[發明專利]架空輸電導線舞動及防舞設計的虛擬現實仿真平臺系統

有效

• 申請號: 201210017133.0
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102609574A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 胡基才;巫世晶;張承學;王曉筍;戴錦春
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H02G7/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本發明涉及一種虛擬現實仿真平臺系統，尤其是涉及架空輸電導線舞動及防舞設計的虛擬現實仿真平臺系統。

背景技術

覆冰的輸電導線在風激勵的作用下，會產生一種低頻、大振幅的振動，這種振動屬于馳振，也稱為舞動。這種舞動一般幅值大、持續時間長而且伴有擺動，對于輸電線路的損害極大，容易引起線路相間閃絡、金具損壞，造成線路跳閘停電或引起燒傷導線、拉倒桿塔、導線折斷等嚴重事故，從而造成重大經濟損失。近年來，中國部分地區500?kV?線路出現較大范圍內的冰閃跳閘、導線舞動和倒塔斷線事故，尤其是08年元月我國南方地區歷史上罕見的冰雪天氣導致輸電線路大范圍覆冰，部分線段覆冰厚度明顯超出線路機械承載能力，線路桿塔倒塌情況嚴重，直接影響輸電網正常運行，據不完全統計，因雪災導致的直接和間接經濟損失到達了數千億元之巨。此外，由于覆冰導線舞動振幅很大，可以導致相間閃絡、金具損壞、跳閘停電、拉倒桿塔、導線折斷等嚴重事故^[1]，中國很多地區都具備發生舞動的條件，并已發生過多次舞動事故，對輸電線路的安全運行構成嚴重威脅，造成了重大經濟損失。隨著西電東送以及以三峽為代表的大型水利樞紐的建設，我國的電力事業又迎來了一個建設高峰。其中輸電線系統是其中一個不可或缺的重要組成部分。輸電線路路程的增加，使得越來越多的線路需要翻越高山、跨越大江大河，因此越來越多的大跨越輸電線路將會投入運行。從有統計的資料可以看出，建國后至80年之前，導線舞動發生的次數只有80年代后至今的大約一半不到，這表明導線舞動發生的頻率在增加。一方面是由于高壓輸電線路的增加，另外一方面也是由于大量修建大型水電工程、增加森林覆蓋率等引起的氣候條件的變化。頻繁出現的舞動現象以及舞動現象導致的經濟損失使得對導線舞動問題的研究越來越急迫和重要，對這一現象進行深入的研究分析，確定導線舞動的關鍵影響參數，既具有重要的經濟意義，又具有重要的社會意義。

目前，國內外已經采用了多種多樣的防舞技術，而且超前于舞動機理的研究，其中還有不少防舞措施還處于試驗與摸索狀態。有些防舞技術雖然在某些工程上得到應用，也有一定的效果，但在理論上還不能進行圓滿的闡述，也提不出準確合理的設計、計算方法，因而不能得到廣泛的應用。防舞措施究其原理，都是針對誘發舞動的因素來進行的。對于已經建成的線路，就只能通過一定的措施和裝置，改變與調整導線系統參數。從大的方面看，這類防舞措施大致可以分為兩類，一類是考慮覆冰因素，采用防冰或除冰的措施，從根本上消除舞動的發生；另一類是考慮各種舞動激發機理，采用各種防舞裝置，改變空氣動力特性或導線特性，以防止發生大范圍的舞動。

輸電導線的舞動是一個大幅度的動力學運動問題，其大的幾何變形量又導致了運動的非線性。由于導線舞動本身極度的復雜性和特殊性，使得其理論分析和解析求解十分困難。在計算機飛速發展和廣泛應用的今天，借助有限單元法理論和各種大型有限元分析計算軟件，對輸電導線的舞動分析和防舞設計進行數值求解是目前比較切實可行的方法，也是本發明的出發點和立足點。

虛擬現實(Virtual?Reality，簡稱VR)是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環境。用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境中的實體相互作用，產生身臨其境的感覺，并實現交互式視景仿真和信息交流。近年來，VR已逐漸從實驗室的研究項目走向實際應用，在軍事、航天、建筑設計、旅游、醫療和文化娛樂及教育等方面得到不少應用。鑒于其強大的跨學科領域的優勢，并結合我國電力事業規模越來越大及運行操作越來越復雜的發展方向和特點，虛擬現實技術在電力系統運行、電力工程項目設計、電力生產、電力教育和培訓等方面得到了一定程度的發展和應用。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種可以根據不同的地形地貌和線路結構條件設計不同的防舞方案，并對各種防舞方案進行計算機仿真計算和分析，從而得到最佳的防舞方案，并利用虛擬現實技術將各子系統部分有機統一和組合的架空輸電導線舞動及防舞設計的虛擬現實仿真平臺系統。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

架空輸電導線舞動及防舞設計的虛擬現實仿真平臺系統，其特征

在于，包括:

導線舞動仿真模塊：用于仿真輸電導線在外載激勵下的舞動過程；

防舞設計模塊：根據實際線路設計多種防舞方案，并對各種方案進行結構設計和動力學仿真計算；

虛擬現實仿真模塊：將舞動仿真結果和防舞設計用虛擬現實場景現實出來，并提取舞動相關數據進行比較，得出最佳防舞方案。