本發(fā)明涉及架空地線損耗評估，尤其是涉及一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法。
背景技術(shù)：
1、隨著電力傳輸線路長度的增加和電壓等級的提高，架空地線損耗問題日益凸顯。架空地線作為輸電線路的重要組成部分，長期暴露在自然環(huán)境中，容易受到氣候變化、機(jī)械應(yīng)力以及電化學(xué)腐蝕等多方面因素的影響，這些因素加劇了地線的損耗問題。尤其是隨著電力需求的不斷增加，架空地線承擔(dān)著越來越大的電力負(fù)荷，導(dǎo)致電力系統(tǒng)運行中地線損耗的影響日益嚴(yán)重。隨著電壓等級的提高，地線的損耗呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢，進(jìn)而造成電力系統(tǒng)運行成本的上升。
2、由于架空傳輸線的空間位置相對于兩根地線是不對稱的，接地線上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)接地線與大地導(dǎo)電時，會產(chǎn)生環(huán)流，造成架空地線的功率損耗。架空地線的能量損耗會帶來巨大的電能浪費和經(jīng)濟(jì)損失，而且隨著電壓等級的提高，地線的損耗也會急劇增加，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運行成本上升。因此，評估架空地線能量損耗的影響因素，從而降低損耗至關(guān)重要。
3、電力系統(tǒng)中的架空地線通常用于防雷和保持電力設(shè)備的安全運行，但隨著電力需求的增加，傳輸線路的負(fù)荷也隨之增大，導(dǎo)致地線的損耗問題逐漸突出。尤其是在高壓大容量的輸電線路中，由于地線與大地之間存在的感應(yīng)作用，損耗問題愈加嚴(yán)重，造成了不小的能源浪費。除此之外，隨著電力設(shè)備的高效化和電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，如何進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測和控制地線損耗，已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中亟待解決的問題之一。
4、目前，對于架空地線損耗的研究主要集中在地線的電氣性能和電磁效應(yīng)方面，但在實際應(yīng)用中，由于環(huán)境變化和傳輸線路的復(fù)雜性，影響損耗的因素遠(yuǎn)不止這些。例如，地線的材料、結(jié)構(gòu)和安裝方式都會對損耗產(chǎn)生影響，而這些因素在傳統(tǒng)的評估方法中常常被忽視。隨著電力傳輸技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)運行環(huán)境更加復(fù)雜，傳統(tǒng)評估方法的局限性也愈加明顯。
5、傳統(tǒng)的架空地線損耗評估方法主要依賴于經(jīng)驗公式和簡化模型，如均勻電場模型或近似電流分布模型。然而，這些方法在處理復(fù)雜電磁場分布和地線特性時存在一定的局限性，導(dǎo)致評估結(jié)果存在較大誤差。
6、此外，傳統(tǒng)的評估方法計算效率低，難以滿足實際工程需求。因此，為了提高架空地線損耗評估的精度和計算效率，有必要研究一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，可以解決現(xiàn)有評估方法在計算效率、精度、復(fù)雜度以及邊界條件處理上的難題，可以實現(xiàn)計算精度與效率的平衡；特別適用于處理涉及多個區(qū)間參數(shù)的非線性及不確定性問題，為架空地線損耗評估提供了高效、精確的解決方案。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，包括以下步驟：
3、s1、使用maxwell?3d軟件構(gòu)建雙回輸電線路地線周邊電磁場分布的模擬模型，對地線安裝位置上方高度的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬；
4、s2、將模擬模型按照比例縮放，在comsol里構(gòu)建不同型式輸電塔的有限元仿真模型；
5、s3、根據(jù)s1得到的雙回輸電線路地線周邊電磁場分布數(shù)據(jù)結(jié)合網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)的要求，確定仿真初期需要細(xì)化的區(qū)域；
