冰风暴灾害下输电线路故障概率预测

针对冰风暴灾害下输电线路运行故障问题,提出了基于极端学习机和Copula函数的断线倒塔概率预测模型。该模型运用广义极值分布刻画冰风暴灾害下冻雨量、风速、输电线和铁塔冰、风荷载的随机特性,并通过ELM网络预测出实时变化的GEV分布的形状参数、尺度参数和位置参数。随后考虑冰、风荷载之间的概率相关性,借助Clayton-Copula建立冰、风荷载的联合概率分布,从而实现输电线和铁塔的实时故障概率预测。结合湖南郴州电网的历史数据展开算例分析,验证了该预测方法的有效性和准确性。     

风暴灾害下电力断线倒塔概率预测

提出了基于极端学习机(Extreme Learning Machine,ELM)和广义极值(Generalized Extreme Value,GEV)分布的风暴灾害下输电线路断线概率预测模型。该模型首先针对极端风速,通过ELM网络的训练学习,预测出实时变化的风速;随后从概率的角度考虑实时变化的电力线风荷载极值,提出电力线风荷载的实时广义极值分布;从而实现风暴灾害下输电线路的实时断线概率预测。结合输电线路的历史数据展开算例分析,验证了该预测方法的有效性和准确性。     

我国输电线路铁塔结构设计可靠度研究

在已收集到的国内冰、风荷载统计资料的基础上,建立了冰、风荷载的概率统计模型;采用一次二阶矩法,对我国输电线路铁塔结构设计的可靠度进行了计算分析。结果表明,我国铁塔结构构件的设计可靠度水平基本能够达到目标可靠度指标的要求。研究成果可为研究我国输电线路元件的安全设置水平提供参考依据,为进一步深入研究元件的强度匹配关系奠定了基础。     

输电铁塔分段模型的风洞试验

输电铁塔是架空输电线路中的重要电力设备,近年来我国沿海地区风致倒塔事故频发。为了研究输电铁塔的风荷载特性,该文进行了输电铁塔分段全尺寸模型的风洞试验研究。试验分别以风速和迎风角为独立变量,研究了分段铁塔模型风荷载随风速和迎风角的变化规律。结果表明:分段铁塔模型的竖向风荷载在中低风速下随风速变化符合指数规律,其系数与分段模型的类型有关;竖向风荷载随迎风角变化符合正弦规律,且不同分段模型正弦函数的周期和幅值不同。用拟合函数推算中高风速下的分段输电铁塔竖向力,计算结果表明随着风速增加,输电铁塔竖向风荷载呈一定的变化规律。研究结果可为输电铁塔防风防灾提供理论依据。     

考虑风速风向联合分布的大风灾害下电力断线倒塔概率预测

针对实际线路风速与风向数据很难获取、现有大风灾害下断线倒塔概率预测误差偏高的不足,提出了考虑风速风向相关性的电力断线倒塔概率预测模型。该模型采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,计算输电线路高度各风向的有效最优概率分布类型及参数。利用输电线路风荷载模型和铁塔风荷载模型计算得到各个方向下线路和铁塔能承受的最大风速。对数值天气预报数据进行处理,采用高度修正和插值映射后的预报风速数据作为输入参数,实现线路气象数据不足时风灾下电力断线倒塔的概率高精度预测。     

输电铁塔等效缩尺模型风洞倒塌试验研究

输电铁塔作为典型的风敏感高耸结构,在强台风等极端天气中面临着结构失稳甚至倒塌的风险。为研究铁塔的风致响应及倒塌机理,本文开展了输电铁塔等效缩尺模型的风洞试验。通过研究模型在横向风荷载作用下发生局部杆件形变直至倒塌的整个破坏进程,分析了模型局部结构力学响应特性以及底部主材轴向受力分布情况,得到了风荷载作用下输电铁塔的结构薄弱点和主材轴向受力变化规律,并利用有限元仿真软件进行对比计算分析。结果表明,在横向风荷载作用下输电铁塔主材容易受到不均匀的轴向压力,增加了金属疲劳的概率,严重时会导致铁塔倒塌;输电铁塔塔身中下部主材在单向风荷载的作用下将会出现极大应变,对部分主材杆件进行补强加固能够有效增强铁塔抗风能力。     

