【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力线路，更具体地，涉及一种输电线路的仿真方法及应用。
技术介绍
1、我国输电线路具有输电点多、线路长及面积广的特点，很多输电线路处于平原、丘陵、草原等空旷地区，也有很多处于山区等复杂地形地区，输电线路体系构造复杂多变。此外，不同地区的输电线路所受覆冰和风荷载的工况也不同。在涉及到输电塔线体系的设计上，要依据所处的地形地貌选择连续档或独立档类型，并设计合理的档距和挂点高差。此外，要对不同的导地线型号、绝缘子型号、金具等进行对比分析，同时也要对输电线路进行不同覆冰和风荷载工况下的计算仿真模拟确保在实际工程中的输电安全。因此，研究输电线路的仿真方法及应用存在重要意义。
2、目前主要采用有限元法进行复杂输电线路体系的分析和计算，现有技术主要采用索单元对导线建模，索单元用于模拟具有线性行为且只能承受拉力的结构，长距离输电中导线直径较大，采用索单元无法模拟导线的弯曲刚度，无法模拟导线在运动中所受的剪切力和扭转力的作用，并且由于索单元的线性假设，无法准确模拟在复杂脱冰或风偏工况下具有非线性行为的导线，导致准确性较低。此外，现有技术仅考虑全跨均匀脱冰的工况，适用性窄，并且将风荷载简化模拟为随时间不变的静风荷载，忽略了风速的不确定性，进一步导致准确性低。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种输电线路的仿真方法及系统，用于解决现有的有限元法无法准确地对输电线路进行仿真的技术问题。
2、为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供
3、对输电线路中的各部件分别进行建模，并将所得的各部件模型按照其在输电线路中的几何关系进行耦合，从而得到输电线路仿真模型；
4、其中，输电线路的部件包括：导线、绝缘子串、金具、线间间隔棒和相间间隔棒；
5、导线模型通过以下方式建模得到：
6、基于所设置的导线的几何参数和力学参数，计算导线的惯性矩；基于导线的惯性矩，采用ansys软件中的beam4单元对导线进行模拟后，基于所设置的输电线路各档档距和高差对导线进行找形，从而得到导线模型。
7、进一步优选地，当导线为复合材料导线时，其包括内芯和包裹在内芯之外的外芯；
8、此时，导线的几何参数包括：内芯直径r1和导线直径r2，力学参数包括：导线的弹性模量ec和导线内芯的弹性模量es；导线的惯性矩为
9、进一步优选地，绝缘子串模型通过以下方式建模得到：
10、采用ansys软件为绝缘子串中的每一个绝缘子片建立单元模型，并使任意相邻的两个单元模型之间通过绞接的方式相连。
11、进一步优选地，绝缘子串模型与金具模型之间采用耦合节点自由度的方式相连。
12、进一步优选地，线间间隔棒模型通过以下方式得到：
13、采用ansys软件建立数量与导线的分裂数量相同的多个梁单元，并使每一个梁单元对应连接一对相邻的导线模型，从而得到线间间隔棒模型。
14、第二方面，本专利技术提供了一种输电线路脱冰工况的仿真方法，包括：
15、将设定质量下的覆冰所产生的作用力施加到输电线路仿真模型中的导线模型中；基于导线密度ρc、导线截面积ac、覆冰密度ρi和覆冰面积ai，计算得到覆冰后的导线等效密度并在导线等效密度ρci下，基于输电线路各档档距和高差对当前的导线模型进行找形；
16、当脱冰方式为全跨均匀脱冰时，基于所设置的脱冰率α得到当前导线等效密度并在当前导线等效密度下，对当前的输电线路仿真模型进行瞬态动力响应分析，得到脱冰跳跃幅度；
17、当脱冰方式为非均匀脱冰时，从脱冰起始点开始，沿着脱冰方向，每隔δt时间段，将lt/n个导线单元的等效密度设置为并在当前导线等效密度下，对当前的输电线路仿真模型进行瞬态动力响应分析，得到当前时刻下的脱冰跳跃幅度；其中，δt时间段内的脱冰长度l为所设置的脱冰总长度；v为脱冰速度；n为所设置的单位长度内的导线单元数量；
18、其中，上述输电线路仿真模型采用本专利技术第一方面所提供的输电线路的仿真方法仿真得到。
19、进一步优选地，当仿真在脱冰的过程中还存在风偏时，在当前导线等效密度下，通过以下方式得到脱冰跳跃幅度：
20、在每一时刻下，根据每一导线节点处的风速计算得到对应的风压力，并与该导线节点处风与导线的接触面积相乘，得到该导线节点处的风荷载；在当前导线等效密度下，基于每一导线节点处的风荷载及所设置的风攻角，对当前的输电线路仿真模型进行瞬态动力响应分析，得到脱冰跳跃幅度；
21、其中，每一时刻下每一导线节点处的风速预先通过以下方式设定：在每一个导线节点处，分别根据导线节点所处的空间位置，模拟一组脉动风时程数据，用于表示风速随时间的变化关系。
22、进一步优选地，导线节点处的风荷载的计算公式如下：
