本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)監(jiān)測與管理，特別涉及了一種配電線覆冰受力的仿真方法及計(jì)算查詢系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、惡劣天氣已經(jīng)成為引起配電線路故障的重要因素，而覆冰是影響電力系統(tǒng)安全的嚴(yán)重自然災(zāi)害，是最容易引發(fā)配電線路群發(fā)性跳閘的災(zāi)害類型。較大范圍的覆冰災(zāi)害可能導(dǎo)致配電線路斷線、導(dǎo)線舞動(dòng)、倒塔等事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2021年冬季冰凍災(zāi)害累計(jì)造成南方電網(wǎng)10kv線路覆冰2125條次，停運(yùn)1349條次，配變停運(yùn)39749臺次，影響用戶共計(jì)199.94萬戶，其中約有90%的事故是因?yàn)榕潆娋€路覆冰導(dǎo)致線路兩側(cè)張力不平衡導(dǎo)致的。因此研究配電線覆冰受力的仿真方法具有重要意義。
2、在現(xiàn)有的輸電塔有限元分析方法中，往往要修改一個(gè)簡單的參數(shù)，就需要重新由仿真工程師進(jìn)行重新修改仿真，不便于直接輸入數(shù)據(jù)得到計(jì)算結(jié)果，仿真程序易改性差，增加了繁瑣的操作流程。本發(fā)明研究應(yīng)用comsol?multiphysics軟件的app開發(fā)器開發(fā)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，可以使缺乏有限元建模和仿真分析的非專業(yè)人員通過快速修改參數(shù)獲得計(jì)算結(jié)果，能夠幫助工作人員判斷配電線是否存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，保障線路安全運(yùn)行，減少災(zāi)害發(fā)生。
3、以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請的現(xiàn)有技術(shù)，在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請的申請日已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評價(jià)本申請的新穎性和創(chuàng)造性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于為判斷配電線路受覆冰影響是否會(huì)產(chǎn)生故障提供判斷依據(jù)，提供一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
3、一種一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，包括以下步驟。
4、s1構(gòu)建配電線幾何模型，配置材料屬性，添加相關(guān)約束，設(shè)置自重荷載、風(fēng)荷載、覆冰荷載。
5、s2進(jìn)行網(wǎng)格剖分并設(shè)置求解器，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算，得到結(jié)果繪圖。
6、s3通過內(nèi)置app開發(fā)器，利用表單編輯器制作配電線覆冰受力數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。
7、進(jìn)一步的，構(gòu)建配電線的幾何模型，利用comsol?multiphysics軟件中自帶的繪圖工具，在三維空間坐標(biāo)下，繪制出一條直線模擬配電線。
8、再進(jìn)一步的，配置材料屬性，在comsol?multiphysics中添加物理場接口，利用現(xiàn)有的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”中“線纜”來模擬配電線，并為其配置材料屬性和導(dǎo)線截面積。
9、再進(jìn)一步的，添加相關(guān)約束，設(shè)置自重荷載、風(fēng)荷載、覆冰荷載具體表現(xiàn)為：根據(jù)配電線的相關(guān)參數(shù)和相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算配電線的自重荷載、覆冰荷載、風(fēng)荷載，利用軟件自帶“邊荷載”接口，施加到對應(yīng)的邊上，同時(shí)，利用軟件自帶“固定約束”接口將直線的兩邊固定。
10、作為本發(fā)明所述一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中計(jì)算配電線的自重荷載，其計(jì)算公式如下。
11、
12、fg是配電線自重荷載，單位為n。
13、m0是配電線單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m。
14、l0是配電線的水平檔距，單位為m。
15、gb是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，gb=9.80665m/s2。
16、作為本發(fā)明所述一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中計(jì)算配電線的覆冰荷載，其計(jì)算公式如下。
17、
18、fb是導(dǎo)線覆冰荷載，單位為n。
19、δ是覆冰密度，單位為kg/m3，一般情況下取覆冰密度δ=900kg/m3。
20、b是覆冰厚度，單位為m。
21、d是導(dǎo)線的外徑，單位為m。
22、作為本發(fā)明所述一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中計(jì)算配電線的風(fēng)載荷，其計(jì)算公式如下。
23、
24、ff是垂直于導(dǎo)線方向的水平風(fēng)荷載值，單位為n。
25、α是風(fēng)壓不均勻系數(shù)，一般取1.0。
26、μ是空氣密度，單位為kg/m3，一般情況下取空氣密度ρ=1.225kg/m3。
27、v是風(fēng)速，單位是m/s。
28、cxc是阻力系數(shù)，一般取1.0。
29、gc是導(dǎo)線的組合體型系數(shù)，不考慮該系數(shù)，一般取1.0。
30、gl是跨度系數(shù)，一般取1.0。
