[发明专利]一种考虑风载荷时空分布特性的输电线路风速场模拟方法

说明书

一种考虑风载荷时空分布特性的输电线路风速场模拟方法，包括：1)进行平均风速场仿真与脉动风速场模拟，得到各点平均风速值与脉动风速时间序列；2)将脉动风速时间序列叠加到各点平均风速值上，得到实际风速时间序列；3)将步骤1)得到的脉动风速时间序列进行循环移位变换，得到一组考虑时空分布特性的风速时间序列；4)将考虑时空分布特性的风速时间序列变换为风载荷数据，以分段的形式施加于输电线路有限元模型中，进行瞬态求解并提取位移、应力结果完成输电线路风振计算。本发明为进一步开展考虑风载荷时空分布特性下的输电线路风振响应分析提供基础，继而降低风载荷对高压输电线路产生的危害。

技术领域

本发明涉及输电线路抗风设计领域，具体涉及一种考虑风载荷时空分布特性的输电线路风速场模拟方法，降低风载荷对高压输电线路产生的危害，提高输电线路运行的可靠性。

背景技术

高压输电线路的稳定性和可靠性直接关系到电力系统整体运行的安全性，是保障电能有效传输的关键。由于高压输电线路长期暴露在自然环境中，容易受风、覆冰等各种气象条件的侵袭，出现故障的几率较高。据统计，电力系统供给故障中约70％都是由架空输电线路故障产生的。作为一种大跨度高柔结构，输电线路对外部风载荷非常敏感，风载荷对高压输电线路产生附加载荷，会改变其原有的承载特性和力学分布，引发杆塔结构形变、倒塔、断线等风灾事故，严重威胁输电线路的安全可靠运行。因此，通过深入考虑外部风载荷的特点，开展关于输电塔-线结构体稳定性方面的研究工作至关重要。

实际风场一般使用风速来表示，主要包含长周期和短周期两种成分：1、振动周期(10min以上)远大于结构自振周期的平均风速；2、振动周期(0.1-10s)与结构的自振周期较为接近的脉动风速。前者通常被认为是时不变常量，后者则常用一个标准的平稳随机过程来描述。实际风速基本上是随时间和空间变化的平稳随机过程，特定空间点的风速时间序列在时间上具有某种相关特性，特定时间尺度下的风速序列在空间上又表现出的复杂空间相干特性。

传统的输电线路风振分析方法以及输电线路风场模拟方法从静力学和结构动力学的角度对输电线路风振响应进行了大量研究，但是没有深入考虑时空分布相关性及其对输电线路风振响应的影响。因此，提出一种考虑时空分布特性的输电线路风速场模拟方法，对于深入研究输电线路风振响应特性，提高输电线路抗风设计理论具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种考虑风载荷时空分布特性的输电线路风速场模拟方法，得到与原始风速序列具有一定相关度的输电线路风场数据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)进行平均风速场仿真与脉动风速场模拟，得到各点平均风速值与脉动风速时间序列；

2)将脉动风速时间序列叠加到各点平均风速值上，得到实际风速时间序列；

3)将步骤1)得到的脉动风速时间序列进行循环移位变换，考虑脉动风速时空演变的相关性，利用目标相关度值控制移位的位数，得到一组新的脉动风速时间序列；再将新的脉动风速时间序列重复步骤2)得到一组考虑时空分布特性的风速时间序列；

4)将考虑时空分布特性的风速时间序列变换为风载荷数据，以分段的形式施加于输电线路有限元模型中，进行瞬态求解并提取位移、应力结果完成输电线路风振计算。

所述的步骤1)中平均风速场仿真具体包括以下步骤：

1.a.1)将输电铁塔划分成若干段，并选取每一段的平均高度作为该段的代表高度，对于导线、地线及绝缘子，选取其挂线点处的高度值作为代表高度；

1.a.2)采用指数形式的平均风剖面来模拟平均风速与模拟位置的高度关系，根据指数律换算公式计算所选取的各点平均风速值，指数律换算公式如下：