[發(fā)明專利]一種基于聚類的輸電塔風(fēng)荷載易損性快速分析方法及設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110502907.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN112990379A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐郁強(qiáng);鄭世明;徐達(dá)藝;曹維安;范亞洲;黃增浩;邊曉旭
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局;南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q50/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蘇云輝

本申請屬于輸電塔抗風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。本申請?zhí)峁┝艘环N基于聚類的輸電塔風(fēng)荷載易損性快速分析方法及設(shè)備，其中本方法包括：建立包括座輸電塔樣本的輸電塔樣本庫；獲取每個(gè)輸電塔樣本的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，并采用主成分分析法降維處理，得到主成分指標(biāo)；結(jié)合Sturges經(jīng)驗(yàn)公式和肘部判別法計(jì)算確定最優(yōu)分類數(shù)k；利用k?means聚類算法得到k個(gè)聚類結(jié)果；選取典型樣本，得到典型樣本庫并建立有限元模型，計(jì)算不同風(fēng)強(qiáng)度下的設(shè)備失效概率并進(jìn)行擬合，得到輸電塔易損性曲線。本申請通過選取關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對全部輸電塔的動態(tài)分類，從而使得所選取的典型樣本更具有代表性，保證該類輸電塔通用易損性分析曲線結(jié)果的準(zhǔn)確性和普遍適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于輸電塔抗風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚類的輸電塔風(fēng)荷載易損性快速分析方法。

背景技術(shù)

近幾年的風(fēng)災(zāi)冰災(zāi)對輸電線路造成了巨大的破壞。數(shù)次災(zāi)害記錄表明，電力系統(tǒng)中，尤其是輸電塔的地震易損性極高，且一旦破壞形成，就會導(dǎo)致及其嚴(yán)重的后果，輕則部分線路輸電中斷，重則區(qū)域電力系統(tǒng)全線癱瘓，不僅嚴(yán)重影響了正常的社會運(yùn)作，更加延緩了救災(zāi)和災(zāi)后重建工作，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。

工程抗震進(jìn)行到今天，無數(shù)的學(xué)者對于即使是看似很簡單的對象也從未停止過努力，因?yàn)橥褪沁@類簡單卻常見的部分，卻是很多問題的關(guān)鍵。同樣的，對于輸電塔的易損性研究，很多學(xué)者對各類的輸電塔進(jìn)行了大量的研究。隨著電壓等級的提升，輸電塔材料與結(jié)構(gòu)形式在不停的改進(jìn)。學(xué)者們對于輸電塔的研究從電塔的組成部分到主要研究對象，從被動的震害統(tǒng)計(jì)，到全面的風(fēng)洞試驗(yàn)，從單向的簡化計(jì)算到多維地震數(shù)值模擬。

以上嚴(yán)峻的事實(shí)與理論研究基礎(chǔ)表明：開展電網(wǎng)地震災(zāi)害防御與快速響應(yīng)技術(shù)研究，提高電力系統(tǒng)在地震中的安全性和震后的快速評估能力，保障電力供給是當(dāng)前電力系統(tǒng)的一個(gè)刻不容緩的任務(wù)和挑戰(zhàn)。

輸電塔易損性分析主要有三種方法：災(zāi)害資料統(tǒng)計(jì)分析方法，試驗(yàn)方法以及計(jì)算分析方法。災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析法是一種基于歷史災(zāi)害資料的易損性分析方法，但其受限制于時(shí)效性，輸電塔隨著時(shí)間推移也在改進(jìn)，早期的災(zāi)害資料現(xiàn)在已經(jīng)不適用。此外，災(zāi)害資料寶貴，較為缺少。試驗(yàn)法受限于輸電塔風(fēng)洞試驗(yàn)成本高昂。所以，計(jì)算分析法受到青睞。

而現(xiàn)有的計(jì)算分析法對輸電塔進(jìn)行易損性分析時(shí)，包括兩種常用的方案。第一種是將全部輸電塔樣本均用于易損性分析，這樣得到的易損性曲線精度高，但是比較耗費(fèi)時(shí)間，效率不高；第二種就是人為劃分固定區(qū)間進(jìn)行靜態(tài)的分類，從中選取部分樣本用于易損性分析，這樣雖然減少了樣本數(shù)量，提高了分析效率，但是得到的易損性曲線不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N基于聚類的輸電塔風(fēng)荷載易損性快速分析方法及設(shè)備，用于解決現(xiàn)有的計(jì)算分析法不能同時(shí)兼顧準(zhǔn)確性和普遍適用性的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請第一方面提供了一種基于聚類的輸電塔風(fēng)荷載易損性快速分析方法，包括如下步驟：

S100：建立輸電塔樣本庫，輸電塔樣本庫包括輸電塔樣本，記為個(gè)樣本；

S200：獲取輸電塔樣本庫中每個(gè)輸電塔樣本的個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，將個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)采用主成分分析法降維處理，得到個(gè)主成分指標(biāo)；

S300：利用Sturges經(jīng)驗(yàn)公式得到輸電塔的初步分類數(shù)，將初步分類數(shù)和個(gè)主成分指標(biāo)利用肘部判別法計(jì)算確定最優(yōu)分類數(shù)k；

S400：將最優(yōu)分類數(shù)k利用k-means聚類算法對個(gè)樣本分類，得到k個(gè)聚類結(jié)果；

S500：根據(jù)k個(gè)聚類結(jié)果選取典型樣本，得到樣本數(shù)為的典型樣本庫；

S600：建立典型樣本庫的有限元模型，計(jì)算不同風(fēng)強(qiáng)度下的設(shè)備失效概率；

S700：利用對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)對設(shè)備失效概率進(jìn)行擬合，得到座輸電塔樣本的易損性曲線。

進(jìn)一步的，步驟S200中，個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)具體包括：

呼高、根開、橫擔(dān)、主材截面尺寸。