CN117473824A - 一种高压架空输电线路空间磁场评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，涉及输电线路技术领域，包括：建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面；高压架空输电线路及其铁塔有限元建模，包括：铁塔3D模型文件导入，导线模型建模生成；模型自适应网格划分，其中对仿真关注区域进行加密划分；设置边界条件；确定电流取值集合；确定三相电流激励；判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算；判断当前磁场求解计算结果是否满足停止计算条件；针对当前磁场求解计算结果，开展数据统计分析并展示。通过具体的磁场计算评估结果，辅助高压架空输电线路状态感知用磁敏传感器优化设计，支撑高压架空输电线磁场精准感知应用。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，具体涉及一种高压架空输电线路空间磁场评估方法。
背景技术
高压架空输电线路在线监测是电力设备运维技术关注的重点领域，在实现输电运行数据实时获取的基础上，能够及时发现线路异常情况，是电网安全性和运行效率提升的重要保障，对提高电网运营、规划业务数字化程度有着重要意义。
磁感应强度是高压架空输电线路状态监测所需感知的基本参量之一，通过对感知的磁场信息进行处理分析，可以间接反映线路负载电流、风偏、弧垂等高压架空输电线路关键运行状态的变化情况，磁场信息的准确性对高压架空输电线路状态感知评估的正确性具有重要影响。由于不同高压架空输电线路结构及其周围环境差异性较大，不同应用场景对磁敏传感器性能需求存在差异，因此需要对被测磁场典型值及其波动范围进行计算评估，为磁敏传感器测量范围、灵敏度等关键指标的优化设计提供数据支撑，以确保高压架空输电线路状态监测感知数据的准确性。此外，高压架空输电线路空间磁场计算与评估也是电力设计、电磁环评等技术领域关注的重点，科学评估高压输电线路的磁场强度和分布特征，对于降低工程造价，确保生态环境安全具有重要意义。
现有高压架空输电线路磁场评估方法主要分为以下方法：一是采用理论或经验公式计算，只适用于可以简化计算的应用场景，在考虑铁塔、线路弧垂、镜像磁场等因素时，计算结果正确性无法保证。二是现场测量方式，利用磁测量装置对空间磁场分布情况进行测量，但该方法实施成本高、效率低，且只适合地面磁场进行测量评估，无法有效指导前期设计。三是有限元仿真计算的方式，该方法为高压架空输电线路磁场评估的主要方式，需要对高压架空输电线路周围空间进行三维建模，进一步对模型进行网格单元划分，并在每个单元构建子域基函数，最终通过数值解法求解全域函数微分方程组，从而掌握对高压架空输电线路空间磁场强度分布情况。
现有的有限元计算模型一般将输电线路视作长直导线，且未考虑高压输电铁塔及其材料等因素。这在地面磁场计算时可以忽略，但是当需要计算导线及高压输电铁塔附近磁场时，不考虑以上因素将对计算结果造成较大影响。此外，现有计算方式需要计算人员具备有限元仿真计算相关知识，需要重复修改参数数据进行反复，有限元相关参数与计算结构不能直接与电力设计需要参数对应，不便于电力行业研究与设计人员应用。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，通过具体的磁场计算评估结果，辅助高压架空输电线路状态感知用磁敏传感器优化设计，支撑高压架空输电线磁场精准感知应用。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本申请提供一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，包括以下步骤：
(1)建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面；
(2)高压架空输电线路及其铁塔有限元建模，包括：铁塔3D模型文件导入，导线模型建模生成；
(3)模型自适应网格划分，其中对仿真关注区域进行加密划分；
(4)设置边界条件；
(5)确定电流取值集合，初始电流取值集合为IA＝{IAmin,IAmax}，IB＝{IBmin,IBmax}，IC＝{ICmin,ICmax}；
(6)确定三相电流激励，列出并求解有限元计算方程，并进一步计算、记录各仿真关注点磁场值，计算次数系数s加1；
(7)判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算，若已完成，则进入下一步，若未完成，则返回上一步；
(8)判断当前磁场求解计算结果是否满足停止计算条件，若不满足停止计算条件，扩展电流取值集合，返回第(5)步，继续开展下一次磁场迭代求解计算，若满足停止计算条件，则停止计算；
(9)针对当前磁场求解计算结果，开展数据统计分析并展示。
进一步的，步骤(1)中建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面的功能包括仿真计算参数输入、仿真计算结果展示。
