功率谱和目标谱的对比图； 图7为模拟点2的功率谱和目标谱的对比图； 图8为模拟点3的功率谱和目标谱的对比图； 图9为模拟点4的功率谱和目标谱的对比图； 图10为积分法求解的输电线第一点Z方向位移时程曲线图； 图11为积分法求解的输电线第二点Z方向位移时程曲线图； 图12为积分法求解的输电线第四点Z方向位移时程曲线图； 图13为积分法求解的输电线第一点Y方向位移时程曲线图； 图14为积分法求解的输电线第四点Y方向位移时程曲线图； 图15为非线性求解的输电线第一点Z方向位移时程曲线图； 图16为非线性求解的输电线第二点Z方向位移时程曲线图； 图17为非线性求解的输电线第三点Z方向位移时程曲线图； 图18为第二点Z方向物理坐标下的谱和模态合成下的谱对比图； 图19为第三点Z方向物理坐标下的谱和模态合成下的谱对当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风振激励作用下特高压输电线路非线性动力学分析方法，包括以下步骤：a、采用线性滤波法构建风场，并且应用线性滤波法中的模型模拟风速时程，把随机过程抽象为满足给定条件的白噪声，然后通过某一假设系统进行适当变换从而拟合出该过程的时域过程；b、将某段输电线路平均等分为N个单元，具体的选取模拟点N‑1个，采用线性滤波法模拟得到的选取的模拟点的风速时程曲线图；c、采用谱函数对上述模拟点的风速时程曲线进行检验，能够得知目标谱与谱密度的模拟谱基本接近，则模拟得到的脉动风速时程曲线结果是可信的，数值模拟出的脉动风速和实际的风速基本吻合；d、采用直接的数值积分法中的Wilson‑θ法对输电线体系的动力学方程进行求解，得到部分模拟点的风速时程曲线，从风速时程曲线看出，在脉动风的作用下，输电线的位移在平衡点附近振动，同时Z方向的位移相比较输电线的Y方向来说数值较小，说明输电线在水平方向的脉动风的作用下，对于Z方向的影响比较大；e、根据非线性模态理论，对于形成的在新平衡点处非线性方程组进行求解，主要采用前七阶模态进行合成来模拟输电线在脉动风下的时程曲线；f、对于上述两种方法求解的时程曲线采用功率谱进行对比，能够得知模态叠加合成的时程曲线的功率谱和直接求解的功率谱吻合的较好，表明了模态合成求解的输电线动态响应时程曲线是可靠的。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟政，蔡裕，辛军，季国剑，杨兰均，刘富荣，金峰，李陵，李蒙，牛继涛，冯帆，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河南省电力公司郑州供电公司，河南恩湃电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11