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专利名称：配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210125663.0

专利申请（专利权）人：广东电网有限责任公司江门供电局,广东电网有限责任公司
权利人地址：广东省江门市蓬江区建设二路152号

专利发明（设计）人：徐健雄,聂春洪,廖卫平,伍建炜,胡泰,王锦生,杨玺,徐伟斌,杜文娇,晏梦璇

专利摘要：本发明涉及一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备，该方法通过对配电网目标区域的地形类型以及对应地形参数采用加权函数、映射法处理，得到组合地形风速分布和空间网格数据，结合该目标区域的预报风速数据再采用流动区域控制方程对其进行处理得到目标区域的风速分布预测数据，实现配电网供电线路考虑应用地形类型以及其对应风场因素，得到目标区域的风速情况，提高配电网线路布局的准确度，解决了现有配电网线路设计布局未考虑地形风场引起配电网线路出现倒塔的技术问题。

主权利要求：
1.一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；
采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；
采用映射法对所述地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；
采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据；
采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布包括：获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；
采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；
采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；
对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；
其中，所述地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速；
所述权重函数为：
；
式中，N为地形类型数量， 为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；
所述地面风速分布函数为：
；
式中，V（i）为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；
所述组合地形风速分布V为：
。
2.根据权利要求1所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法，其特征在于，采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据包括：采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。
3.根据权利要求2所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法，其特征在于，采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理过程中采用物面边界和远场边界对目标区域的风速场进行约束，得到目标区域的风速分布预测数据。
4.根据权利要求1所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法，其特征在于，所述地形类型包括旱地、水域、灌木森林、草地、湿地、人造地表、水田、建设用地和海域。
5.一种配网线路局域微地形风场分布模拟装置，其特征在于，包括：数据获取模块、第一处理模块、第二处理模块和预测输出模块；
所述数据获取模块，用于获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；
所述第一处理模块，用于采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；
所述第二处理模块，用于采用映射法对所述地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；
所述预测输出模块，用于采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据；
所述第一处理模块包括参数子模块、权重处理子模块、第一风速分布处理子模块和第二风速分布处理子模块；
所述参数子模块，用于获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；
所述权重处理子模块，用于采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；
所述第一风速分布处理子模块，用于采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；
所述第二风速分布处理子模块，用于对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；
其中，所述地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速；
所述权重函数为：
；
式中，N为地形类型数量， 为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；
所述地面风速分布函数为：
；
式中，V（i）为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；
所述组合地形风速分布V为：
。