进一步的，所述仿真计算参数包括以下数据：
1)电气参数：从负荷曲线中统计得到的电流最大值Imax、最小值Imin；
2)结构参数：导线等效线径r、线路档距L、导线悬挂点坐标Xh、风偏角θ；
3)材料参数：铁塔钢材磁导率μ、导线单位长度重量G、导线水平张力σ；
4)求解数据：仿真关注点坐标Xc、求解区域最大网格边长l、停止计算误差阈值ε。
进一步的，所述仿真计算结果包括以下信息展示：
1)单点数据：不同电流激励下各关注点磁感应强度B及其在各坐标轴方向上的分量；
2)统计数据：各关注点在不同电流激励下磁感应强度最大值Bmax(i)、最小值Bmin(i)、平均值Bmea(i)，相同电流激励下各关注点中磁感应强度最大值Bmax(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度最小值Bmin(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度中位值B50(IA,IB,IC)及其对应坐标，相同电流激励下所有关注点磁感应强度平均值Bmea(IA,IB,IC)、所有关注点磁感应强度标准方差DB(IA,IB,IC)；
3)图像数据：指定电流激励下全局磁感应强度三维点云图、通过指定关注点的二维平面云图，其平面法向方向指向坐标轴方向。
进一步的，步骤(2)中按照以下方法生成导线模型：
1)获取输入的高压架空输电线路三维模型结构参数，包括：输电线路悬挂点坐标Xh(xh,yh,zh)、导线单位长度重量G、架空输电线路档距L、导线水平张力σ、导线风偏角θ、导线等效线径r，每条导线共11个结构参数；
2)建立通过导线轴向中心的悬链线，其数学方程如下：
式中，a为水平张力系数，a＝GL/σ，H为导线两端悬挂高度，H＝zh；
3)将悬链线等间隔离散为N个圆心节点，以导线等效线径r为半径，在圆心节点生成导线截面圆，所述导线截面圆法向向量为所述悬链线在圆心节点处的方向导数；
4)在每个所述导线截面圆周上等间隔取n个圆周节点，用直线连接相邻所述导线截面圆上的对应圆周节点，所述导线截面圆与连接线所围成的封闭区域即构成所述高压架空输电线路三维模型。
进一步的，步骤(3)中按照以下方法对仿真关注区域进行加密划分：
1)若仿真关注点坐标为单一点坐标，则以所述仿真关注点坐标为球心，50l为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；其中，l为高压架空输电线路有限元模型中最小结构长度；
2)若所述仿真关注点坐标Xc包含两点以上坐标Xc(1),Xc(2),……,Xc(n)，则寻找坐标点X0，以如下函数L(X0)为目标函数，在X0∈{minXc,maxXc}范围内，通过随机优化算法求解X0，使得L(X0)取得最小值；
式中，Y(n)＝||X0-Xc(n)||2，为坐标X0与坐标Xc(n)之间的欧式距离；
3)以X0为球心，以2倍max{Y(n)}为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；对所述仿真关注区域进一步加密划分，划分标准为网格最大边长不超过所述仿真关注区域内的模型最小结构长度的1/2。
进一步的，所述随机优化算法为具有广泛搜索能力的优化算法，包括粒子群或遗传优化算法。
进一步的，步骤(4)中按照以下方法设置边界条件：
1)铁塔、导线及空气之间的边界为自然边界条件，边界上磁场强度切向分量连续、法向分量与边界两侧磁导率成反比；
2)计算区域外边界为Dirichlet边界条件，边界上给定磁矢量位A＝0。
进一步的，步骤(6)中按照以下方法确定三相电流激励：
确定三相电流激励{IA(nA),IB(nB),IC(nC)}；
其中，I(x)表示向量I中第x个元素，nA、nB、nC由以下公式确认：
式中，表示对x向下取整，mod(s/x)表示取s除x的余数，card(I)表示向量I中的元素总数。
进一步的，步骤(7)中按照以下方法判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算：
根据以下等式是否成立判断是否已经计算完成所有可能的电流激励，若成立则已完成，若不成立则未完成：
s＝card(IA)×card(IB)×card(IC)。
进一步的，步骤(8)中按照以下方法判断是否满足计算停止条件：
根据已保存的计算结果，按以下公式各关注点计算停止系数Di：
其中，i＝1,2,…,n；
其中，表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最小值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张后的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩展前的最大值；若还未进行所述电流取值集合扩展，则/>为0；
若满足下式条件，则磁场评估计算停止，并返回当前电流取值集合下各仿真关注点磁场计算数据：
max(Di)≤ε；
其中，ε为停止计算误差阈值，由计算人员设定。
