一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，属于电力系统技术领域。本发明专利技术根据架空输电线路的设计参数，利用电力系统仿真软件构建架空输电线路模型，并在架空输电线路模型中选取待优化的输电线元件，确定输电线元件优化模型后，基于Reynold

【技术实现步骤摘要】
一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法。

技术介绍

[0002]极端气候灾害常常伴随有强风场的发生，输配电线路作为连接发电站与电网用户之间的桥梁，易于受到极端气候所引起强风天气的影响而发生损伤，影响电网用户的正常用电，导致居民用户停电、工厂停工等现象，造成国民经济的损伤。
[0003]现阶段，电力公司对于输电线路的安全运行极其重视。由于强风天气发生时所产生的风载荷超过输电线路元件所能承受的最大载荷时，输电线路元件发生故障导致输电线路无法正常运行，而输电线路作为供电过程中的重要环节，保障输电线路中元件的正常运行是保证供电稳定的基础。
[0004]电力系统模拟方法作为研究电器元件的常用研究方法，能够将气象要素和电力系统响应相结合，建立时间和空间上的联系，对于研究特定气候环境下输电线路的响应具有极其重要的意义。
[0005]因此，亟需提出一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，基于电力系统模拟软件准确调整输电线路中元件的参数，提高输电线路对于强风天气的抵抗能力，为保障电力系统的稳定运行奠定基础。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对需要提高输电线路对于强风天气抵抗能力的需求，提出了一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，将电力系统模拟与故障率分析相结合，基于电力系统模拟获取输电线路元件的故障率，优化输电线路元件的元件参数，实现了对输电线路元件最优设计方案的获取，为提高输电线路应对极端气候的抵抗能力提供了依据。
[0007]本专利技术采用以下的技术方案：
[0008]一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
[0009]步骤1，根据架空输电线路的设计参数，利用电力系统仿真软件，构建架空输电线路模型，架空输电线路模型中设置有多根输电线模型和多根塔杆模型；
[0010]步骤2，在输电线模型上选取待优化的输电线元件，将待优化的输电线元件设置为输电线元件优化模型，根据输电线元件的设计参数，设置输电线元件优化模型的元件参数；
[0011]步骤3，基于Reynold
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average Navier
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Stokes方程构建风场模型，设置风场参数，并将风场模型施加在架空输电线路模型上，利用电力系统仿真软件模拟得到强风天气下输电线模型的响应，模拟强风天气下输电线路的运行情况，确定输电线模型上输电线元件优化模型的故障率；
[0012]步骤4，根据输电线元件优化模型的故障率，结合输电线元件预设故障率，判断输电线元件优化模型是否满足应用需求，若输电线元件优化模型的故障率超过输电线元件预
设故障率，则进入步骤5，否则，则进入步骤6；
[0013]步骤5，调整输电线元件优化模型的元件参数，更新架空输电线路模型中输电线元件优化模型的元件参数后，返回步骤3中，利用更新后的架空输电线路模型继续模拟；
[0014]步骤6，输出输电线元件优化模型的元件参数，并作为输电线元件的最优参数，得到输电线路元件参数的最优设计方案。
[0015]优选地，所述架空输电线路的设计参数包括设计输出功率、输电线设计参数和杆塔的设计参数，其中，设计输出功率包括架空输电线路的最小输出功率Pmin和最大输出功率Pmax，输电线的设计参数包括输电线的数量、型号、材料、直径、长度、平均档距和排布方式，杆塔的设计参数包括杆塔的数量、材料、强度等级、直径、高度和承载能力校验弯矩。
[0016]优选地，所述输电线模型之间设置有绝缘子。
[0017]优选地，所述输电线元件模型的元件参数基于导线单位长度的设计参数设置，包括抗拉强度、截面面积、电导和电抗。
[0018]优选地，所述风场参数包括风速、气流密度、气压和气流粘度。
[0019]优选地，所述步骤3中，基于Reynold
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average Navier
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Stokes方程，结合风场参数，设置风场模型并施加在架空输电线路模型上，如公式(1)所示：
[0020][0021]其中，
[0022][0023]式中，v为风速，ρ为气流密度，t为时间，u为气流粘度，f为风场的约束力，τ为雷诺应力，y为风场模型距离输电线模型表面的距离，c
k
为卡门常数。
[0024]优选地，所述风场模型施加在输电线元件优化模型上的风载荷沿输电线元件优化模型的轴线方向，如公式(3)所示：