6.一种配网线路局域微地形风场分布模拟设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1?4任意一项所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法。 说明书 : 配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备技术领域[0001] 本发明涉及电网供电线路规划技术领域，尤其涉及一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备。背景技术[0002] 近些年，热带气旋不仅发生的越来越频繁，而且其等级越来越高，对沿海配电线路的：σ苍嚼丛酱，给沿海地区的社会和经济带来严重的影响。配网线路作为电能运送的重要载体，越来越多的线路将面临着复杂地形和恶劣的气候条件，线路设计及运行中经常发生杆塔弯折甚至倒塔的现象。目前，许多配网供电线路发生的事故都是由外力破坏所引起的，例如地质灾害、覆冰以及强台风等。其中，近年来台风、强阵风等风灾性天气频发，加上配网供电线路走廊通道隐患日益增多，导致配网供电线路风灾日趋严重，其安全可靠运行对当地的社会经济发展以及各项事业都有十分重大的作用。[0003] 由于架空配网供电线路本身的高柔度、轻质量以及低速风阻特性，对风载荷具有很强的敏感性，难以控制风载荷特别是强风对其安全性的影响，风载荷是架空配网供电线路中需要考虑的主控载荷。尤其是在一些复杂地形下，当气流经过典型地形或是典型组合地形时，近地附近的风速、风压将会改变，风场分布也会随之发生变化，其对配网供电线路造成的影响也难以判断。因此，研究典型地形及组合地形的风场分布特点，以及风场随不同地形参数(坡度、间距、坡向、高程)的变化规律，对一种典型地形或几种组合地形条件下配网供电线路的合理选址、防护措施设计均有重要意义。[0004] 随着我国城镇化不断发展，土地资源急剧缩减，平缓耕地日益减少。因此，合理有效利用山地丘陵等地形进行电网建设已成为可持续发展的必然要求。山地丘陵城镇化发展的首要问题是配网供电线路的合理选址和规划。在不同地形、地质、地貌下，配网供电线路的合理选址将面临着更多的困难，更复杂的技术挑战，其中各种组合地形下的风载荷问题便是一个关键。对于局部地区的组合地形，在该地区的配网供电线路设计过程中，对于该地区的特殊地形情况不了解，以周边普通情况进行设计并不能满足该地区的实际要求。因此，在设计经过微地形下的配网供电线路时，必须进行深入考察研究工作，多到现场进行观测，通过各渠道进行资料搜集再分析研究，为配网供电线路设计提供依据，为配网供电线路安全运行提供保障。一般情况下，若配网供电线路位置在气象站附近，且天气、地形、相对高差、环境等动力因素都相似，可直接采用气象站风速资料，若以上因素有明显差异，则要进行实地考察，得出风速局部变化的情况，寻找适当的修正系数，才能使配网供电线路设计风速接近真实风速。[0005] 目前，国内针对大风区以及急风区，在风速监测方面做得工作还比较多，然而对于特殊的组合地形区域，由于其地理位置的劣势，相关的记录还比较少，因此，本发明的研究内容具有更为重要的意义。发明内容[0006] 本发明实施例提供了一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备，用于解决现有配电网线路设计布局未考虑地形风场引起配电网线路出现倒塔的技术问题。[0007] 为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：[0008] 一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法，包括以下步骤：[0009] 获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；[0010] 采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；[0011] 采用映射法对所述地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；[0012] 采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。[0013] 优选地，采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布包括：[0014] 获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；[0015] 采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；[0016] 采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；[0017] 对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；[0018] 其中，所述地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速。[0019] 优选地，所述权重函数为：[0020][0021] 式中，N为地形类型数量，ω(i)为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；[0022] 所述地面风速分布函数为：[0023][0024] 式中，V(i)为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；[0025] 所述组合地形风速分布V为：[0026][0027] 优选地，采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据包括：采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。[0028] 优选地，采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理过程中采用物面边界和远场边界对目标区域的风速场进行约束，得到目标区域的风速分布预测数据。[0029] 优选地，所述地形类型包括旱地、水域、灌木森林、草地、湿地、人造地表、水田、建设用地和海域。[0030] 本发明还提供一种配网线路局域微地形风场分布模拟装置，包括：数据获取模块、第一处理模块、第二处理模块和预测输出模块；[0031] 所述数据获取模块，用于获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；[0032] 所述第一处理模块，用于采用加权函数对所述地形参数和所述地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；[0033] 所述第二处理模块，用于采用映射法对所述地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；[0034] 所述预测输出模块，用于采用流动区域控制方程对所述组合地形风速分布、所述预报风速数据和所述空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。[0035] 优选地，所述第一处理模块包括参数子模块、权重处理子模块、第一风速分布处理子模块和第二风速处理子模块；[0036] 所述参数子模块，用于获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；[0037] 所述权重处理子模块，用于采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；[0038] 所述第一风速分布处理子模块，用于采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；[0039] 所述第二风速分布处理子模块，用于对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；[0040] 其中，所述地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速。