CN105718734A - 一种智能安全的变电站箱体 - Google Patents

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CN105718734A
CN105718734A CN201610040428.8A CN201610040428A CN105718734A CN 105718734 A CN105718734 A CN 105718734A CN 201610040428 A CN201610040428 A CN 201610040428A CN 105718734 A CN105718734 A CN 105718734A
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wind
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董超超
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董超超
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Abstract

本发明提供了一种智能安全的变电站箱体,其包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模拟装置,所述快速模拟装置包括结构参数监测模块、平均风速计算模块、各模拟点的脉动风速时程计算模块、风速时程计算模块和风速模拟显示模块。所述平均风速计算模块、各模拟点的脉动风速时程计算模块、风速时程计算模块依靠所述监测模块监测数值进行计算,得到的风速时程由风速模拟显示模块显示。本发明的变电站箱体,其风速时程可以快速模拟,智能安全。

Description

-种智能安全的变电站箱体
技术领域
[0001] 本发明设及变电站箱体设计领域,具体设及一种智能安全的变电站箱体。
背景技术
[0002] 相关技术中,设置于强风地区的变电站箱体经常受到风的影响。风振时域分析可 W更全面地了解变电站箱体的风振响应特性,更直观地反应变电站箱体的风致振动控制的 有效性,从而便于维护人员对变电站箱体及箱体内部的电气组件进行恰当的维护,增强变 电站箱体的安全性能。在对变电站箱体进行风振时域分析时,需要对变电站箱体的风速时 程进行模拟。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明提供一种可快速模拟风速时程的智能安全的变电站箱体。
[0004] 本发明的目的采用W下技术方案来实现:
[0005] -种智能安全的变电站箱体,包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0006] (1)结构参数监测模块,沿箱体本体的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层, 在箱体本体的底部安装所述数据采集装置,选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟 点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫度传感器;
[0007] (2)平均风速计算模块,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖向 风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[000引
Figure CN105718734AD00041
[0009] 每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[0010]
Figure CN105718734AD00042
[0011] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,F为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0012] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系邀
Figure CN105718734AD00043
I其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U
[0014]
[0013] T > To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
Figure CN105718734AD00051
[0015]
[0016]
[0017]其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速W(I)选取 的频率截取上限值;
[0018] (4)风速时程计算模块,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置 处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0019] (5)风速模拟显示模块,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放大 器的输入端与所述微信处理器连接。
[0020] 其中,所述频率截取上限值的范围为化Z~化Z。
[0021] 其中,所述标准溫度值的设定范围为23°C~27°C。
[0022] 本发明的有益效果为:
[0023] 1、智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现变电站箱体风速 时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应特性,从而对变 电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性;
[0024] 2、采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采 集,取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;
[0025] 3、所述模拟装置基于谐波叠加法的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进 行优化,减少了计算的工作量,提高了变电站的风速时程模拟的效率;
[0026] 4、在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程时引入溫度修 正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确。
附图说明
[0027] 利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 审IJ,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可W根据W下附图获得 其它的附图。
[0028] 图1是本发明的风速时程快速模拟装置各模块的连接示意图。
[0029] 附图标记:
[0030] 结构参数监测模块1、平均风速计算模块2、各模拟点的脉动风速时程计算模块3、 风速时程计算模块4、风速模拟显示模块5。
具体实施方式
[0031 ]结合W下实施例对本发明作进一步描述。
[0032] 实施例一
[0033] 参见图I,本实施例的变电站包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0034] (1)结构参数监测模块1,其包括风速仪、溫度传感器和数据采集装置,沿箱体本体 的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置, 选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫 度传感器;
[0035] (2)平均风速计算模块2,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖 向风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[0036]
Figure CN105718734AD00061
[0037] 每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[00;3 引
Figure CN105718734AD00062
[0039] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,歹为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0040] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系数
Figure CN105718734AD00063
其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U [0041 ] T含To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
Figure CN105718734AD00064
[0042]
[0043] '
[0044]
[0045] 其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速Ww选取 的频率截取上限值;
[0046] (4)风速时程计算模块4,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位 置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0047] (5)风速模拟显示模块5,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放 大器的输入端与所述微信处理器连接。
[0048] 本实施例的变电站智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现 变电站箱体风速时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应 特性,从而对变电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性; 采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集,取代了传 统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;所述模拟装置基于谐波叠加法 的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化,减少了计算的工作量,提高了变电 站的风速时程模拟的效率;在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程 时引入溫度修正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确,其中本实施例设定标准溫度 To为23°C,设定截取频率上限值为化Z,最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到 95.8%。
[0049] 实施例二
[0050] 参见图1,本实施例的变电站包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0051] (1)结构参数监测模块1,其包括风速仪、溫度传感器和数据采集装置,沿箱体本体 的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置, 选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫 度传感器;
[0052] (2)平均风速计算模块2,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖 向风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[0化3]
Figure CN105718734AD00071
[0054]每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[0化51
Figure CN105718734AD00072
[0056] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,夏为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0057] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系数
Figure CN105718734AD00073
I其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U [005引T含To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
[0化9]
[0060]
Figure CN105718734AD00081
[0061]
[0062] 其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速W(I)选取 的频率截取上限值;
[0063] (4)风速时程计算模块4,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位 置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0064] (5)风速模拟显示模块5,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放 大器的输入端与所述微信处理器连接。