进一步的，步骤(8)中按照以下方法扩展电流取值集合：对任意电流取值集合I，在相邻两元素之间插入相邻两元素的平均值，构成新的电流取值集合。
第二方面，本申请提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。
第三方面，本申请提供一种计算机程序，所述计算机程序可实现上述方法的步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
(1)本发明提出的架空输电线路模型生成方法，直接输入架空输电线路电气参数，即可生成有限元计算模型，并实现磁场最大值、最小值、平均值、方差等关键磁场评估统计量的自动计算，可以辅助没有有限元计算专业背景知识的电气设计人员开展磁场评估工作；
(2)本发明除了可以计算单一电流激励下的磁场分布外，通过提出计算停止条件与扩展电流取值集合的方法，自适应完成激励修改及数据记录，实现给定取值范围的电流激励下的磁场分布及评估统计量，更充分考虑了不同电流激励下对磁场分布的情况；
(3)本发明提出了自适应设定仿真关注区域的方法，针对仿真关注点的具体分布情况，通过最优化方法计算仿真关注区域进行加密网格分布，在确保计算准确性的前提下，实现计算资源的节约，提高仿真计算效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明中高压架空输电线路空间磁场评估方法示意图；
图2为本发明中高压架空输电线路有限元模型；
图3为本发明中高压架空输电线路三维模型生成方法示意图；
图4为本发明中高压架空输电线路三维模型仿真关注区域规划方法，其中(a)为仿真关注点为单一坐标，(b)为仿真关注点为多点坐标。
附图标记：1-悬链线，2-圆心节点，3-导线截面圆，4-圆周节点，5-方向导数，6-连接线。
具体实施方式
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。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
如图1所示，该实施例提供一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，按照以下步骤进行：
(1)建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面；包括仿真计算参数输入、仿真计算结果展示；
仿真计算参数包括以下数据：
1)电气参数：从负荷曲线中统计得到的电流最大值Imax、最小值Imin；
2)结构参数：导线等效线径r、线路档距L、导线悬挂点坐标Xh、风偏角θ；
3)材料参数：铁塔钢材磁导率μ、导线单位长度重量G、导线水平张力σ；
4)求解数据：仿真关注点坐标Xc、求解区域最大网格边长l、停止计算误差阈值ε。
仿真计算结果包括以下信息展示：
1)单点数据：不同电流激励下各关注点磁感应强度B及其在各坐标轴方向上的分量；
2)统计数据：各关注点在不同电流激励下磁感应强度最大值Bmax(i)、最小值Bmin(i)、平均值Bmea(i)，相同电流激励下各关注点中磁感应强度最大值Bmax(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度最小值Bmin(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度中位值B50(IA,IB,IC)及其对应坐标，相同电流激励下所有关注点磁感应强度平均值Bmea(IA,IB,IC)、所有关注点磁感应强度标准方差DB(IA,IB,IC)；
3)图像数据：指定电流激励下全局磁感应强度三维点云图、通过指定关注点的二维平面云图，其平面法向方向指向坐标轴方向。
(2)高压架空输电线路及其铁塔有限元建模，包括：铁塔3D模型文件导入，导线模型建模生成；
导线模型按照以下方法生成：
1)获取输入的高压架空输电线路三维模型结构参数，包括：输电线路悬挂点坐标Xh(xh,yh,zh)、导线单位长度重量G、架空输电线路档距L、导线水平张力σ、导线风偏角θ、导线等效线径r，每条导线共11个结构参数；
2)建立通过导线轴向中心的悬链线1，其数学方程如下：
式中，a为水平张力系数，a＝GL/σ，H为导线两端悬挂高度，H＝zh；
3)将悬链线1等间隔离散为N个圆心节点2，以导线等效线径r为半径，在圆心节点2生成导线截面圆3，所述导线截面圆3法向向量为所述悬链线1在圆心节点2处的方向导数5；
4)在每个所述导线截面圆3周上等间隔取n个圆周节点4，用直线连接相邻所述导线截面圆3上的对应圆周节点4，所述导线截面圆3与连接线6所围成的封闭区域即构成所述高压架空输电线路三维模型。
(3)模型自适应网格划分，其中对仿真关注区域进行加密划分；
按照以下方法对仿真关注区域进行加密划分：
1)若仿真关注点坐标为单一点坐标，则以所述仿真关注点坐标为球心，50l为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；其中，l为高压架空输电线路有限元模型中最小结构长度；
