【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到仿真方法，特别是极限天气下配电网线路舞动与失效规律的数值仿真方法。
技术介绍
1、配电线路作为电网的重要环节，由于分布的多维特性和长时间暴露于外界影响下，极易遭受自然灾害的影响。架空导线同接触网正馈线一样是细长的柔性结构，在环境风的作用下会出现低频率、大振幅的振动现象，称此现象为舞动。当线路覆冰时，舞动更易发生。导线舞动的频率低、幅度大、持续时间长，容易引发架空线路的断线断股、金具受损、闪络等故障，严重时甚至会发生杆塔倒塌等事故。当配电线路发生故障时，不仅影响当地的电力供应，而且往往会引起电网振荡和破坏电网，导致大面积停电，对整个电力系统造成严重的影响。
2、有限元模型是一种用于有限元分析的计算模型，它提供了进行有限元计算所需的所有原始数据。有限元建模是整个有限元分析过程的关键，它决定了计算结果的精度、计算时间的长短、存储容量的大小以及计算过程能否完成。通过建立配电网的有限元模型，可以准确地描述线路的几何形状、材料属性和载荷分布。然后，通过动态分析方法，可以模拟线路在极限天气条件下的运动过程，包括风力、温度变化等因素对线路的影响。最后，通过静态分析方法，可以研究在极限天气条件下线路的疲劳寿命和失效机制。
3、尽管现在可以通过图像识别等技术及时的发现配电网线路故障，但先发生故障后处理的方式会导致大面积停电等严重影响，造成巨大的经济损失。因此，希望可以通过预测的方式在故障发生前，及时的进行小范围的维护来避免配电网线路故障的发生。
4、公开号为cn113591342a的专利申请公开了
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决恶劣天气下配电网舞动造成故障的预测与失效规律的研究问题。
2、针对现有技术的不足，本专利技术旨在解决恶劣天气下配电网舞动造成故障的预测与失效规律的研究问题，提出一种极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，以期实现对配电网失效概率的预测，以保持配电网线路的正常工作。
3、本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，包括以下步骤：
4、步骤1、荷载分析，包括：
5、步骤1.1、静态分析，分析配电网线上的组合静态冰荷载和风压荷载，导线上最大均匀组合静态冰荷载作用于塔，产生了平行于线方向的静张力，静张力的水平分量为h，风跨长度为lw的覆冰导线上的风压荷载a作用于配电网塔并垂直于线，计算静张力的水平分量h和风压荷载a；
6、步骤1.2、动态分析，分析配电网线上的组合动态冰荷载和动态风压荷载，确定驰振现象的水平张力的特征频率和特征向量，具体的，根据线路自由振动的线性理论来计算驰振现象的特征频率和特征向量；
7、步骤2、建立有限元模型；
8、步骤2.1、构建简单模型，根据静张力的水平分量h和风压荷载a，并考虑连接金具的抗压强度与抗拉强度以及寿命，在opensees平台建立配电网塔线系统简单模型，简单模型不考虑塔线连接处的连接金具的使用期限、磨损程度，均视为崭新出厂；
9、步骤2.2、构建复杂模型，根据特征频率和特征向量，在opensees平台建立配电网塔线系统复杂模型，除建立简单模型所需考虑的连接金具的抗压强度与抗拉强度以及连接金具的寿命，复杂模型考虑连接金具的使用期限、磨损程度；
10、步骤2.3、对配电网塔线系统的简单模型与复杂模型进行小尺度动态模拟，比对简单模型与复杂模型的模拟结果，分析简单模型与复杂模型间的线性关系，修改简单模型计算出的需求的线性模型；
11、步骤3、易损性分析；
12、步骤3.1、根据所述的线性模型，进行简单模型的中尺度动态模拟，并通过采样得到弱势成员的需求分布，并根据需求分布得到相关矩阵；
13、步骤3.2、进行大规模数值模拟，将所述相关矩阵与多元正态分布匹配生成随机样本s，将随机样本s映射到期望的非高斯需求分布，分析非高斯需求分布，得出配电网线失效概率。
14、上述荷载分析所进行的分析只集中在确定荷载的水平分量上，因为荷载的水平分量是配电网线路受力的主要方向，是造成疲劳问题和结构崩溃的主要原因。只分析荷载水平分量，可以简化分析过程，并且依然可以准确的分析极限天气下配电网线舞动与失效规律。上述建立有限元模型中，所建立的简单模型建模简单，计算高效，但准确性相对较低，复杂模型建模考虑因素更多，计算复杂，所需时间更多，但准确性高，本专利技术在充分发挥简单模型的高效性的同时，利用复杂模型的准确性提高简单模型的准确性，并且简单模型使中尺度分析成为可能。
15、作为进一步优化的技术方案，当前相邻配电网塔之间的风跨长度lw等于前后相邻的配电网塔之间的跨度距离和的一半。
16、作为进一步优化的技术方案，步骤1.1中，计算静张力的水平分量h：
17、
18、式中，变量描述单位长度的导线总质量，即裸导线质量与所覆盖冰雪质量之和，为两座配电网塔之间跨度距离，为跨度中部覆冰导线下垂距离，为重力加速度；
19、计算风压荷载a：
20、
21、式中，为动态风压，为阻力系数，为跨度因子，为导线的综合风系数，与线路距离地面的高度和地形类别有关，为等效圆柱形的覆冰导线的直径，为风与导线的角度。
22、作为进一步优化的技术方案，对于通常的绞合导线和风速，等于1.00，如果直接测量或风洞试验得出其他值，则使用这些值，对于直径为15mm或更小的导线，为1.2，其中，优先使用直接测量或风洞试验得出的值。
23、作为进一步优化的技术方案，跨度小于200m时，为1，跨度大于200m时，随跨度增加而减小。
24、作为进一步优化的技术方案，与线路距离地面的高度和地形类别有关，相同地形类别下随离地高度增加而增加。
25、作为进一步优化的技术方案，步骤1.2中，根据线路自由振动的线性理论来计算驰振现象的特征频率和特征向量：
26、
27、
28、
29、式中，n为模态号，表示振动的模态数量，为与一个模态相关的最大振幅的一半，为电缆的水平投影长度，为仅考虑裸导线质量的情况时静张力的水平分量，m为裸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：当前相邻配电网塔之间的风跨长度Lw等于前后相邻的配电网塔之间的跨度距离和的一半。
3.如权利要求1所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：步骤1.1中，计算静张力的水平分量H：
4.如权利要求3所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：对于通常的绞合导线和风速，等于1.00，如果直接测量或风洞试验得出其他值，则使用这些值，对于直径为15mm或更小的导线，为1.2，其中，优先使用直接测量或风洞试验得出的值。
5.如权利要求3所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：跨度小于200m时，为1，跨度大于200m时，随跨度增加而减小。
6.如权利要求3所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：与线路距离地面的高度和地形类别有关，相同地形类别下随离地高度增加而增加。
<...【技术特征摘要】
1.极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：当前相邻配电网塔之间的风跨长度lw等于前后相邻的配电网塔之间的跨度距离和的一半。
3.如权利要求1所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：步骤1.1中，计算静张力的水平分量h：
4.如权利要求3所述的极限天气下配电网线舞动与失效规律的数值仿真方法，其特征在于：对于通常的绞合导线和风速，等于1.00，如果直接测量或风洞试验得出其他值，则使用这些值，对于直径为15mm或更小的导线，为1.2，其中，优先使用直接测量或风洞试验得出的值...
【专利技术属性】
技术研发人员：李奇越，冯志华，范磊，吴义方，蒋磊，王国庆，张文学，黄冬，李冉飞，王顺，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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