一种基于多维随机阵风场模拟、输电线路铁塔-导/地线一体化系统模型计算的输电线路风振治理方法：首先，基于多维随机振动理论，根据谐波合成法生成风荷载时间历程样本，对风场进行模拟；其次，建立杆塔-导/地线-风振治理装置一体化系统的动力学模型，对导/地线进行初始形态分析，设置模型的边界条件；第三，将风荷载转换为风压，对输电线路塔线系统进行加载，利用仿真软件计算铁塔杆件的轴应力和位移-时间历程；最后，分析判断风振强度与风振抑制效果，通过优化方案来提高治理效果。本发明专利技术考虑输电线路杆塔、导线及地线间的刚柔动力学耦合、随机阵风场与杆塔-导/地线系统结构间的流固耦合，由此确定的风振治理方法，具有更好的实施效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到。
技术介绍
输电线路是电网中电能传输的主要部件，输电线路的正常、安全运行是避免电网重大事故的重要保障。杆塔-导/地线体系作为输电线路的支撑体，它是由导线、绝缘子和输电塔组成的具有強烈非线性的复杂耦联体系。输电塔是ー种高耸柔性结构，对风荷载等动カ荷载比较敏感，易产生较大的动カ响应。输电塔系统的破坏会导致供电系统的瘫痪，这不仅严重地影响生产建设、生活秩序，而且会引发次生灾害，给社会和人民生命财产造成严重的后果。近年来世界范围输电线路的风振灾害呈现了递增趋势。在我国，输电塔系统的破坏情况也很严重，输电塔被风吹倒之事，几乎毎年都有发生。风振严重时，可能引起相间闪络、跳闸停电、线夹等金具损坏、导线断股甚至杆塔倒塌，是输电线路的重大灾害之一。针对风振对输电系统的破坏，目前还没有比较成熟的风振治理方法。有关学者专家基于导线风振机理、风振治理和防风措施的研究，先后总结出ー些风振治理方法。但现有方法仍存在较大的局限性(I)没有综合考虑杆塔-导/地线体系及风振治理装置的耦合效应；(2)没有考虑风场的随机性。中国专利技术专利“减小高塔结构风振响应的动カ吸振和耗能装置”(专利号CN 1840794A)提出了ー种针对杆塔结构(直接针对桅杆结构)振动进行减振控制的装置；中国专利技术专利“一种输电线路高塔风振控制方法”(专利号CN101692566A)提供了一种采用粘弾性阻尼器并联安装于铁塔主材外侧控制其弯曲振动的方法。两者均针对杆塔本身或其中的一部分提出相应的防振方法，没有考虑杆塔-导/地线体系及风振治理装置的耦合效应及风场的随机性。中国发名专利“基于振动发电的高压线微风振动在线监测装置及方法”(专利号CN 102288281A)提出了一种基于振动检测电路对输电线振动幅值或频率进行检测的方法，其主要研究高压线的风振检测，既没有提出有效的风振治理方法，也没有综合考虑杆塔-导/地线体系及风振治理装置的耦合效应。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提出ー种考虑随机阵风场与杆塔-导/地线系统结构间的流固耦合的输电线路风振治理方法，进ー步提高输电线路风振治理的科学性与有效性。本专利技术的方法，步骤包括步骤包括S1随机阵风场的模拟；S2建立杆塔-导/地线-风振治理装置一体化系统的动力学模型；S3根据随机阵风场分析输电线路的风振治理效果，判断风振强度和确定安装风振治理装置。SI随机阵风场的模拟基于多维随机振动理论，按照谐波合成法生成设计风速下的风荷载时间历程样本，对风场进行模拟；在大气边界层中，风场运动是关于时间和空间相关的各向非均匀随机过程，将其假定为具有零均值的三维多变量平稳随机过程，在笛卡尔坐标系中的风场运动表示为 U = U(z)+u(y,z,t)< v = v(y,z,t)(I) w = w{y,z,t)式中，U为纵向来流风速(X方向)；ヲ为纵向平均风速(X方向)；u，V，w分别为纵向(X方向)、侧向(Y方向)和垂向(Z方向)脉动风速分量；t为时间。SI实施步骤如下Sl-I计算平均风速平均风速的描述方法主要有对数律和指数律，选取A. G. Davenport指数律理论，则任意高度处的平均风速可以表示为 、 一 (2)式中，Zb-标准參考高度-为标准參考高度处得平均风速；z_当前高度& -当前高度处的平均风速；a -地面粗糙度。