2)若所述仿真关注点坐标Xc包含两点以上坐标Xc(1),Xc(2),……,Xc(n)，则寻找坐标点X0，以如下函数L(X0)为目标函数，在X0∈{minXc,maxXc}范围内，通过随机优化算法求解X0，使得L(X0)取得最小值；
式中，Y(n)＝||X0-Xc(n)||2，为坐标X0与坐标Xc(n)之间的欧式距离；
其中，随机优化算法包括粒子群或遗传优化算法等具有广泛搜索能力的优化算法。
3)以X0为球心，以2倍max{Y(n)}为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；对所述仿真关注区域进一步加密划分，划分标准为网格最大边长不超过所述仿真关注区域内的模型最小结构长度的1/2。
(4)设置边界条件；
按照以下方法设置边界条件：
1)铁塔、导线及空气之间的边界为自然边界条件，边界上磁场强度切向分量连续、法向分量与边界两侧磁导率成反比；
2)计算区域外边界为Dirichlet边界条件，边界上给定磁矢量位A＝0。
(5)确定电流取值集合，初始电流取值集合为IA＝{IAmin,IAmax}，IB＝{IBmin,IBmax}，IC＝{ICmin,ICmax}；
(6)确定三相电流激励，列出并求解有限元计算方程，并进一步计算、记录各仿真关注点磁场值，计算次数系数s加1；
按照以下方法确定三相电流激励：
确定三相电流激励{IA(nA),IB(nB),IC(nC)}；
其中，I(x)表示向量I中第x个元素，nA、nB、nC由以下公式确认：
式中，表示对x向下取整，mod(s/x)表示取s除x的余数，card(I)表示向量I中的元素总数。
(7)判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算，若已完成，则进入下一步，若未完成，则返回上一步；
按照以下方法判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算：
根据以下等式是否成立判断是否已经计算完成所有可能的电流激励，若成立则已完成，若不成立则未完成：
s＝card(IA)×card(IB)×card(IC)。
(8)判断当前磁场求解计算结果是否满足停止计算条件，若不满足停止计算条件，扩展电流取值集合，返回第(5)步，继续开展下一次磁场迭代求解计算，若满足停止计算条件，则停止计算；
按照以下方法判断是否满足计算停止条件：
根据已保存的计算结果，按以下公式各关注点计算停止系数Di：
其中，i＝1,2,…,n；
其中，表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最小值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张后的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩展前的最大值；若还未进行所述电流取值集合扩展，则/>为0；
若满足下式条件，则磁场评估计算停止，并返回当前电流取值集合下各仿真关注点磁场计算数据：
max(Di)≤ε；
其中，ε为停止计算误差阈值，由计算人员设定。
按照以下方法扩展电流取值集合：对任意电流取值集合I，在相邻两元素之间插入相邻两元素的平均值，构成新的电流取值集合。
(9)针对当前磁场求解计算结果，开展数据统计分析并展示。
实施例2
本实施例提供一种高压架空输电线路有限元模型的构建方法，如图2和图3所示，包括步骤：
S1，导入高压架空输电铁塔三维模型，所述高压架空输电铁塔三维模型可以通过直接三维建模、激光雷达扫描、无人机航拍图像生成等方式获得；
S2，生成高压架空输电线路三维模型。步骤S2包括以下子步骤：
S21，获取输入的高压架空输电线路三维模型结构参数，包括：输电线路悬挂点坐标Xh(xh,yh,zh)、导线单位长度重量G、架空输电线路档距L、导线水平张力σ、导线风偏角θ、导线等效线径r，每条导线共11个结构参数。
S22，建立通过导线轴向中心的悬链线1，其数学方程如下：
式中，a为水平张力系数，a＝GL/σ，H为导线两端悬挂高度，H＝zh。
S23，将悬链线1等间隔离散为N个圆心节点2，以导线等效线径r为半径，在圆心节点2生成导线截面圆3，所述导线截面圆3法向向量为所述悬链线1在圆心节点2处的方向导数5。其中，节点数N由计算人员根据计算误差限的需求确定，实施例中按照L/N<1m确定。
S24，在每个所述导线截面圆3周上等间隔取n个圆周节点4点，用直线连接相邻所述导线截面圆3上的对应圆周节点4，所述导线截面圆3与连接线6所围成的封闭区域即构成所述高压架空输电线路三维模型，实施例中n＝12。
实施例3
本实施例提供一种仿真关注区域规划方法，用于自适应规划实施例2所述的高压架空输电线路有限元模型需要加密划分的区域，如图4所示，包括步骤：
S1，获取仿真关注点坐标数据Xc(xc1,yc1,zc1)，所述仿真关注点坐标数据可以是单一坐标数据，也可以是多点坐标数据；
S2，规划仿真关注区域，并对所述仿真关注区域进一步加密划分。步骤S2包括以下子步骤：
