CN114444233A - 一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置 - Google Patents

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CN114444233A CN202111623463.XA CN202111623463A CN114444233A CN 114444233 A CN114444233 A CN 114444233A CN 202111623463 A CN202111623463 A CN 202111623463A CN 114444233 A CN114444233 A CN 114444233A
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杨风利
邵帅
黄国
李茂华
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Abstract

本发明涉及输电线路防灾减灾技术领域，具体提供了一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置，结合平原地区设计风速取值和风向数据，可以取得每基塔位处的差异化设计风速。本发明提供的技术方案，目的就在于，针对山区输电线路，消除、减小统一的设计风速与周边实际风场所存在的荷载差异，不致因此发生铁塔倒塌或线路建设成本上的巨大浪费。

Description

一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置
技术领域
本发明涉及输电线路防灾减灾技术领域，具体涉及一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置。
背景技术
输电线路设计取值一般按照某一个统一的设计风速，对长达数十公里的线路段进行设计，这种做法在平原地区，没有地形对风场的加速和遮挡作用，影响不大。
但是，在地形起伏较为多变的山区，输电线路周边风场受到地形的影响较为突出，在此情况下，再选用统一的一个设计风速，对位于山区不同位置的铁塔风荷载进行设计计算，往往差异很大，有必要根据铁塔周边受山地地形影响的真实风场进行差异化设计风速取值。但是，要实现这种差异化设计的难度很大。输电线路动辄绵延数百公里，有数以千计的输电铁塔处于山区的山峰、垭口、峡谷、悬崖等等不同位置，受到来自不同风向的风荷载作用时，其风场加速效应和遮挡效应的综合影响十分复杂，通过现场实测的方式根本不可能实现每基塔或是每个耐张段的差异化设计风速取值。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置。
第一方面，提供一种输电线路差异化设计风速取值方法，所述输电线路差异化设计风速取值方法包括：
步骤1.对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
步骤2.获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
步骤3.基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
步骤4.判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至步骤5，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述步骤2；
步骤5.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
步骤6.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
优选的，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000021
上式中，Ui为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风速，Ui,x为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的x轴风速分量，Ui,y为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的y轴风速分量，i∈[1,N]，N为预设流入风向的总个数。
进一步的，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风向的计算式如下：
φi＝-arcos(Ui,x/Ui)*sign(Ui,y)*180°/π+180°
上式中，φi为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风向，sign为取出正负号函数。
优选的，所述各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000022
上式中，{(λj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列，{(Uj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的水平风速序列，U为流入风速，j∈[1,M]，M为预设风速分量监控点的总个数。
优选的，所述各风速分量监控点的设置高度为10m。
优选的，所述各风速分量监控点设置于被测线路段的塔位处。
优选的，所述流入风向的风向角的取值范围为[0°，330°]。
进一步的，所述基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值，包括：
获取各风速分量监控点处的基本风速UP和主导风向角φ；
当所述主导风向角φ满足αi<φ<αi+1时，按下式确定第j个风速分量监控点处的设计风速值：
Figure BDA0003439088230000031
上式中，{(λj)i+1}为流入风向的风向角αi+1下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列。
第二方面，提供一种输电线路差异化设计风速取值装置，所述输电线路差异化设计风速取值装置包括：
初始化模块，用于对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
获取模块，用于获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
第一确定模块，用于基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
判断模块，用于判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至第二确定模块，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述获取模块；
第二确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
第三确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的输电线路差异化设计风速取值方法。
第四方面，提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的输电线路差异化设计风速取值方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明提供一种输电线路差异化设计风速取值方法及装置，所述方法包括：步骤1.对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；步骤2.获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；步骤3.基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；步骤4.判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至步骤5，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述步骤2；步骤5.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；步骤6.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。本发明提供的技术方案，能够实现山区输电线路设计风速取值，充分考虑周边地形对风速加速和遮挡的影响，同时充分利用附近气象台站长期观测数据的不同重现期基本风速，从而使得山区输电线路的设计风速取值更为合理。