[0065] 本实施例的变电站智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现 变电站箱体风速时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应 特性,从而对变电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性; 采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集,取代了传 统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;所述模拟装置基于谐波叠加法 的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化,减少了计算的工作量,提高了变电 站的风速时程模拟的效率;在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程 时引入溫度修正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确,其中本实施例设定标准溫度 To为23°C,设定截取频率上限值为4hZ,最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到 96%。
[0066] 实施例S
[0067] 参见图1,本实施例的变电站包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0068] (1)结构参数监测模块1,其包括风速仪、溫度传感器和数据采集装置,沿箱体本体 的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置, 选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫 度传感器;
[0069] (2)平均风速计算模块2,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖 向风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[0070]
Figure CN105718734AD00082
[0071] 每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[00721
[0073] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,F为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0074] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系数
Figure CN105718734AD00091
I其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U[0075] T > To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
Figure CN105718734AD00092
[0076]
[0077]
[007引
[0079] 其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速Ww选取 的频率截取上限值;
[0080] (4)风速时程计算模块4,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位 置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0081] (5)风速模拟显示模块5,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放 大器的输入端与所述微信处理器连接。
[0082] 本实施例的变电站智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现 变电站箱体风速时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应 特性,从而对变电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性; 采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集,取代了传 统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;所述模拟装置基于谐波叠加法 的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化,减少了计算的工作量,提高了变电 站的风速时程模拟的效率;在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程 时引入溫度修正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确,其中本实施例设定标准溫度 To为23°C,设定截取频率上限值为化Z,最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到 94.8%。
[00削实施例四
[0084] 参见图1,本实施例的变电站包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0085] (1)结构参数监测模块1,其包括风速仪、溫度传感器和数据采集装置,沿箱体本体 的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置, 选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫 度传感器;
[0086] (2)平均风速计算模块2,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖 向风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[0087]
Figure CN105718734AD00101
[0088] 每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[0089]
Figure CN105718734AD00102
[0090] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,F为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0091] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系数
Figure CN105718734AD00103
,其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U[0092] T > To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
Figure CN105718734AD00104
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] 其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速Ww选取 的频率截取上限值;
[0097] (4)风速时程计算模块4,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位 置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0098] (5)风速模拟显示模块5,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放 大器的输入端与所述微信处理器连接。
[0099] 本实施例的变电站智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现 变电站箱体风速时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应 特性,从而对变电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性; 采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集,取代了传 统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;所述模拟装置基于谐波叠加法 的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化,减少了计算的工作量,提高了变电 站的风速时程模拟的效率;在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程 时引入溫度修正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确,其中本实施例设定标准溫度 To为27°C,设定截取频率上限值为化Z,最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到 95.7%。
[0100] 实施例五
[0101] 参见图1,本实施例的变电站包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模 拟装置,所述快速模拟装置包括:
[0102] (1)结构参数监测模块1,其包括风速仪、溫度传感器和数据采集装置,沿箱体本体 的高度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置, 选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和溫 度传感器;
[0103] (2)平均风速计算模块2,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖 向风速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
[0104]
Figure CN105718734AD00111
[0105] 每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
[0106]
Figure CN105718734AD00112
[0107] 其中,A为风速总量W在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量W在y 方向分量值的极大值和极小值之和,兵为当地平均气压,f为当地平均溫度,Pwat为当地平 均水汽压,Fb为标准状态下的风压系数;
[0108] (3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程 的脉动风速功率谱,进行脉动风速功率谱的模拟时,引入溫度修正系数
Figure CN105718734AD00113
,其 中To为设定的标准溫度,T为由所述溫度传感器实时监测得到的平均溫度值,贝U
[0109] T > To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
[0110]
Figure CN105718734AD00114
[0111] KTo时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
[0112]
[0113] 其中,A为根据变电站箱体结构选择的地面粗糖度系数,g为根据平均风速W(I)选取 的频率截取上限值;
[0114] (4)风速时程计算模块4,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位 置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程;
[0115] (5)风速模拟显示模块5,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放 大器的输入端与所述微信处理器连接。
[0116] 本实施例的变电站智能安全,在箱体本体上安装了风速时程快速模拟装置,实现 变电站箱体风速时程特征的自动识别,维护人员可W更全面地了解变电站箱体的风振响应 特性,从而对变电站箱体及其内部的电气组件进行恰当的维护,增强变电站箱体的安全性; 采用风速仪、溫度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集,取代了传 统技术人工激励和昂贵的激振设备,降低了成本,实用便捷;所述模拟装置基于谐波叠加法 的基础上,对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化,减少了计算的工作量,提高了变电 站的风速时程模拟的效率;在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q,计算脉动风速时程 时引入溫度修正系数K,使得变电站的风速时程模拟更加精确,其中本实施例设定标准溫度 To为27°C,设定截取频率上限值为化Z,最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到 96.5%。
[0117] 最后应当说明的是,W上实施例仅用W说明本发明的技术方案,而非对本发明保 护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应 当理解,可W对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实 质和范围D