S21，若所述仿真关注点坐标为单一点坐标，则以所述仿真关注点坐标为球心，50l为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域。其中，l为高压架空输电线路有限元模型中最小结构长度；
S22，若所述仿真关注点坐标Xc包含两点以上坐标Xc(1),Xc(2),……,Xc(n)，则寻找坐标点X0，以如下函数L(X0)为目标函数，在X0∈{minXc,maxXc}范围内，通过随机优化算法求解X0，使得L(X0)取得最小值。
式中，Y(n)＝||X0-Xc(n)||2，为坐标X0与坐标Xc(n)之间的欧式距离；
其中，随机优化算法为粒子群或遗传优化算法等具有广泛搜索能力的优化算法。
进一步，以X0为球心，以2倍max{Y(n)}为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；
S3，对所述仿真关注区域进一步加密划分，划分标准为网格最大边长不超过所述仿真关注区域内的模型最小结构长度的1/2。
实施例4
本实施例提供一种计算仿真关注点磁场分布范围的方法，用于计算在给定三相电流激励范围下实施例2所述的高压架空输电线路有限元模型中各仿真关注点的磁场分布范围，包括步骤：
S1，根据三相电流负荷曲线确定三相电流激励最大值、最小值，确定初始电流取值集合为IA＝{IAmin,IAmax}，IB＝{IBmin,IBmax}，IC＝{ICmin,ICmax}，初始化迭代次数s＝0；
S2，确定三相电流激励{IA(nA),IB(nB),IC(nC)}；
其中，I(x)表示向量I中第x个元素，nA、nB、nC由以下公式确认：
式中，表示对x向下取整，mod(s/x)表示取s除x的余数，card(I)表示向量I中的元素总数；
S3，根据高压架空输电线路有限元模型的网格划分结果，列出有限元计算方程：
[K]{Φ}＝{b}，
式中，[K]为系数矩阵，其中元素由各网格单元节点坐标共同确认，{Φ}为待求解的各节点磁势向量，{b}为激励向量，由各节点上的边界条件和电流激励确认；
S4，求解有限元计算方程，并进一步计算、记录各仿真关注点磁场值，迭代次数s自身加1；
S5，根据以下等式是否成立判断是否已经计算完成所有可能的电流激励，若成立则进入S6步骤，若不成立则返回S2步骤；
s＝card(IA)×card(IB)×card(IC)，
S6，根据已保存的计算结果，按下以下公式各关注点计算停止系数Di；
其中，i＝1,2,…,n；
其中，表示坐标为Xc(i)的关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最小值，/>表示坐标为Xc(i)的关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张后的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩展前的最大值。若还未进行电流取值集合扩展，则/>为0。
进一步，若满足以下条件，则磁场评估计算停止，并返回当前电流取值集合下各仿真关注点磁场计算数据，并根据磁感应强度最大值、最小值确定磁场分布范围。
max(Di)≤ε，
其中，ε为停止计算误差阈值，由计算人员设定，值越小，统计数据越准确，计算时间越长，实施例中设置为5％。
若不满足以上条件，则返回S1步骤，并按照以下方法对电流取值集合进行扩展：
对任意电流取值集合I，在相邻两元素之间插入相邻两元素的平均值，构成新的电流取值集合。
实施例中，对A相电流激励IA＝{IAmin,IAmax}第1次进行扩展，则下一次迭代计算中，IA＝{IAmin,(IAmin+IAmax)/2,IAmax}。第2次扩展后，下一次迭代计算中，IA＝{IAmin,(IAmin+IAmax)/4,(IAmin+IAmax)/2,3(IAmin+IAmax)/4,IAmax}。
实施例5
本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述实施例1中高压架空输电线路空间磁场评估方法的步骤。
其中，所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。
所述储存器至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或D界面显示存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器可以是所述计算机设备的内部存储单元，例如，该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器也可以是所述计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。当然，所述存储器还可以既包括所述计算机设备的内部存储单元，也包括外部存储设备。该实施例中，所述存储器常用于存储安装于所述计算机设备的操作系统和各类应用软件，例如运行所述高压架空输电线路空间磁场评估方法的程序代码等。此外，所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述处理器在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制所述计算机设备的总体操作。该实施例中，所述处理器用于运行所述存储器中存储的程序代码或者处理数据，例如运行所述高压架空输电线路空间磁场评估方法的程序代码。
