一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法，基本步骤为：1)建立覆冰导线单自由度舞动模型并求解，获得以风速与覆冰厚度为自变量的舞动幅值解析表达式；2)由历史样本获得风速与冻雨量的概率分布函数，基于已获得的风速与冻雨量的概率分布函数，获得与二者为函数关系的覆冰厚度的概率分布函数，并进而获得舞动幅值的概率分布函数；3)根据覆冰舞动跳闸的历史故障记录所获得的泊松分布，求得覆冰导线舞动幅值越限及短路故障的联合概率，并结合贝叶斯公式而获得舞动幅值越限条件下的覆冰导线舞动跳闸概率。本发明专利技术能够根据气象信息计算未来一段时间内覆冰舞动导致线路跳闸的概率，以便对于跳闸概率大的线路采取预防措施。

【技术实现步骤摘要】
一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法
本专利技术涉及输电
，具体涉及一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法。
技术介绍
随着我国用电需求的不断增长，大型水电厂、火电厂以及核电厂的大力建设，地区间的电源与负荷的不平衡以及对经济调度的需要，要求发展高压输电线路。为了提高电网的输送能力，提高电力系统的稳定性，保证长距离电能传输的经济性，实际工程中较多采用高压输电线路。输电线路作为电能输送的通道，其重要性不言而喻。它成为了整个输电网络的支撑部分，它的安全和稳定在决定着整个输电电网是否足够安全。单独从力学的角度看，架空输电线路不仅要承受自身的重力、风的载荷以及表面的覆冰等因素所带来的许多影响，一方面需要增加了导线比载，导线本身所受张力增大，会造成导线的断股、断线以及倒塔事故；另一方面覆冰也会改变导线截面的形状，在风的作用下，有可能产生低频的大振幅振动，它会造成危害很大的事故，像倒塔、导线的磨损、烧伤和断线，金具破坏等等，都会造成极大的经济损失和社会影响。在一定的气象环境下，舞动时的振动幅度会很大，甚至可以达到十多米。在我国，舞动事故常常发生，据现有的资料统计显式，1957年至1992年初，我国共发生导线舞动44次，涉及到的线路达161条，损坏导线66根，引起的线路跳闸事故超过119次，造成了巨大的损失。此外在2008年初，全国的电力系统因雪灾而造成的经济损失超过400亿元，占雪灾造成的损失的比例为22.3％，其中由于覆冰舞动导致的输、变电设备故障，是这次电网损坏较严重的重要原因之一。除我国外，美国、加拿大、日本等国都曾经发生了大量的舞动跳闸事故，尤其是在寒冷的加拿大与美国开阔的平原上，许多输电线路横跨平原的开阔地带，加上低温、持续的季风与覆冰作用，舞动的发生很多。由于架空输电的线路长期运行于复杂的自然界中，我们很难用实验的方法针对架空输电线路实时的运行状态展开准确的模拟，尤其是实际的覆冰现象。在有关输电线路的舞动研究中，通常是根据已有的观察记录进行的。但气象环境复杂多变，并且具有很大的随机性，这就使得对导线覆冰的问题研究一直难以取得较大的进展。由于架空输电线路的舞动受气象因素影响较大，如何科学合理地根据气象信息计算未来一段时间内覆冰舞动导致线路跳闸的概率，以便对于跳闸概率大的线路采取预防措施，对于提升电网应对灾害天气的能力，具有非常积极的理论和实际工程意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法，能够科学合理地根据气象信息计算未来一段时间内覆冰舞动导致线路跳闸的概率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法，包括以下步骤：1)根据气象信息获得覆冰风速、舞动风速以及冻雨量的历史样本，用峰度法获得三者的阈值，通过极大似然估计获得三者广义帕累托分布的规模参数与形状参数，即σv'，σv与σl及ξv'，ξv与ξl；然后，通过下式获得舞动风速的概率密度函数f(v)：式中：v为舞动风速，σv与ξv分别为舞动风速超限样本的规模参数与形状参数，uv为舞动风速阈值，为的超限风速个数，Nv为风速个数；通过下式获得覆冰厚度的概率密度函数f(rH)：式中：rH为覆冰厚度，r为导线半径，ρi为冰密度，ρw为冻雨密度，tl为平均降雨小时数；v'为覆冰风速，σv'与ξv'分别为导线覆冰风速超限样本的规模参数与形状参数，uv'为覆冰风速阈值，为的超限风速个数，Nv'为风速个数；l为冻雨量，σl与ξl分别为冻雨量超限样本的规模参数与形状参数，ul为冻雨量阈值，为的超限冻雨量个数，Nl为冻雨量个数；2)通过Fluent软件仿真获取不同冰厚下的覆冰导线的气动系数，使用回归分析方法建立气动系数c1与c2关于冰厚rH的函数表达式：c1＝f1(rH)c2＝f2(rH)；3)根据历史冰冻天气下舞动所致短路事件的故障记录，计算得到故障率γ；然后通过下式获得当前整条输电线路s的舞动跳闸概率PLs：式中：ws表示第s条线路的线路档数，i表示第i档导线；t为统计时间，rHmax为覆冰厚度上限；k为覆冰导线体系支撑刚度，ξ为导线体系阻尼比，m为覆冰导线质量，ρair为空气密度，r为导线半径，rH为覆冰厚度，cmax为导线不发生相间短路的最大舞动幅值；L为该档导线长，ρice为冰密度，ρL为包括间隔棒的导线综合密度。上述技术方案中：在步骤1)中，阈值的获取步骤包括：1.1)根据下式分别计算覆冰风速、舞动风速与冻雨量的样本均值与样本峰度Kn：i＝1,2,…n；1.2)若Kn≥3，则选取使得值最大的Xi，并将其从样本中除去并返回步骤1.1)；若Kn＜3转到步骤1.3)；1.3)选取剩下来的样本中最大的|Xi|为阈值。在步骤2)中，获取气动系数的过程为：以D型覆冰导线为研究对象，使用集成Fluent模块的ANSYS软件仿真模拟，先用Geometry模块建立D型覆冰导线截面模型，并用ICEMCFD模块对该截面模型进行网格划分，设置右边界为速度入口边界条件，左边界为流出边界条件，完成网格划分后将网格文件导入Fluent模块中，采用适用于圆柱绕流的K-ω湍流模型，并在导线垂直方向设置升力监测器以获取冰厚与风攻角的覆冰截面升力系数，通过旋转覆冰导线截面选择一定范围的风攻角，完成不同冰厚及风攻角的升力系数的计算后，先建立各冰厚条件下风攻角与升力系数的函数关系式，然后采用回归分析方法建立c1与c2的表达式。其中，所述冰厚选值为等距2mm的0～26mm范围的冰层半径；所述风攻角的范围为-60°～+60°，以10°为增量。本专利技术的基本思路为：1)根据牛顿定律建立覆冰导线单自由度舞动模型，采用里茨-伽辽金方法求解舞动模型，获得以风速与覆冰厚度为自变量的舞动幅值解析表达式；2)由风速与冻雨量的历史样本获得风速与冻雨量的概率分布函数，基于已获得的风速与冻雨量的概率分布函数，获得与二者为函数关系的覆冰厚度的概率分布函数，并进而获得舞动幅值的概率分布函数；3)根据覆冰舞动跳闸的历史故障记录所获得的泊松分布，求得覆冰导线舞动幅值越限及短路故障的联合概率，并结合贝叶斯公式而获得舞动幅值越限条件下的覆冰导线舞动跳闸概率。具体的演绎和公式推导过程为：1)基于里茨-伽辽金法建立覆冰导线舞动幅值表达式由于导线截面的形状发生变化，从而改变了导线的气动力分布，作用在覆冰导线上的风力可以分解为垂直方向的分力与水平方向的分力。其中，垂直方向的分力即为覆冰导线的气动升力，水平方向的分力即为气动阻力，当作用在覆冰导线截面的气动阻力与气动升力交替地变化将引发覆冰导线发生舞动。由于导线的垂直舞动的幅值直接决定着导线是否发生相间短路，因此采用在垂直方向的单自由模型确定其相应的舞动。根据粘滞阻尼理论，覆冰导线的任一档(即位于两个杆塔之间的导线)在舞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)根据气象信息获得覆冰风速、舞动风速以及冻雨量的历史样本，用峰度法获得三者的阈值，通过极大似然估计获得三者广义帕累托分布的规模参数与形状参数，即σ