基于Pair Copula的随机潮流三点估计法

现有Copula等方法难以对多维风电功率准确建模,且传统的点估计法无法直接应用于风电功率具有相关性的场合。针对这一问题,提出基于Pair Copula和概率积分变换的随机潮流点估计法。首先采用Pair Copula对多维风电功率进行建模,然后使用点估计法在独立正态概率空间中采样,最后,依据概率积分变换,把采样点变换到实际风电功率的概率空间中进行潮流计算,从而使点估计法能够处理具有任意概率分布的多维风电功率。对澳大利亚多个风电场出力样本的建模和分析验证了Pair Copula模型的优越性,基于IEEE 118节点系统的算例验证了所提方法的有效性。     

基于分段Copula函数和高斯混合模型的多段线性化概率潮流计算

大规模风电并网以及负荷的随机波动加剧了电网运行的不确定性,为了有效分析新环境下的电网运行特性,提出一种基于风功率分段Copula函数和负荷高斯混合模型的多段线性化概率潮流计算方法。采用分段Copula函数在时间维度上刻画相邻风电场的空间相关性,分析风功率相关性的季节变化。针对实际负荷的不对称、多峰特性,采用改进K-means聚类优化的期望最大化(expectation maximization,EM)算法,准确快速地建立负荷高斯混合模型。在此基础上,采用多段线性化半不变量法进行概率潮流计算,以减小风功率和负荷大范围波动造成的潮流方程线性化误差。对改进的IEEE 14节点系统进行仿真分析,验证了所提方法的准确性、快速性及有效性。     

基于综合Copula函数的风电出力相关性建模

针对单一Copula函数模型在描述风电功率相关性中失真较大的缺陷,提出构造综合Copula函数模型刻画其相关结构的策略,并采用EM方法估计模型中相关参数的值。以某地区两相邻风电场的实际历史出力数据为基础,通过对比不同组合函数的拟合优度校验,筛选出最优的综合Copula函数,并将其运用于系统的概率潮流计算中,作出支路有功功率及节点电压这二者的概率密度曲线,通过与单一Copula函数所得曲线的对比,验证了其在风电场出力建模中的有效性及可行性。     

输电线路覆冰失效分析

在输电塔线体系的设计过程中,导线和铁塔结构是分开进行设计的.由于对铁塔的纵向不平衡张力缺乏有效的计算方法,通常是根据规程取导线最大使用张力的比例进行校核.然而,不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一,精确计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力有着重要的意义.文中应用梁单元和索单元对输电铁塔和导线建立整体单元模型,对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算,分析了均匀覆冰荷载下铁塔的极限承载力,对在实测不均匀覆冰荷载下的倒塔失效原因进行了分析,指出了输电线路中的薄弱点,对铁塔提出了提高冰厚等级改造的建议.     

国内外输电线路铁塔设计安全度的比较

引入安全度概念,推导出铁塔安全度计算公式。结合荷 载效应比值、国内外标准的风、冰荷载比值等参数,计算得到 各国铁塔的设计安全度。结果表明,对于铁塔的设计,我国标 准规定的设计安全度与国外标准基本相当。研究成果可为我 国输电线路元件的安全设置水平提供参考依据,并且为元件 的强度匹配关系的研究做出了铺垫。     

考虑融冰因素的输电线路覆冰故障概率计算

根据导线覆冰表面热平衡方程分析内外部融冰因素对导线冰载荷的影响,计及地形对冰载荷的影响以及覆冰引起导线等效半径增大对风载荷的影响,通过气象实测的降雨量、风速、风向、温度等信息以及电网运行信息、当前监测覆冰厚度等信息建立输电线覆冰厚度增长预测模型。从输电线路覆冰过载机理出发,构建覆冰故障概率计算框架,从力学角度分析覆冰厚度及风速对输电线路的共同作用,采用反映金属承载极限特性的指数模型计算输电线路故障概率。以实际线路为例验证了该模型计算得到的线路覆冰故障概率变化趋势与实际故障情况相符,能够充分验证覆冰故障率与实际天气的相关性。     