实施例6
本实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述高压架空输电线路空间磁场评估方法的步骤。
其中，所述计算机可读存储介质存储有界面显示程序，所述界面显示程序可被至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行高压架空输电线路空间磁场评估方法的步骤。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然，也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机、计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。
Claims (15)
1.一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面；
(2)高压架空输电线路及其铁塔有限元建模，包括：铁塔3D模型文件导入，导线模型建模生成；
(3)模型自适应网格划分，其中对仿真关注区域进行加密划分；
(4)设置边界条件；
(5)确定电流取值集合，初始电流取值集合为IA＝{IAmin,IAmax}，IB＝{IBmin,IBmax}，IC＝{ICmin,ICmax}；
(6)确定三相电流激励，列出并求解有限元计算方程，并进一步计算、记录各仿真关注点磁场值，计算次数系数s加1；
(7)判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算，若已完成，则进入下一步，若未完成，则返回上一步；
(8)判断当前磁场求解计算结果是否满足停止计算条件，若不满足停止计算条件，扩展电流取值集合，返回第(5)步，继续开展下一次磁场迭代求解计算，若满足停止计算条件，则停止计算；
(9)针对当前磁场求解计算结果，开展数据统计分析并展示。
2.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(1)中建立高压架空输电线路空间磁场有限元计算软件界面的功能包括仿真计算参数输入、仿真计算结果展示。
3.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，所述仿真计算参数包括以下数据：
1)电气参数：从负荷曲线中统计得到的电流最大值Imax、最小值Imin；
2)结构参数：导线等效线径r、线路档距L、导线悬挂点坐标Xh、风偏角θ；
3)材料参数：铁塔钢材磁导率μ、导线单位长度重量G、导线水平张力σ；
4)求解数据：仿真关注点坐标Xc、求解区域最大网格边长l、停止计算误差阈值ε。
4.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，所述仿真计算结果包括以下信息展示：
1)单点数据：不同电流激励下各关注点磁感应强度B及其在各坐标轴方向上的分量；
2)统计数据：各关注点在不同电流激励下磁感应强度最大值Bmax(i)、最小值Bmin(i)、平均值Bmea(i)，相同电流激励下各关注点中磁感应强度最大值Bmax(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度最小值Bmin(IA,IB,IC)及其对应坐标、磁感应强度中位值B50(IA,IB,IC)及其对应坐标，相同电流激励下所有关注点磁感应强度平均值Bmea(IA,IB,IC)、所有关注点磁感应强度标准方差DB(IA,IB,IC)；
3)图像数据：指定电流激励下全局磁感应强度三维点云图、通过指定关注点的二维平面云图，其平面法向方向指向坐标轴方向。
5.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(2)中按照以下方法生成导线模型：
1)获取输入的高压架空输电线路三维模型结构参数，包括：输电线路悬挂点坐标Xh(xh,yh,zh)、导线单位长度重量G、架空输电线路档距L、导线水平张力σ、导线风偏角θ、导线等效线径r，每条导线共11个结构参数；
2)建立通过导线轴向中心的悬链线，其数学方程如下：
式中，a为水平张力系数，a＝GL/σ，H为导线两端悬挂高度，H＝zh；
3)将悬链线1等间隔离散为N个圆心节点，以导线等效线径r为半径，在圆心节点生成导线截面圆，所述导线截面圆法向向量为所述悬链线在圆心节点处的方向导数；
4)在每个所述导线截面圆周上等间隔取n个圆周节点，用直线连接相邻所述导线截面圆上的对应圆周节点，所述导线截面圆与连接线所围成的封闭区域即构成所述高压架空输电线路三维模型。