[0041] 优选地，所述权重函数为：[0042][0043] 式中，N为地形类型数量，ω(i)为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；[0044] 所述地面风速分布函数为：[0045][0046] 式中，V(i)为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；[0047] 所述组合地形风速分布V为：[0048][0049] 本发明还提供一种配网线路局域微地形风场分布模拟设备，包括处理器以及存储器；[0050] 所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；[0051] 所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法。[0052] 从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备，该方法步骤包括：获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；采用加权函数对地形参数和地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；采用映射法对地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；采用流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。该配网线路局域微地形风场分布模拟方法通过对配电网目标区域的地形类型以及对应地形参数采用加权函数、映射法处理，得到组合地形风速分布和空间网格数据，结合该目标区域的预报风速数据再采用流动区域控制方程对其进行处理得到目标区域的风速分布预测数据，实现配电网供电线路考虑应用地形类型以及其对应风场因素，得到目标区域的风速情况，提高配电网线路布局的准确度，解决了现有配电网线路设计布局未考虑地形风场引起配电网线路出现倒塔的技术问题。附图说明[0053] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0054] 图1为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法的步骤流程图；[0055] 图2为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型的空间网格划分图；[0056] 图3为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中矩形ST区地形类型的空间网格划分图；[0057] 图4为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中不同来流风速丘陵地形类型地表高程5m处的风速分布图；[0058] 图5为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中不同来流风速ST地形类型地表高程5m处的风速分布图；[0059] 图6为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中来流风速10.5m/s时地表高程10m处RZDB和丘陵风速分布面对比图；[0060] 图7为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中来流风速12.31m/s时地表高程10m处RZDB和丘陵风速分布面对比图；[0061] 图8为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型与RZDB地形类型随高程变化的大气湍流动能等值线图；[0062] 图9为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型和RZDB地形类型随高程变化的流场截面垂直风速速度等值线图；[0063] 图10为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0064] 图11为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0065] 图12为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中地表区(h不大于15m)三分量风速随高程h的变化曲线图；[0066] 图13为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中HD地形类型和RZDB地形类型h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0067] 图14为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中HD地形类型和RZDB地形类型h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0068] 图15为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中地表区(h不大于20m)三分量风速随高程h的变化曲线图；[0069] 图16为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中SY、HY、SD地形类型h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0070] 图17为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中SY、HY、SD地形类型h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图；[0071] 图18为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中水面区(h不大于20m)三分量风速随高程h的变化曲线图；[0072] 图19为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟装置的框架图。具体实施方式[0073] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0074] 本申请实施例提供了一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法、装置及设备，用于解决了现有配电网线路设计布局未考虑地形风场引起配电网线路出现倒塔的技术问题。