[0025][0026]式中，N1为输电线元件优化模型轴向方向所受到的风载荷，θ为风向与输电线元件优化模型轴向方向之间的夹角，D为输电线元件优化模型的外径，v为风速；
[0027]同时，输电线元件优化模型还因自身重力存在重力载荷，重力载荷的方向垂直向下，如公式(4)所示：
[0028]N2＝mg
ꢀꢀ
(4)
[0029]式中，N2为输电线元件优化模型所受到的重力载荷，m为输电线元件优化模型的质量，g为重力加速度。
[0030]优选地，所述步骤4中，若输电线元件优化模型的故障率不超过输电线元件的预设故障率，则判定输电线元件优化模型受到风场影响后未发生故障，无需调整输电线元件优化模型的元件参数，直接进入步骤6；否则，则输电线元件优化模型发生故障，需要调整输电线元件优化模型的元件参数，进入步骤5。
[0031]优选地，所述输电线元件优化模型的故障率根据强风天气下输电线模型的响应所
确定，基于强风天气下输电线模型的响应获取输电线元件优化模型抗拉强度的标准差、均值和方差，结合强度概率密度函数，确定输电线元件优化模型的故障率，如公式(5)所示：
[0032][0033]式中，P
l
为输电线元件优化模型的故障率，δ
l
为输电线元件优化模型抗拉强度的标准差，μ
l
为输电线元件优化模型抗拉强度的均值，σ
l
为输电线元件优化模型抗拉强度的方差，δ
g
为输电线元件优化模型所承受的应力，T
g
为输电线元件优化模型的截面张力，S
l
为输电线元件优化模型的截面积。
[0034]本专利技术具有如下有益效果：
[0035]本专利技术提出了一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，通过将电力系统模拟与故障率分析相结合，基于强风天气下架空输电线路中输电线模型的响应，准确获取待优化输电线元件在强风天气下的故障率，并根据模拟所得到的故障率优化输电线元件的元件参数，实现了对输电线路元件最优设计方案的获取。
[0036]本专利技术方法所确定的输电线路元件最优设计方案有利于指导电力系统工作人员在强风天气来临前及时调整输电线路元件的元件参数，在自然灾害来临前将输电线路元件参数调整值最优参数，从而有效提高输电线路应对极端气候的抵抗能力，避免了强风天气等极端天气对电力系统的损伤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，根据架空输电线路的设计参数，利用电力系统仿真软件，构建架空输电线路模型，架空输电线路模型中设置有多根输电线模型和多根塔杆模型；步骤2，在输电线模型上选取待优化的输电线元件，将待优化的输电线元件设置为输电线元件优化模型，根据输电线元件的设计参数，设置输电线元件优化模型的元件参数；步骤3，基于Reynold
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Stokes方程构建风场模型，设置风场参数，并将风场模型施加在架空输电线路模型上，利用电力系统仿真软件模拟得到强风天气下输电线模型的响应，模拟强风天气下输电线路的运行情况，确定输电线模型上输电线元件优化模型的故障率；步骤4，根据输电线元件优化模型的故障率，结合输电线元件预设故障率，判断输电线元件优化模型是否满足应用需求，若输电线元件优化模型的故障率超过输电线元件预设故障率，则进入步骤5，否则，则进入步骤6；步骤5，调整输电线元件优化模型的元件参数，更新架空输电线路模型中输电线元件优化模型的元件参数后，返回步骤3中，利用更新后的架空输电线路模型继续模拟；步骤6，输出输电线元件优化模型的元件参数，并作为输电线元件的最优参数，得到输电线路元件参数的最优设计方案。2.根据权利要求1所述的强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，所述架空输电线路的设计参数包括设计输出功率、输电线设计参数和杆塔的设计参数，其中，设计输出功率包括架空输电线路的最小输出功率Pmin和最大输出功率Pmax，输电线的设计参数包括输电线的数量、型号、材料、直径、长度、平均档距和排布方式，杆塔的设计参数包括杆塔的数量、材料、强度等级、直径、高度和承载能力校验弯矩。3.根据权利要求1所述的强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，所述输电线模型之间设置有绝缘子。4.根据权利要求1所述的强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，所述输电线元件模型的元件参数基于导线单位长度的设计参数设置，包括抗拉强度、截面面积、电导和电抗。5.根据权利要求1所述的强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，所述风场参数包括风速、气流密度、气压和气流粘度。6.根据权利要求5所述的强风天气下输电线路元件参数的优化方法，其特征在于，所述步骤3中，基于Reynold
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【专利技术属性】
技术研发人员：李学军，丁坤，孙亚璐，付兵彬，杨昌海，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司，
类型：发明
国别省市：