【技术特征摘要】
1.一种覆冰导线舞动跳闸概率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据气象信息获得覆冰风速、舞动风速以及冻雨量的历史样本，用峰度法获得三者的阈值，通过极大似然估计获得三者广义帕累托分布的规模参数与形状参数，即σv'，σv与σl及ξv'，ξv与ξl；
然后，通过下式获得舞动风速的概率密度函数f(v)：



式中：v为舞动风速，σv与ξv分别为舞动风速超限样本的规模参数与形状参数，uv为舞动风速阈值，为的超限风速个数，Nv为风速个数；
通过下式获得覆冰厚度的概率密度函数f(rH)：















式中：rH为覆冰厚度，r为导线半径，ρi为冰密度，ρw为冻雨密度，tl为平均降雨小时数；v'为覆冰风速，σv'与ξv'分别为导线覆冰风速超限样本的规模参数与形状参数，uv'为覆冰风速阈值，为的超限风速个数，Nv'为风速个数；l为冻雨量，σl与ξl分别为冻雨量超限样本的规模参数与形状参数，ul为冻雨量阈值，为的超限冻雨量个数，Nl为冻雨量个数；
2)通过Fluent软件仿真获取不同冰厚下的覆冰导线的气动系数，使用回归分析方法建立气动系数c1与c2关于冰厚rH的函数表达式：
c1＝f1(rH)
c2＝f2(rH)；
3)根据历史冰冻天气下舞动所致短路事件的故障记录，计算得到故障率γ；然后通过下式获得当前整条输电线路s的舞动跳闸概率PLs：












式中：ws表示第s条线路的线路档数，i表示第i档导线；t为统计时间，rHmax为覆冰厚度上限；k为覆冰导线体系支撑刚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，张炜，吴迪，田宏强，林济铿，马增泰，左晨亮，刘潇，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司，安徽继远软件有限公司，国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34