Claims (4)

1. 一种智能安全的变电站箱体,包括箱体本体和安装在箱体本体的风速时程快速模拟 装置, 其特征是,所述快速模拟装置包括: (1) 结构参数监测模块,其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置,沿箱体本体的高 度方向将其划分多个间隔相同的测试层,在箱体本体的底部安装所述数据采集装置,选择 测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点,且对应每个测试层布设所述风速仪和温度传 感器; (2) 平均风速计算模块,其利用风速仪监测出每测试层的风速总量,横向角和竖向风 速,取0.2s为采样时间间隔,进行平均风速的计算时,引入平均风速校正系数Q:
Figure CN105718734AC00021
每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为:
Figure CN105718734AC00022
其中,A为风速总量w在X方向的分量值的极大值和极小值之和,B为风速总量w在y方向 分量值的极大值和极小值之和,P为当地平均气压,Γ为当地平均温度,Pwat为当地平均水 汽压,F b为标准状态下的风压系数; (3) 各模拟点的脉动风速时程计算模块,包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉 动风速功率谱; (4) 风速时程计算模块,包括微处理器,所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的 平均风速和脉动风速时程进行叠加,得到各模拟点的风速时程; (5) 风速模拟显示模块,包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏,所述隔离放大器的 输入端与所述微处理器连接。
2. 根据权利要求1所述的一种智能安全的变电站箱体,其特征是,进行脉动风速功率谱 的模拟时,引入温度修正系1
Figure CN105718734AC00023
〔中To为设定的标准温度,T为由所述温度传 感器实时监测得到的平均温度值,则 T 2 To时,所述脉动风速功率谱的优化公式为: 'in
Figure CN105718734AC00024
T〈T〇时,所述脉动风速功率谱的优化公式为:
Figure CN105718734AC00025
其中,λ为根据变电站箱体结构选择的地面粗糙度系数,g为根据平均风速W⑴选取的频 率截取上限值。
3. 根据权利要求1所述的一种智能安全的变电站箱体,其特征是,所述频率截取上限值 的范围为3hZ~5hZ。
4. 根据权利要求2所述的一种智能安全的变电站箱体,其特征是,所述标准温度值的设 定范围为23°C~27°C。
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