附图说明
图1是本发明实施例的输电线路差异化设计风速取值方法的主要步骤流程示意图；
图2是本发明实施例的输电线路的风速加速比雷达图；
图3是本发明实施例的输电线路差异化设计风速取值装置的主要结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的输电线路差异化设计风速取值方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的输电线路差异化设计风速取值方法主要包括以下步骤：
步骤1.对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
步骤2.获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
步骤3.基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
步骤4.判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至步骤5，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述步骤2；
步骤5.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
步骤6.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
本实施例中，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000051
上式中，Ui为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风速，Ui,x为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的x轴风速分量，Ui,y为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的y轴风速分量，i∈[1,N]，N为预设流入风向的总个数。
在一个实施方式中，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风向的计算式如下：
φi＝-arcos(Ui,x/Ui)*sign(Ui,y)*180°/π+180°
上式中，φi为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风向，sign为取出正负号函数。
本实施例中，所述各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000052
上式中，{(λj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列，{(Uj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的水平风速序列，U为流入风速，j∈[1,M]，M为预设风速分量监控点的总个数。
本实施例中，所述各风速分量监控点的设置高度为10m。
本实施例中，所述各风速分量监控点设置于被测线路段的塔位处。
本实施例中，所述流入风向的风向角的取值范围为[0°，330°]。
在一个实施方式中，所述基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值，包括：
获取各风速分量监控点处的基本风速UP和主导风向角φ；
本实施例中，可以借助山区周边最近气象台站统计回归的30年、50年、100年重现期基本风速和主导风向角获取各风速分量监控点处的基本风速UP和主导风向角φ；
当所述主导风向角φ满足αi<φ<αi+1时，按下式确定第j个风速分量监控点处的设计风速值：
Figure BDA0003439088230000061
上式中，{(λj)i+1}为流入风向的风向角αi+1下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列。
在一个实施方式中，本发明提供的实施例还可以利用各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风向序列和风速加速比序列绘制输电线路的风速加速比雷达图。
基于上述方案，本发明提供一种最优的实施方案，基于某山区输电线路差异化设计风速取值工作，进行专利实例应用介绍，具体包括：
(1)提取复杂山地的地表高程数据，在风场仿真分析软件中，生成刚体地表边界模型，在风场仿真分析软件中，对复杂山地刚体边界上层的风场进行网格划分，对流场仿真分析的参数进行设置，给定入流风速U＝10m/s，令i＝13，入流风向角在0°～330°之间选取，每隔30°取为一个入流风向，共计13个入流风向角，并进行流场仿真分析。
(2)根据预设线路段塔位经纬度信息设置监控点
根据预设线路段的塔位经纬度信息
Figure BDA0003439088230000062
在仿真分析软件内，在上述5个经纬度坐标处，设置5个10m高度的风速分量监控点。
(3)令i＝1，即在0°入流风向角下，在第1个监控点处，提取10m高度处风速分量U1,x和U1,y，并基于
Figure BDA0003439088230000063
对第1个监控点处的水平风速U1,10进行计算，基于φi＝-arcos(Ui,x/Ui)*sign(Ui,y)*180°/π+180°对第1个点处的水平风向φ1,10进行计算。经计算U1,10＝1.5515m/s，φ1,10＝4.2°。
(4)重复步骤3，令i＝2-12，获取风向角{30；60；…300；330}下的10m高度风速序
Figure BDA0003439088230000064
和风向序列
Figure BDA0003439088230000065
(5)令i＝2-12，基于
Figure BDA0003439088230000071
获取风向角{30；60；…300；330}下的第1个监控点10m高度风速加速比序列
Figure BDA0003439088230000072
(6)基于第1个监控点10m高度风速加速比序列和风向序列绘制风速加速比雷达图，如图2所示。
(7)经调研，山区周边最近气象台站统计回归的50年重现期基本风速UP＝32.5m/s,主导风向φ＝35°，基于
Figure BDA0003439088230000073
计算第1个监控点10m高度设计风速U1,P30＝50.3m/s。
基于同一发明构思，本发明提供一种输电线路差异化设计风速取值装置，如图3所示，所述输电线路差异化设计风速取值装置包括：
初始化模块，用于对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
获取模块，用于获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
第一确定模块，用于基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
判断模块，用于判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至第二确定模块，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述获取模块；
第二确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
第三确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
