CN113158120A - 一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备 - Google Patents

Abstract

一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备，包括：基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；基于所述输电塔上不同高度，按照设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位，采集高空梯度风平均风及脉动风风速实测数据，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子，与传统的大跨越输电塔峰值因子计算方法相比，本发明方法有效解决了未考虑结构安全度和高空脉动风场特性的问题，具有更好的适用性和更高的精度。

Description

一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备

技术领域

本发明涉及输变电工程杆塔结构风荷载计算方法领域，具体涉及一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备。

背景技术

随着特高压工程建设的持续发展，大跨越输电塔数量逐年增加，高度高、荷载大、交直流共塔是未来大跨越杆塔的发展趋势。目前有多个大跨越输电塔塔高度超过300m，风荷载成为跨越塔最重要的控制荷载。300m高度以上风速、湍流强度等风荷载特性的分布规律尚不明确，有必要通过资料收集和现场实测等手段，对这一现状予以改善。

杆塔风振系数、导地线阵风系数是输电线路抗风优化设计的关键参数，对输电线路抗风安全性和经济性具有重要影响。尽管有相关法规对上述参数进行了改进(例如DL/T5551—2018《架空输电线路荷载规范》)，但由于缺乏输电线路沿线风场实测数据支撑，其计算理论尚不完备，相关参数取值还有优化空间。峰值因子是衡量脉动风瞬时强度的指标，与风场特性和结构安全度有关，其取值对于杆塔风振系数、导地线阵风系数具有重要影响，其准确计算对于实现大跨越输电塔精益化抗风设计具有重要意义。

(1)“峰值因子”也称“保证系数”，根据风工程基本理论，其取值与结构安全度相关。目前中国DL/T 5551—2018《架空输电线路荷载规范》推荐峰值因子取2.5，美国ASCE荷载导则中推荐峰值因子的取值范围为3.5～4.0(典型取值3.6)，现行外峰值因子取值均未反映结构重要程度影响，需要基于超越理论按照杆塔结构重现期准确计算。

(2)超越次数是计算输电塔峰值因子的重要参数，其取值与风场特性有关，一般理解为风速频谱的平均频率，与杆塔所处风场的实际脉动风特性有关。目前取值主要基于传统风工程理论中达文波特的实测数据确定，其实测主要在100m以下的低空开展，大跨越输电塔高度已达到或超过B类地貌的边界层高度，其风场特性需要通过实测数据分析确定。

峰值因子是计算杆塔风振系数、导地线阵风系数的重要参数，现行规范取值为定值，未考虑大跨越输电塔结构安全度和高空脉动风场特性影响，因此大跨越输电塔峰值因子取值方法还存在不足或改善空间。

发明内容

针对现有技术中大跨越输电塔峰值因子计算方法中存在的问题，本发明提供了一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备，包括：

基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

优选的，所述基于所述输电塔上不同节段的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数，包括：

基于设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位；

采集所述实测点位的高空梯度风平均风及脉动风风速数据，进而得到大跨越输电塔上不同节段的风速频谱的平均频率；

基于大跨越输电塔不同节段的风速频谱的平均频率，确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数。

优选的，所述极值风穿越次数的计算式如下：

f_wi＝n_i

式中，f_wi为第i节段的风速频谱的平均频率；n_i为第i节段的极值风穿越次数n_i。

优选的，所述基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子，包括：

基于各节段，以极值风载荷重现期n次超越为安全度标准，结合极值概率分布确定各节段峰值因子；

基于各节段峰值因子得到所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达；

基于所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达得到所述输电塔峰值因子。

优选的，所述各节段峰值因子的计算式如下：

式中，T为风荷载重现期；n_i为第i节段的极值风穿越次数n_i；g_i为第i节段的峰值因子。

优选的，所述输电塔类型由电压等级确定。

基于同一种发明构思，本发明还提供一种大跨越输电塔峰值因子计算系统，包括：

风载荷重现期确定模块，用于基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

极值风穿越次数确定模块，用于基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

峰值因子计算模块，用于基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

优选的，所述极值风穿越次数确定模块包括：

实测点位选择子模块，用于基于设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位；

风速频谱的平均频率确定子模块，用于采集所述实测点位的高空梯度风平均风及脉动风风速数据，进而得到大跨越输电塔上不同节段的风速频谱的平均频率；

极值风计算子模块，用于基于大跨越输电塔不同节段的风速频谱的平均频率，确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数。