31、θ是風(fēng)向與導(dǎo)線方向之間的夾角，該夾角被認(rèn)為等于90°，意味著風(fēng)垂直于導(dǎo)體。
32、再進(jìn)一步的，進(jìn)行網(wǎng)格剖分并設(shè)置求解器，確定研究類型，得到結(jié)果繪圖，具體表現(xiàn)如下。
33、（1）網(wǎng)格剖分與求解器設(shè)置：根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置網(wǎng)格剖分大小，對上述步驟s1所構(gòu)建的輸電塔仿真模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分和求解器設(shè)置。
34、（2）計(jì)算與結(jié)果繪圖：開展有限元分析，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算，獲取受力圖、變形圖等。
35、再進(jìn)一步的，通過內(nèi)置app開發(fā)器，利用表單編輯器制作配電線覆冰受力數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。具體表現(xiàn)如下：通過插入對象來進(jìn)行表單制作，自行設(shè)計(jì)用戶界面，其中，對象能夠是軟件已內(nèi)置的對象，也能夠是用戶在對輸電塔建模過程中所產(chǎn)生的對象。
36、作為本發(fā)明所述一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中計(jì)算實(shí)時(shí)風(fēng)速，使用諧波疊加法模擬脈動(dòng)風(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速計(jì)算公式如下。
37、
38、umean代表平均風(fēng)速，指長期統(tǒng)計(jì)的穩(wěn)定風(fēng)速，代表了風(fēng)的整體趨勢。
39、u(t)表示風(fēng)速在平均風(fēng)速基礎(chǔ)上的隨機(jī)波動(dòng)，脈動(dòng)風(fēng)可以用隨機(jī)過程來描述，通常通過時(shí)間序列來模擬。
40、
41、fk表示離散頻率。
42、?k表示隨機(jī)相位角，通常為[0,?2π]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。
43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下。
44、本發(fā)明通過能夠綜合分析導(dǎo)線覆冰的實(shí)時(shí)受力狀況，可以廣泛應(yīng)用于配電線的有限元建模與受力分析，研究應(yīng)用comsol?multiphysics軟件的app開發(fā)器開發(fā)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，可以使缺乏有限元建模和仿真分析的非專業(yè)人員通過快速修改參數(shù)獲得計(jì)算結(jié)果，使非專業(yè)人員隨時(shí)隨地都可以通過輸入相關(guān)數(shù)據(jù)查詢到配電線在不同厚度覆冰時(shí)的受力或者形變情況，為判斷配電線路受覆冰影響是否會(huì)產(chǎn)生故障提供判斷依據(jù)。
1.一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1中構(gòu)建配電線的幾何模型，利用comsol?multiphysics軟件中自帶的繪圖工具，在三維空間坐標(biāo)下，繪制出一條直線模擬配電線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1中配置材料屬性，在comsol?multiphysics中添加物理場接口，利用現(xiàn)有的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”中“線纜”來模擬配電線，并為其配置材料屬性和導(dǎo)線截面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1中添加相關(guān)約束，設(shè)置自重荷載、風(fēng)荷載、覆冰荷載具體表現(xiàn)為：根據(jù)配電線的相關(guān)參數(shù)和相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算配電線的自重荷載、覆冰荷載、風(fēng)荷載，利用軟件自帶“邊荷載”接口，施加到對應(yīng)的邊上，同時(shí)，利用軟件自帶“固定約束”接口將直線的兩邊固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1計(jì)算配電線的自重荷載，其計(jì)算公式如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1計(jì)算配電線的覆冰荷載，其計(jì)算公式如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s1計(jì)算配電線的風(fēng)載荷，其計(jì)算公式如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s2進(jìn)行網(wǎng)格剖分并設(shè)置求解器，確定研究類型，得到結(jié)果繪圖，具體表現(xiàn)如下：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s3為通過內(nèi)置app開發(fā)器，利用表單編輯器制作配電線覆冰受力數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。具體表現(xiàn)如下：通過插入對象來進(jìn)行表單制作，自行設(shè)計(jì)用戶界面，其中，對象能夠是軟件已內(nèi)置的對象，也能夠是用戶在對輸電塔建模過程中所產(chǎn)生的對象。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種配電線覆冰受力的建模仿真方法及數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，其特征在于，需要模擬實(shí)時(shí)風(fēng)速，使用諧波疊加法模擬脈動(dòng)風(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速計(jì)算公式如下：