优选的，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000074
上式中，Ui为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风速，Ui,x为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的x轴风速分量，Ui,y为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的y轴风速分量，i∈[1,N]，N为预设流入风向的总个数。
进一步的，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风向的计算式如下：
φi＝-arcos(Ui,x/Ui)*sign(Ui,y)*180°/π+180°
上式中，φi为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风向，sign为取出正负号函数。
优选的，所述各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列的计算式如下：
Figure BDA0003439088230000081
上式中，{(λj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列，{(Uj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的水平风速序列，U为流入风速，j∈[1,M]，M为预设风速分量监控点的总个数。
优选的，所述各风速分量监控点的设置高度为10m。
优选的，所述各风速分量监控点设置于被测线路段的塔位处。
优选的，所述流入风向的风向角的取值范围为[0°，330°]。
进一步的，所述基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值，包括：
获取各风速分量监控点处的基本风速UP和主导风向角φ；
当所述主导风向角φ满足αi<φ<αi+1时，按下式确定第j个风速分量监控点处的设计风速值：
Figure BDA0003439088230000082
上式中，{(λj)i+1}为流入风向的风向角αi+1下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列。
进一步的，本发明提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的输电线路差异化设计风速取值方法。
进一步的，本发明提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的输电线路差异化设计风速取值方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种输电线路差异化设计风速取值方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1.对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
步骤2.获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
步骤3.基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
步骤4.判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至步骤5，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述步骤2；
步骤5.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
步骤6.基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速的计算式如下：
Figure FDA0003439088220000011
上式中，Ui为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风速，Ui,x为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的x轴风速分量，Ui,y为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点监测的y轴风速分量，i∈[1,N]，N为预设流入风向的总个数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风向的计算式如下：
φi＝-arcos(Ui,x/Ui)*sign(Ui,y)*180°/π+180°
上式中，φi为流入风向的风向角αi下各风速分量监控点处的水平风向，sign为取出正负号函数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列的计算式如下：
Figure FDA0003439088220000012
上式中，{(λj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列，{(Uj)i}为流入风向的风向角αi下第j个风速分量监控点处的水平风速序列，U为流入风速，j∈[1,M]，M为预设风速分量监控点的总个数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各风速分量监控点的设置高度为10m。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各风速分量监控点设置于被测线路段的塔位处。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流入风向的风向角的取值范围为[0°，330°]。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值，包括：
获取各风速分量监控点处的基本风速UP和主导风向角φ；
当所述主导风向角φ满足αi<φ<αi+1时，按下式确定第j个风速分量监控点处的设计风速值：
Figure FDA0003439088220000021
上式中，{(λj)i+1}为流入风向的风向角αi+1下第j个风速分量监控点处的风速加速比序列。
9.一种输电线路差异化设计风速取值装置，其特征在于，所述装置包括：
初始化模块，用于对区域进行流场仿真分析，设定流场仿真分析系统内的流入风速和流入风向；
获取模块，用于获取所述流场仿真分析系统内各风速分量监控点采集的风速分量；
第一确定模块，用于基于所述各风速分量监控点采集的风速分量确定所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速和水平风向，并输出所述流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列；
判断模块，用于判断是否达到预设迭代次数，若是，则得到各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列和水平风向序列并转至第二确定模块，否则，调节流场仿真分析系统内的流入风向，并返回所述获取模块；
第二确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的水平风速序列确定各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列；
第三确定模块，用于基于各流入风向下的各风速分量监控点处的风速加速比序列确定各风速分量监控点处的设计风速值。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至8中任意一项所述的方法。
11.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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