优选的，所述峰值因子计算模块包括：

各节段峰值因子计算子模块，用于基于各节段，以极值风载荷重现期n次超越为安全度标准，结合极值概率分布确定各节段峰值因子；

向量表达子模块，用于基于各节段峰值因子得到所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达；

输电塔峰值因子计算子模块，用于基于所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达得到所述输电塔峰值因子。

本发明还提供一种计算机设备，包括：处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储程序，其中，所述程序基于实现权利要求1至6中任意一项所述方法所设计；

所述处理器用于运行所述存储介质中存储的程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备，包括：基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子；与传统的大跨越输电塔峰值因子为定值相比，本发明根据输电塔结构类型的不同设计不同的极值风荷载重现期，并考虑输电塔上不同节段高度上风场特性，利用极值概率分布函数有针对性的计算各种结构类型输电塔各节段的峰值因子，使计算结果更准确，因而对于实现大跨越输电塔精益化抗风设计具有重要意义；

2、本发明提供的一种大跨越输电塔峰值因子计算方法、系统及计算机设备，还效解决了未考虑结构安全度和高空脉动风场特性的问题，具有更好的适用性和更高的精度。

附图说明

图1为本发明的大跨越输电塔峰值因子计算方法流程图；

图2为本发明风压分段示意图；

图3为本发明的大跨越输电塔峰值因子计算系统示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明所述方法包括根据大跨越输电线路的重要程度，确定大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T；根据大跨越输电塔沿塔高节段的高空梯度风平均风及脉动风风速实测数据，分析不同节段的风速频谱的平均频率f_wi，由此确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数n_i；按照极值概率分布理论在极值风荷载重现期n次超越为安全度标准，提出一种有效考虑结构安全度和高空风场特性的大跨越输电塔峰值因子g的计算方法及系统。

实施例1

如图1所示，本发明的一种大跨越输电塔峰值因子的计算方法，包括以下步骤：

S1基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

S2基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

S3基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

其中，S1基于输电塔类型确定极值风载荷重现期，具体包括：

按照电压等级高低确定大跨越输电线路重要程度，进而根据输电线路重要程度确定大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T。

按照电压等级高低确定大跨越输电线路重要程度，其中1000kV、±800kV及以上特高压大跨越输电线路为特别重要线路，大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T取100年(即百年一遇的风载荷)；500kV～750kV交流、±500kV～±660kV直流大跨越输电线路为重要线路，大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T取50年；110kV～330kV交流大跨越输电线路为一般线路，大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T取30年。

S2基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数，具体包括：

根据大跨越输电塔沿塔高节段的高空梯度风平均风及脉动风风速实测数据，分析不同节段的风速频谱的平均频率f_wi，由此确定大跨越输电塔不同节段单位时间内的极值风穿越次数n_i。

按照设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位，采集高空梯度风平均风及脉动风风速实测数据，计算第i节段的风速频谱平均频率f_wi，进而通过式(a)确定大跨越输电塔第i节段的极值风穿越次数n_i。

f_wi＝n_i (a)

S3基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子，具体包括：按照极值概率分布理论在极值风荷载重现期n次超越为安全度标准，计算不同节段大跨越输电塔峰值因子g。

根据步骤S1所得的大跨越输电塔结构设计极值风荷载重现期T，根据步骤S2所得的大跨越输电塔第i节段单位时间内的极值风穿越次数n_i，峰值因子g符合极值概率分布函数(b)，可以按照式(b)计算第i节段大跨越输电塔峰值因子g_i。

大跨越输电塔沿高度方向共有m个风压分段，峰值因子g为一沿高度方向的向量g＝[g₁，g₂，……g_i，……g_m]。

实施例2：

以某500kV输电线路大跨越输电塔为例，具体实例介绍采用上述方法进行计算大跨越输电塔峰值因子的过程。

该塔设计计算时共设置12个风压分段(m＝12)，风压分段示意图见图2。

首先按照步骤1方法，500kV大跨越输电线路为重要线路，大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T取50年。

按照步骤2方法，大跨越输电塔设计风压分段共12段(附图1中的m＝12)，在每个风压分段形心处设置高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位，采集高空梯度风平均风及脉动风风速实测数据，计算第i节段的风速频谱平均频率f_wi，由下到上12个节段风速频谱平均频率f_wi依次为[1，1，1，2，2，1，1，2，1，1，1，1]，通过式(a)确定大跨越输电塔12个节段的极值风穿越次数n_i依次为[1，1，1，2，2，1，1，2，1，1，1，1]。