[0075] 实施例一：[0076] 图1为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法的步骤流程图。[0077] 如图1所示，本发明实施例提供了一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法包括以下步骤：[0078] S1.获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据。[0079] 需要说明的是，主要是从现有当地国土资源系统获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型。在本实施例中，某配电网区域的地形类型包括：建设用地(以下简称JS)、水田(以下简称ST)、旱地(以下简称HD)、水域(以下简称SY)、海域(以下简称HY)、灌木(以下简称GM)、森林(以下简称SL)、草地(以下简称CD)、湿地(以下简称SD)和人造地表(以下简称RZDB)这10类典型地形类型。配网供电线路的电网杆塔(群)建造所在地区简称为目标区域，目标区域的实际地形类型一般即是这10类典型地形的一种形式，或者两至多种地形的组合形式。地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速、高程相关风速等。[0080] 在本发明实施例中，主要是从气象站的天气系统中获取某配电网供电线路中目标区域的预报风速数据。[0081] S2.采用加权函数对地形参数和地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布。[0082] 需要说明的是，在步骤S2中主要是根据步骤S1得到目标区域的地形参数和地形类型采用加权函数进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布为步骤S4提供数据。[0083] S3.采用映射法对地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据。[0084] 需要说明的是，主要是根据步骤S1得到目标区域的地形类型采用映射法进行空间网格划分，得到每类地形类型的空间网格数据，为步骤S4对目标区域的风速分布预测提供数据。在本实施例中，由于六面体网格能够更加接近被模拟的风速物理。诓街鑃4的空气动力学计算中，六面体网格可以准确地模拟空气流动方向，接近实际情况，使得目标区域的风速场风速分布预测精度不仅与描述流体运动的数学模型以及使用的数值离散格式有关，而且与计算空间网格数据的质量密切相关，网格质量的好坏直接影响数值计算的精度和效率，采用映射法对地形类型进行六面体的空间网格划分提高步骤S4得到目标区域的风速分布预测数据的精确度。[0085] 图2为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型的空间网格划分图，图3为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中矩形ST区地形类型的空间网格划分图。[0086] 在本发明实施例中，该配网线路局域微地形风场分布模拟方法通过对地形类型的流场空间采用映射法进行空间网格划分，如图2和图3所示，在对地形类型进行空间网格划分过程中应该将划分网格的空间分辨率与数值气象站的天气系统中的网格空间分辨率一致，确保目标区域的风速分布预测数据的精度。[0087] S4.采用流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。[0088] 需要说明的是，主要是通过加权函数得到目标区域的组合地形风速分布，通过目标区域的地形类型风速场的空间网格数据，进行通过流动区域控制方程对目标区域的组合地形风速分布、空间网格数据和预报风速数据给出目标区域风速场的风速分布预测数据。[0089] 本发明提供的一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法，步骤包括：获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；采用加权函数对地形参数和地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；采用映射法对地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；采用流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。该配网线路局域微地形风场分布模拟方法通过对配电网目标区域的地形类型以及对应地形参数采用加权函数、映射法处理，得到组合地形风速分布和空间网格数据，结合该目标区域的预报风速数据再采用流动区域控制方程对其进行处理得到目标区域的风速分布预测数据，实现配电网供电线路考虑应用地形类型以及其对应风场因素，得到目标区域的风速情况，提高配电网线路布局的准确度，解决了现有配电网线路设计布局未考虑地形风场引起配电网线路出现倒塔的技术问题。[0090] 在本发明的一个实施例中，该配网线路局域微地形风场分布模拟方法包括：对目标区域的风速分布预测数据进行处理，得到目标区域的流场风速变化曲线。[0091] 需要说明的是，该配网线路局域微地形风场分布模拟方法通过流场风速变化曲线实现风速随配网供电线路高度变化的计曲线图，为配电线路杆塔抗风等级强度设计提供依据，提高配电线路杆塔抗风防灾能力。[0092] 在本发明的一个实施例中，采用加权函数对地形参数和地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布包括：[0093] 获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；[0094] 采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；[0095] 采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；[0096] 对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；[0097] 其中，地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速。[0098] 在本发明实施例中，权重函数为：[0099][0100] 式中，N为地形类型数量，ω(i)为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；[0101] 地面风速分布函数为：[0102][0103] 式中，V(i)为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；[0104] 组合地形风速分布V为：[0105][0106] 需要说明的是，该配网线路局域微地形风场分布模拟方法通过加权函数对每类地形类型的地形参数处理，以便对目标区域进行精确的风速、风量分布预测。