6.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(3)中按照以下方法对仿真关注区域进行加密划分：
1)若仿真关注点坐标为单一点坐标，则以所述仿真关注点坐标为球心，50l为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；其中，l为高压架空输电线路有限元模型中最小结构长度；
2)若所述仿真关注点坐标Xc包含两点以上坐标Xc(1),Xc(2),……,Xc(n)，则寻找坐标点X0，以如下函数L(X0)为目标函数，在X0∈{minXc,maxXc}范围内，通过随机优化算法求解X0，使得L(X0)取得最小值；
式中，Y(n)＝||X0-Xc(n)||2，为坐标X0与坐标Xc(n)之间的欧式距离；
3)以X0为球心，以2倍max{Y(n)}为半径，建立球形区域，该区域即为仿真关注区域；对所述仿真关注区域进一步加密划分，划分标准为网格最大边长不超过所述仿真关注区域内的模型最小结构长度的1/2。
7.根据权利要求6所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，所述随机优化算法为具有广泛搜索能力的优化算法，包括粒子群或遗传优化算法。
8.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(4)中按照以下方法设置边界条件：
1)铁塔、导线及空气之间的边界为自然边界条件，边界上磁场强度切向分量连续、法向分量与边界两侧磁导率成反比；
2)计算区域外边界为Dirichlet边界条件，边界上给定磁矢量位A＝0。
9.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(6)中按照以下方法确定三相电流激励：
确定三相电流激励{IA(nA),IB(nB),IC(nC)}；
其中，I(x)表示向量I中第x个元素，nA、nB、nC由以下公式确认：
式中，表示对x向下取整，mod(s/x)表示取s除x的余数，card(I)表示向量I中的元素总数。
10.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(7)中按照以下方法判断是否已完成当前所有三相电流激励的计算：
根据以下等式是否成立判断是否已经计算完成所有可能的电流激励，若成立则已完成，若不成立则未完成：
s＝card(IA)×card(IB)×card(IC)。
11.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(8)中按照以下方法判断是否满足计算停止条件：
根据已保存的计算结果，按以下公式各关注点计算停止系数Di：
其中，i＝1,2,…,n；
其中，表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张前的最小值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩张后的最大值，/>表示坐标为Xc(i)的所述仿真关注点坐标磁感应强度在电流取值集合扩展前的最大值；若还未进行所述电流取值集合扩展，则/>为0；
若满足下式条件，则磁场评估计算停止，并返回当前电流取值集合下各仿真关注点磁场计算数据：
max(Di)≤ε；
其中，ε为停止计算误差阈值，由计算人员设定。
12.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路空间磁场评估方法，其特征在于，步骤(8)中按照以下方法扩展电流取值集合：对任意电流取值集合I，在相邻两元素之间插入相邻两元素的平均值，构成新的电流取值集合。
13.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序可实现权利要求1～12任意一项所述的方法的步骤。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～12任意一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述储存器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～12任意一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311417522.7A CN117473824A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种高压架空输电线路空间磁场评估方法 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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-
2023
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