采用步骤3方法，根据步骤1所得的大跨越输电塔设计极值风荷载重现期T＝50年，根据步骤2所得的12个节段的极值风穿越次数n_i依次为[1，1，1，2，2，1，1，2，1，1，1，1]，按照式(b)计算第i节段大跨越输电塔峰值因子g_i依次为[2.9，2.9，2.9，3.1，3.1，2.9，2.9，3.1，2.9，2.9，2.9，2.9]，峰值因子向量g＝[2.9，2.9，2.9，3.1，3.1，2.9，2.9，3.1，2.9，2.9，2.9，2.9]。

实施例3：

为了实现上述方法，本发明还提供一种大跨越输电塔峰值因子计算系统，如图3所示，包括：

风载荷重现期确定模块，用于基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

极值风穿越次数确定模块，用于基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

峰值因子计算模块，用于基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

这里极值风穿越次数确定模块包括：

实测点位选择子模块，用于基于设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位；

风速频谱的平均频率确定子模块，用于采集所述实测点位的高空梯度风平均风及脉动风风速数据，进而得到大跨越输电塔上不同节段的风速频谱的平均频率；

极值风计算子模块，用于基于大跨越输电塔不同节段的风速频谱的平均频率，确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数。

这里峰值因子计算模块包括：

各节段峰值因子计算子模块，用于基于各节段，以极值风载荷重现期n次超越为安全度标准，结合极值概率分布确定各节段峰值因子；

向量表达子模块，用于基于各节段峰值因子得到所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达；

输电塔峰值因子计算子模块，用于基于所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达得到所述输电塔峰值因子。

本实施例提供的大跨越输电塔峰值因子计算系统，中具体的计算过程与公式同一种大跨越输电塔峰值因子计算方法的实施例相似，这里不再累述，特别需要强调的是，本实施例中各功能模块的命名可以不限于本实施例提供的模块名称，只要实现对应模块功能即可。

实施例4

本发明还提供一种计算机设备，用于存储并执行一种大跨越输电塔峰值因子计算方法的代码，包括：处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储程序，其中，所述程序基于实现权利要求1至6中任意一项所述方法所设计；

所述处理器用于运行所述存储介质中存储的程序。

本实施例提供的计算机设备不局限于单台还是多台，只要能实现发明提供的一种大跨越输电塔峰值因子计算方法的计算机部署均可。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种大跨越输电塔峰值因子计算方法，其特征在于，包括：

基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述输电塔上不同节段的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数，包括：

基于设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位；

采集所述实测点位的高空梯度风平均风及脉动风风速数据，进而得到大跨越输电塔上不同节段的风速频谱的平均频率；

基于大跨越输电塔不同节段的风速频谱的平均频率，确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极值风穿越次数的计算式如下：

f_wi＝n_i

式中，f_wi为第i节段的风速频谱的平均频率；n_i为第i节段的极值风穿越次数n_i。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子，包括：

基于各节段，以极值风载荷重现期n次超越为安全度标准，结合极值概率分布确定各节段峰值因子；

基于各节段峰值因子得到所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达；

基于所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达得到所述输电塔峰值因子。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述各节段峰值因子的计算式如下：

式中，T为风荷载重现期；n_i为第i节段的极值风穿越次数n_i；g_i为第i节段的峰值因子。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输电塔类型由电压等级确定。

7.一种大跨越输电塔峰值因子计算系统，其特征在于，包括：

风载荷重现期确定模块，用于基于输电塔类型确定极值风载荷重现期；

极值风穿越次数确定模块，用于基于所述输电塔上不同节段的采集的风速，确定所述输电塔上各节段的极值风穿越次数；

峰值因子计算模块，用于基于各节段的极值风穿越次数和极值风载荷重现期确定所述输电塔峰值因子。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述极值风穿越次数确定模块包括：

实测点位选择子模块，用于基于设计模型中的风压分段设置大跨越输电塔高空梯度风平均风及脉动风风速实测点位；

风速频谱的平均频率确定子模块，用于采集所述实测点位的高空梯度风平均风及脉动风风速数据，进而得到大跨越输电塔上不同节段的风速频谱的平均频率；

极值风计算子模块，用于基于大跨越输电塔不同节段的风速频谱的平均频率，确定大跨越输电塔不同节段的极值风穿越次数。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述峰值因子计算模块包括：

各节段峰值因子计算子模块，用于基于各节段，以极值风载荷重现期n次超越为安全度标准，结合极值概率分布确定各节段峰值因子；

向量表达子模块，用于基于各节段峰值因子得到所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达；

输电塔峰值因子计算子模块，用于基于所述输电塔所有节段峰值因子的向量表达得到所述输电塔峰值因子。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储程序，其中，所述程序基于实现权利要求1至6中任意一项所述方法所设计；

所述处理器用于运行所述存储介质中存储的程序。

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