在本实施例中，一般来说，山坡山峰风速等于基本风速乘以地形调整系数。其中基本风速就是进风口的入口风速，若进口风为来自远处的平行风，则风速为一个定值；若进口风考虑风剖面，则进口风速还需乘以风速高度变化系数。地形调整系数随着地形的不同而不同，地形调整系数可以根据地形设定，此处不做详细限定。山峰山顶位置的地形调整系数计算公式为：[0107][0108] 式中，α为山坡与水平面的夹角，当tanα>0.3，取tanα＝0.3；K为比例系数，若山峰K为3.2，若山坡K为1.4。其中，山脊和山坡的山顶处地形调整系数随着坡度增大而不断增大，当在坡度为0.3的山脊地形下，地形调整系数在近地面最大达到了1.9；在相同坡度下，山脊山顶处的地形调整系数比相同条件的山坡地形调整系数要大，由地形调整系数计算公式可知，随着山丘坡度增加，山顶处的地形调整系数是线性增大的，而当高度增加时则是线性减小的，当计算高度高于2.5倍山体高度时，山顶处的地形调整系数都减小到1。[0109] 在本发明的一个实施例中，采用流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据包括：采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。其中，采用粘性的Reynolds平均N?S方程作为流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理过程中采用物面边界和远场边界对目标区域的风速场进行约束，得到目标区域的风速分布预测数据。[0110] 需要说明的是，该配网线路局域微地形风场分布模拟方法主要是通过球坐标系下的雷诺平均N?S方程通过参数变换，形成笛卡尔坐标系下的标准雷诺平均N?S方程形式，以边界条件通过引入压力远。倮糜邢尢寤ǚ治隼肷⒒谋曜祭着灯骄鵑?S方程。边界条件包括物面边界和远场边界。其中，边界条件等价于网格面法向速度为0，而对于黏性流动，物面边界处理相对简单，仅要求各个速度分量在物面上均为0。目标区域的风速场远场边界应该在无限远处，但采用粘性的Reynolds平均N?S方程数值模拟定义的远场不可能无穷远，只能取一个有限远的边界作为远场来流，使得目标区域在运动时产生的扰动波不会通过远场边界反射到流场内，提高目标区域的风速分布预测数据的精确度。[0111] 图4为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中不同来流风速丘陵地形类型地表高程5m处的风速分布图，图5为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中不同来流风速ST地形类型地表高程5m处的风速分布图，图6为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中来流风速10.5m/s时地表高程10m处RZDB和丘陵风速分布面对比图，图7为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中来流风速12.31m/s时地表高程10m处RZDB和丘陵风速分布面对比图，图8为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型与RZDB地形类型随高程变化的大气湍流动能等值线图，图9为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中丘陵地形类型和RZDB地形类型随高程变化的流场截面垂直风速速度等值线图，图10为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图11为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图12为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中地表区(h不大于15m)三分量风速随高程h的变化曲线图，图13为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中HD地形类型和RZDB地形类型h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图14为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中HD地形类型和RZDB地形类型h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图15为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中地表区(h不大于20m)三分量风速随高程h的变化曲线图，图16为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中SY、HY、SD地形类型h不大于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图17为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中SY、HY、SD地形类型h不小于15m时风速值随高程h的变化曲线图，图18为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法中水面区(h不大于20m)三分量风速随高程h的变化曲线图。[0112] 在本发明的实施例中，某配电网区域除去城市建筑区域，配电杆塔选址多以丘陵、ST、SL、SY、HY、RZDB等组合地形为主，通过该配网线路局域微地形风场分布模拟方法得到不同来流风速地表高程5m处的丘陵地形类型和ST地形类型的风速分布，如图4和图5可知，随着来流风速的增加，丘陵地形类型和ST地形类型地表高程5m处风速值呈增加趋势；丘陵地形类型中，随海拔高度的增高相同距地高度处风速值随之增加，且在坡顶处达到风速极大值；ST地形类型中，当风速不大于8m/s时，随着地表面起伏相同距地高度处风速值变化不大，当风速不小于12m/s时，相同距地高度处地面高点位置风速值明显大于地面低凹位置风速值。如图6和图7可知，在丘陵地形类型中，随着海拔高度的增高风速呈增加趋势；在坡底和坡面区域风速值小于同高度RZDB地形类型风速值；在坡顶区域，风速达到极大值，大于同高度RZDB地形类型的风速值。如图8可知，对于丘陵地形类型，在模拟来流风速条件下，大气湍流动能随着高程的增加呈先增加再减小的趋势；对于RZDB地形类型，大气湍流动能随着高程的增加呈减小趋势。如图9可知，对于丘陵地形类型，在接近坡顶位置处，垂直风速达到极大值，会对当地杆塔安全有影响；对于RZDB地形类型，垂直风速影响区域基本在3m～30m距地高度内。