[发明专利]一种基于聚类的输电塔风荷载易损性快速分析方法及设备

说明书

本申请属于输电塔抗风技术领域。本申请提供了一种基于聚类的输电塔风荷载易损性快速分析方法及设备，其中本方法包括：建立包括座输电塔样本的输电塔样本库；获取每个输电塔样本的关键结构参数，并采用主成分分析法降维处理，得到主成分指标；结合Sturges经验公式和肘部判别法计算确定最优分类数k；利用k‑means聚类算法得到k个聚类结果；选取典型样本，得到典型样本库并建立有限元模型，计算不同风强度下的设备失效概率并进行拟合，得到输电塔易损性曲线。本申请通过选取关键结构参数实现对全部输电塔的动态分类，从而使得所选取的典型样本更具有代表性，保证该类输电塔通用易损性分析曲线结果的准确性和普遍适用性。

技术领域

本申请属于输电塔抗风技术领域，具体涉及一种基于聚类的输电塔风荷载易损性快速分析方法。

背景技术

近几年的风灾冰灾对输电线路造成了巨大的破坏。数次灾害记录表明，电力系统中，尤其是输电塔的地震易损性极高，且一旦破坏形成，就会导致及其严重的后果，轻则部分线路输电中断，重则区域电力系统全线瘫痪，不仅严重影响了正常的社会运作，更加延缓了救灾和灾后重建工作，造成的经济损失难以估量。

工程抗震进行到今天，无数的学者对于即使是看似很简单的对象也从未停止过努力，因为往往就是这类简单却常见的部分，却是很多问题的关键。同样的，对于输电塔的易损性研究，很多学者对各类的输电塔进行了大量的研究。随着电压等级的提升，输电塔材料与结构形式在不停的改进。学者们对于输电塔的研究从电塔的组成部分到主要研究对象，从被动的震害统计，到全面的风洞试验，从单向的简化计算到多维地震数值模拟。

以上严峻的事实与理论研究基础表明：开展电网地震灾害防御与快速响应技术研究，提高电力系统在地震中的安全性和震后的快速评估能力，保障电力供给是当前电力系统的一个刻不容缓的任务和挑战。

输电塔易损性分析主要有三种方法：灾害资料统计分析方法，试验方法以及计算分析方法。灾害统计分析法是一种基于历史灾害资料的易损性分析方法，但其受限制于时效性，输电塔随着时间推移也在改进，早期的灾害资料现在已经不适用。此外，灾害资料宝贵，较为缺少。试验法受限于输电塔风洞试验成本高昂。所以，计算分析法受到青睐。

而现有的计算分析法对输电塔进行易损性分析时，包括两种常用的方案。第一种是将全部输电塔样本均用于易损性分析，这样得到的易损性曲线精度高，但是比较耗费时间，效率不高；第二种就是人为划分固定区间进行静态的分类，从中选取部分样本用于易损性分析，这样虽然减少了样本数量，提高了分析效率，但是得到的易损性曲线不够精确。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于聚类的输电塔风荷载易损性快速分析方法及设备，用于解决现有的计算分析法不能同时兼顾准确性和普遍适用性的问题。

为了解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种基于聚类的输电塔风荷载易损性快速分析方法，包括如下步骤：

S100：建立输电塔样本库，输电塔样本库包括输电塔样本，记为个样本；

S200：获取输电塔样本库中每个输电塔样本的个关键结构参数，将个关键结构参数采用主成分分析法降维处理，得到个主成分指标；

S300：利用Sturges经验公式得到输电塔的初步分类数，将初步分类数和个主成分指标利用肘部判别法计算确定最优分类数k；

S400：将最优分类数k利用k-means聚类算法对个样本分类，得到k个聚类结果；

S500：根据k个聚类结果选取典型样本，得到样本数为的典型样本库；

S600：建立典型样本库的有限元模型，计算不同风强度下的设备失效概率；

S700：利用对数正态分布函数对设备失效概率进行拟合，得到座输电塔样本的易损性曲线。

进一步的，步骤S200中，个关键结构参数具体包括：

呼高、根开、横担、主材截面尺寸。