基于覆冰拉力监测系统的耐张塔线路等值冰厚计算模型

输电线路覆冰严重影响电网的安全稳定运行,准确监测线路覆冰情况具有重要的工程意义和应用价值.为了精准判断线路覆冰厚度,提出一种基于覆冰拉力监测系统的复合荷载作用下耐张塔线路等值冰厚计算模型,以在线监测终端监测拉力和角度为输入参量,计及耐张绝缘子串非均布荷载和风荷载影响,并修正重力方向荷载对计算模型加以改进.与雪峰山自然观冰站试验数据和南方电网重覆冰区段监测终端运行数据对比,验证了该计算模型的准确性.结合工程实际应用,验证了其对判断耐张塔线路覆冰情况具有一定的指导作用.     

冰灾天气下架空线路倒塔断线风险评估

架空线路大规模倒塔断线故障是冰灾天气下电网基础设施受损的主要方面,对其进行可靠性建模与风险评估是制定电网除冰策略、布置电网安全防御系统的重要依据.针对冰灾天气下架空线路的群发性倒塔断线问题,建立了架空线路冰风荷载停运风险的可靠性模型.根据冰灾天气下外部气象信息的恶劣程度,评估电网运行可靠性,及时给出电网的运行风险测度与倒塔断线的经济损失.     

架空输电线路风雨致振动响应研究

根据架空输电线路在风雨激励下被破坏的实际状况,建立了"三塔两跨"有限元分析模型,其中,输电杆塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元。提出了雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于架空输电线路的荷载组合原则,分析了输电杆塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系,采用数值模拟方法,建立了设计与灾害荷载的不同工况组合,在时域对输电杆塔的动力响应规律进行了分析。研究表明,架空输电线路的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响,降雨对架空输电线路的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征,结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用导致结构体系局部动态受压失稳造成的。     

360°风作用下线条风荷载分配系数特性

线条风荷载的准确计算是输电杆塔设计的关键一步,角度风荷载分配系数的选取是否合理将直接影响到设计指标的合理性。对常规线条风荷载（0.5Φ₁=0.5Φ₂=0）的计算原理进行梳理和分析,得到了0~90°范围内的角度风荷载分配系数。同时,通过对风向角θ和线路转角Φ的剖析,推导了线路前后侧360°风吹时的线条角度风荷载分配系数计算公式,并给出了前后侧挡距不同分配比例（0.5Φ₁=0.5Φ₂,0.5L₁∶0.5L₂=5∶5、4∶6、3∶7）时的线条角度风荷载分配系数,分析了分配系数的特点,并进行了对比研究。研究结果揭示了线条角度风荷载分配系数的特点,可作为输电杆塔抗风设计的一种参考。     

国内外规范输电线路铁塔风荷载特性对比

输电铁塔属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载是设计的主要控制荷载。随着涉外工程的增多,准确把握国外规范的风荷载取值成为铁塔设计的关键一步。首先对国际上通用的输电线路设计规范（包括ASCE 74-2009、IEC 60826及BS EN 50341）中关于铁塔风荷载的计算原理进行梳理和分析,得到了一套完整的铁塔风荷载计算方法。以某一典型的输电铁塔为研究对象,分别按照国外规范计算得到了塔身和横担的风荷载,分析了结构各层的风荷载分布特点,并与我国规范的计算结果进行对比研究。通过研究,揭示了国外规范计算铁塔风荷载的特点,结果可作为输电铁塔抗风设计的参考。     

台风暴雨灾害下的110 kV线路倒塔与断线事故评估方法

沿海地区台风暴雨灾害频发,极易引发输电线路倒塔、断线等事故.为此,针对110 kV输电线路提出一种同时考虑台风暴雨灾害下倒塔与断线事故的评估方法.首先,分别建立台风与暴雨荷载模型,刻画台风风场中任意位置的风雨荷载;其次,对110 kV线路不同的输电塔型分别建立有限元模型,考虑风雨荷载的相关性,分析风雨荷载下线路和铁塔的...