23、ph＝μw0μzμscd sin2θ×10-3
24、其中，μ为风压不均匀系数；为导线节点处的基准风压标准值，ρ0为空气密度；v为导线节点所在基准高度处的风速；μz为导线距离地面的风压高度变化系数；μsc为导线体型系数；d为导线的外径；θ为导线节点处所设置的风攻角。
25、第三方面，本专利技术提供了一种输电线路脱冰工况仿真系统，包括：
26、模型构建模块，用于执行本专利技术第一方面所提供的输电线路的仿真方法，得到输电线路仿真模型；
27、工况仿真模块，用于对所得输电线路仿真模型，执行本专利技术第二方面所提供的输电线路脱冰工况的仿真方法，得到脱冰跳跃幅度。
28、进一步优选地，上述输电线路脱冰工况仿真系统还包括：显示模块，用于对所得脱冰跳跃幅度进行显示。
29、第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行本专利技术第一方面所提供的输电线路的仿真方法和/或本专利技术第二方面所提供的输电线路脱冰工况的仿真方法。
30、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
31、1、本专利技术提供了一种输电线路的仿真方法，考虑复杂脱冰或风偏工况下导线运动过程中的弯曲刚度以及剪切力和扭转力的作用以及非线性行为，采用梁单元beam4单元对导线模拟，能够模拟出导线在脱冰或风偏工况中弯曲和扭转运动时剪切力和扭转力的作用，从而能够更加准确地模拟导线的受力，进而提高了对输电线路进行仿真的准确性。
32、2、进一步地，本专利技术所提供的输电线路的仿真方法，考虑到复合材料导线内芯和外芯材料差异较大，在计算导线的惯性矩时，分别考虑内外芯材料的参数，大大提高了导线惯性矩计算的准确度，进一步提高了输电线路仿真地准确率。
33、3、进一步地，本专利技术所提供的输电线路的仿真方法，采用ansys软件为绝缘子串中的每一个绝缘子片建立单元模型，并使任意相邻的两本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种输电线路的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，当导线为复合材料导线时，其包括内芯和包裹在内芯之外的外芯；
3.根据权利要求1所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，绝缘子串模型通过以下方式建模得到：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，绝缘子串模型与金具模型之间采用耦合节点自由度的方式相连。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，线间间隔棒模型通过以下方式得到：
6.一种输电线路脱冰工况的仿真方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的输电线路脱冰工况的仿真方法，其特征在于，当仿真在脱冰的过程中还存在风偏时，在当前导线等效密度下，通过以下方式得到脱冰跳跃幅度：
8.根据权利要求7所述的输电线路脱冰工况的仿真方法，其特征在于，导线节点处的风荷载的计算公式如下：
9.一种输电线路脱冰工况仿真系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于
...【技术特征摘要】
1.一种输电线路的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，当导线为复合材料导线时，其包括内芯和包裹在内芯之外的外芯；
3.根据权利要求1所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，绝缘子串模型通过以下方式建模得到：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，绝缘子串模型与金具模型之间采用耦合节点自由度的方式相连。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的输电线路的仿真方法，其特征在于，线间间隔棒模型通过以下方式得到：
6.一种输电线路脱冰工况的仿真方法，其特征在于，包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：龙晓鸿，卢春德，桂石海，古效鹏，李宗霖，贾昆齐，马永涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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