S1-2计算脉动功率谱风场存在功率，Kaimal纵向脉动风速谱 Sv(z,n) 20(k*ベ (l + 50xj^(3)式中n_风振频率；v*_地面摩擦速度，即 k ■ Vi0巾 _ , 10 、其中，k-卡曼(Karman)常数，k ^ 0. 4 ；y,0 -高度IOm处的平均风速Vi0-地面粗 yi2糙长度(m)，取0. 9 'Z-高度坐标;x* =W为无量纲坐标。S1-3谐波叠加及相关性计算谐波叠加法是由Shinozuka等提出的平稳随机过程数值模拟方法，Ui (t) (i = I,2,3......m)是m个具有零均值的ー维多变量高斯平稳随机过程，其互谱密度矩阵为 ( ) ^i2 ( ) . . . K ) ^21 ( ) ^22 ( ) ' ' ' ^2m ( )^( ) =Ai( ) ( ) . . . Smm(co)\(4)式中，Sij(W)(i = 1,2......m ； j = 1,2......m)为互相关函数 Rij ( t ) (i 尹 j)或自相关函数Rii(T)的Fourier变换。不计导线/地线在传输方向上的高差变化，只考虑其侧向相关性，其相关系数可表示为R(n,iJ) = Q^{ n y—少;)} '(5) 式中Cy表示横向衰减系数，E. Simin建议Cy = 8, Vi, Vj分别表示i,j 点的平均风速，Vtj = (Vi +')/2.风速的互功率谱为A =」StiSjRin^j).对S (w)进行 Cholesky 分解,则S(w) = H(w)H*(w)t (6)式中，H(co)是下三角矩阵，H*( )T是复共轭转置矩阵；H(GJ)表达式如下 Hu(ct>) 0 ... 0 H2M) H22(O)) ... 0H ( )= _^mi( ) S. . . Smm(a>)(7)根据Shinozuka理论，随机过程{も(t)}的样本可由下式来模拟i N_U1 (O = ZZl Hu ) IV"l^k xcos[a)kt-0a(a)k) + (plkl i = 1，2， ，m(8)式中N为频率等分数，即频率域内的数据采样数目，为了利用FFT技木，一般N=2' a为正整数；Sil(Ok)为结构上两个不同载荷作用点之间的相位角，/I / 、-I f( )]]0u(^k) = tm jRej 为介于0 2 之间均匀分布的随机相位角；取上限截止 'SPlk频率为《 U，可估算其值J:S(co)d(o = (l-s)^ S(a)d(o,。)S(GJ)为功率谱密度函数，e くく I ；Acok = Y根据Shinozuka提出的双下标频 9率概念，可按下式取值(Ok =(k -l)A0t H--A.a>k (k = I, 2, . . . , N ；1 = 1, 2, . . . , m)(10)为了避免模拟结果失真，采样数不小于2N，时间增量At应满足以下条件^t-— c0U由此，时间增量A t的取值可按下式计算权利要求1.，步骤包括S1随机阵风场的模拟；S2建立杆塔-导/地线-风振治理装置一体化系统的动力学模型；S3根据随机阵风场分析输电线路的风振治理效果，判断风振强度和确定安装风振治理装置； SI随机阵风场的模拟 基于多维随机振动理论，按照谐波合成法生成设计风速下的风荷载时间历程样本，对风场进行模拟 在大气边界层中，风场运动是关于时间和空间相关的各向非均匀随机过程，将其假定为具有零均值的三维多变量平稳随机过程，在笛卡尔坐标系中的风场运动表示为2.根据权利要求I所述的基于模拟随机阵风场计算的输电线路风振治理方法，其特征是所述的步骤S1-4风速数值模拟流程如下 S1-4-1选取空间需要模拟的m个点； S1-4-2根据指数律计算m个点处的平均风速；全文摘要一种基于多维随机阵风场模拟、输电线路铁塔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，钟万里，肖晓晖，宋云超，李鹏云，陈航航，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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