[发明专利]双分裂线路悬垂绝缘子串风偏角预测模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种双分裂线路悬垂绝缘子串风偏角预测模型的构建方法，其包括如下步骤：S1建立模拟对象，S2构建数据集，S3构建风偏角预测模型，基于随机森林算法，利用训练数据集训练获得预测模型。优点：相比于传统的风偏角计算方法，本发明给出的基于随机森林算法的悬垂绝缘子串风偏角预测模型，考虑了随机风载荷作用，且充分学习了不同参数组合下的复杂非线性关系，能够准确预测悬垂绝缘子串的风偏角，预测精度高，泛化能力强，使用便捷、高效，精度满足工程设计要求，有效用于杆塔绝缘间隙设计。

技术领域：

本发明涉及输电线路杆塔设计技术领域，特别涉及双分裂线路悬垂绝缘子串风偏角预测模型的构建方法。

背景技术：

输电线路在风荷载作用下导地线会偏摆，从而导致悬垂绝缘子串的摆动，绝缘子串的偏摆角度称为风偏角；如果风偏角太大，会导致导线与杆塔的电气绝缘间隙过小而发生闪络甚至跳闸事故，严重威胁线路的安全运行。

传统上对导线与杆塔塔头绝缘间隙设计的方法是：将悬垂绝缘子串简化为刚性直杆，根据风荷载作用下导线和悬垂绝缘子串所受风载和自重载荷，利用绝缘子串的静力平衡条件计算风偏角，从而根据几何关系计算导线与杆塔之间的间隙；进而能够根据电压等级和悬垂绝缘子串的风偏角以及电气绝缘间隙的要求，进一步确定杆塔设计时横担和挂点位置的设计；但是，这种传统的设计方法存在以下缺点：一方面，没有考虑脉动风的动态效应，计算得到的风偏角偏小，导致风偏闪络事故频繁发生；另一方面，传统方法计算风偏角的过程繁琐，使用不便。

目前计算风偏角的方法通常还使用有限元数值模拟法，该方法在模拟计算过程中，考虑了随机风的脉动性影响，计算结果更贴切实际，但是，采用有限元数值模拟法，每次均需要进行有限元建模及求解计算，而有限元模型建模复杂耗时，且计算风偏角过程中，随机风时程模拟的时间及有限元隐式动力学求解计算时间长，效率低。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种双分裂线路悬垂绝缘子串风偏角预测模型的构建方法，解决传统设计方法计算风偏角过程繁琐及因没有考虑脉动风的动态效应而存在误差，导致风偏闪络事故频繁发生的问题。

本发明由如下技术方案实施：双分裂线路悬垂绝缘子串风偏角预测模型的构建方法，其包括如下步骤：

S1：建立模拟对象

S11设定参数：在有限元软件中，设定若干组输电线路的结构参数和基本设计风速，其中，结构参数包括档距、高差、导线型号、初始张力；

S12建立输电线路几何模型：在有限元软件中，利用步骤S11设定的参数，建立连续档档数大于等于4档的输电线路几何模型，包括导线、悬垂绝缘子串、耐张绝缘子串；

S2：构建数据集

S21计算随机风载荷：利用谐波合成法采用Kaimal风速谱和 Davenport相干函数生成对应基本设计风速的随机风速时程，根据随机风速时程按照导线风荷载计算公式得到随机风载荷；

S22施加随机风载荷：沿步骤S12建立的几何模型的导线方向每隔10米模拟一个风速点，每个风速点对应一段导线段，在各风速点上施加随机风载荷；

S23：利用有限元软件数值模拟输电线路在随机风载荷下的风偏时程响应，从风偏时程响应中提取线路悬垂绝缘子串风偏角的均值和均方根值，根据均值和均方根值计算风偏角的统计值；构建数据集，并采用随机抽样方法将数据集划分为训练数据集和测试数据集；

S3：构建风偏角预测模型

基于随机森林算法，利用步骤S23划分的训练数据集，训练获得预测模型。

进一步地，对风偏角预测模型进行测试，即利用步骤S23的测试数据集对步骤S3训练完成的风偏角预测模型的泛化能力进行测试。