当来流风速V0＝10.5m/s时，在ST、GM、CD地形类型的流场出口切面，风速分布随高程变化关系如图10、图11所示，风向分布随高程变化关系如图12所示，对于ST、GM、CD地形类型，在地表附近(h不大于15m)风速随着高度的增加有增加的趋势，但由于地表及植被影响，风速变化随高度的斜率不同，风向改变不明显；随着高程增加，当h不小于15m时，风速趋于稳定，且风速值接近来流风速值，风向随着大气湍流的变化而改变较为明显。在HD、RZDB地形类型的流场出口切面，风速分布随高程变化关系如图13渐而图14所示，风向分布随高程变化关系如图15所示，对于HD、RZDB地形模块，在地表附近(h不大于15m)风速随着高度的增加而增加，但由于地表相对光滑，风速变化呈现出稳定状态，风向的改变不明显；随着高程增加，当h不小于15m时，风速趋于稳定，且风速值接近来流风速值，风向随着大气湍流的变化而改变较为明显。在SY、HY、SD地形类型的流场出口切面，风速分布随高程变化关系如图16和图17所示，风向分布随高程变化关系如图18所示，对于SY、HY、SD地形类型，在表面附近(h不大于15m)风速随着高度的增加而增加，但由于水面高度的变化，风速增加呈现出不稳定状态，风向改变较明显；随着高程增加，当h不小于15m时，风速在来流风速值上下振荡，且风速值接近来流风速值，风向变化较为明显。因此，ST、GM、CD地形类型区域的风速变化曲线基本接近，地表植被对近地面风速分布影响较大；HD、RZDB地形类型区域的风速变化曲线基本接近，风速变化随高程增加稳步增长直至来流风速值；SY、HY、SD地形类型区域由于气象条件的差异，风速变化呈现出不稳定性，大气湍流影响较大，风向变化剧烈，高空风速值分布在来流风速值上下振荡。[0113] 在本发明实施例中，若配电线路杆塔位于丘陵地形下的坡谷中，应考虑由狭谷效应引起风速增大；若配网供电线路杆塔位于坡顶上，则还应考虑坡顶附近的风速增大作用。通过该配网线路局域微地形风场分布模拟方法得到目标区域的风速分布预测数据为杆塔线路的安装提供数据依据，使得该杆塔线路上所承载的风荷载一般占总体的风荷载的60％以上，提高杆塔线路的使用寿命。[0114] 实施例二：[0115] 图19为本发明实施例所述的配网线路局域微地形风场分布模拟装置的框架图。[0116] 如图19所示，本发明实施例还提供一种配网线路局域微地形风场分布模拟装置，包括：数据获取模块10、第一处理模块20、第二处理模块30和预测输出模块40；[0117] 数据获取模块10，用于获取某配电网供电线路的目标区域的地形参数和地形类型以及获取该目标区域的预报风速数据；[0118] 第一处理模块20，用于采用加权函数对地形参数和地形类型进行处理，得到目标区域的组合地形风速分布；[0119] 第二处理模块30，用于采用映射法对地形类型进行空间网格划分，得到目标区域的空间网格数据；[0120] 预测输出模块40，用于采用流动区域控制方程对组合地形风速分布、预报风速数据和空间网格数据进行处理，得到目标区域的风速分布预测数据。[0121] 在本发明实施例中，第一处理模块10包括参数子模块、权重处理子模块、第一风速分布处理子模块和第二风速处理子模块；[0122] 参数子模块，用于获取目标区域的地形类型数量以及与每类地形类型对应的地形参数；[0123] 权重处理子模块，用于采用权重函数对每类地形类型的地形参数进行处理，得到与每类地形类型对应的组合地形权重；[0124] 第一风速分布处理子模块，用于采用地面风速分布函数对每类地形类型的地形参数处理，得到与每类地形类型对应的地面风速分布；[0125] 第二风速分布处理子模块，用于对每类地形类型的地面风速分布与其对应的组合地形权重相乘后求和，得到目标区域的组合地形风速分布；[0126] 其中，地形参数包括坡度、坡向、高程、坡度相关风速、坡向相关风速和高程相关风速。[0127] 在本发明实施例中，权重函数为：[0128][0129] 式中，N为地形类型数量，ω(i)为第i类地形类型的组合地形权重，As为坡度，Sl为坡向，h为高程，i为地形类型；[0130] 地面风速分布函数为：[0131][0132] 式中，V(i)为第i类地形类型的地面风速分布，k为1、2或3， 为第k个风速的地形调整系数， 为坡度相关风速、坡向相关风速或高程相关风速，1为坡度相关风速，2为坡向相关风速，3为高程相关风速；[0133] 组合地形风速分布V为：[0134][0135] 需要说明的是，实施例二装置中模块对应于实施例一方法中步骤，实施例一配网线路局域微地形风场分布模拟方法步骤的内容已在实施例一中详细阐述了，在此实施例二中不再对装置中模块的内容进行详细阐述。[0136] 实施例三：[0137] 本发明实施例提供了一种配网线路局域微地形风场分布模拟设备，包括处理器以及存储器；[0138] 存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；[0139] 处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的配网线路局域微地形风场分布模拟方法。[0140] 需要说明的是，处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种配网线路局域微地形风场分布模拟方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。[0141] 示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。[0142] 终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。[0143] 所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field?ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。[0144] 存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。[0145] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。[0146] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。[0147] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0148] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。[0149] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read?OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0150] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2022-02-10

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN114462333B