6、s4、識別出影響架空地線損耗的關(guān)鍵不確定性參數(shù)，使用雙變量降維方法對結(jié)構(gòu)區(qū)間有限元平衡方程進(jìn)行近似，實現(xiàn)關(guān)鍵不確定性參數(shù)的識別與降維；
7、s5、基于s4的推導(dǎo)結(jié)果，使用neumann級數(shù)近似結(jié)構(gòu)區(qū)間剛度矩陣的逆矩陣，得出區(qū)間位移響應(yīng)的顯式表達(dá)式，獲得架空地線在不同工況下的動態(tài)響應(yīng)；
8、s6、基于誤差估計公式驗證算法的有效性，并基于誤差估計結(jié)果判斷是否需要繼續(xù)細(xì)化網(wǎng)格。
9、優(yōu)選的，所述s1中，使用maxwell?3d工具箱進(jìn)行電磁場模擬。
10、優(yōu)選的，所述電磁場模擬的模擬模型以750kv傘型同塔雙回輸電塔為參考。
11、優(yōu)選的，所述s2的模型縮放比例為125:1，并在導(dǎo)線中添加50a的三相交變電流作為激勵。
12、優(yōu)選的，所述s3中，有限元仿真初期的細(xì)化區(qū)域確定為電磁場變量的梯度、導(dǎo)數(shù)變化劇烈的區(qū)域以及地線與地面接觸點、地線與其他結(jié)構(gòu)的連接點。
13、優(yōu)選的，所述s3中，四叉樹結(jié)構(gòu)的單元細(xì)分法指將未通過誤差檢驗的單元一分為四，其中局部加密產(chǎn)生的非獨立懸掛節(jié)點應(yīng)進(jìn)行特別約束。
14、優(yōu)選的，所述s4中，架空地線損耗的關(guān)鍵不確定性參數(shù)包括地線的密度、直徑、溫度系數(shù)，雙變量降維方法的計算公式為：
15、
16、其中，n為隨機(jī)變量的維數(shù)，0≤i≤n且0≤i1≤i2≤n，和表示二維響應(yīng)函數(shù)的第i1和i2個隨機(jī)變量，為區(qū)間剛度矩陣，為雙變量區(qū)間剛度矩陣，為單變量區(qū)間剛度矩陣，ac表示隨機(jī)變量的均值。
17、優(yōu)選的，所述s5中，若滿足收斂條件ρ(kc?δk)<1，使用neumann級數(shù)高效率求解不確定域內(nèi)剛度矩陣，計算公式為：
18、
19、其中，ui為區(qū)間位移響應(yīng)，kc為變量均值處的區(qū)間剛度矩陣，為節(jié)點載荷向量，δk為矩陣的線性變化量，r為neumann級數(shù)展開的階數(shù)，i∈rn×n為單位矩陣。
20、優(yōu)選的，所述s6采用相對誤差公式評估有限元計算的收斂性，若誤差不滿足技術(shù)要求，則返回s3，對誤差大的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，即增加網(wǎng)格密度。
21、優(yōu)選的，若誤差滿足要求，則結(jié)束有限元仿真計算；
22、其中相對誤差計算公式為：
23、
24、其中，εrel與εabs分別為區(qū)間位移響應(yīng)的相對誤差與絕對誤差，m為響應(yīng)階數(shù)。
25、因此，本發(fā)明采用上述一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，解決了現(xiàn)有評估方法在計算效率、精度、復(fù)雜度以及邊界條件處理上的難題，實現(xiàn)了計算精度與效率的平衡；特別適用于處理涉及多個區(qū)間參數(shù)的非線性及不確定性問題，為架空地線損耗評估提供了高效、精確的解決方案。
26、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
1.一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s1中，使用maxwell?3d工具箱進(jìn)行電磁場模擬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述電磁場模擬的模擬模型以750kv傘型同塔雙回輸電塔為參考。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s2的模型縮放比例為125:1，并在導(dǎo)線中添加50a的三相交變電流作為激勵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s3中，有限元仿真初期的細(xì)化區(qū)域確定為電磁場變量的梯度、導(dǎo)數(shù)變化劇烈的區(qū)域以及地線與地面接觸點、地線與其他結(jié)構(gòu)的連接點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s3中，四叉樹結(jié)構(gòu)的單元細(xì)分法指將未通過誤差檢驗的單元一分為四，其中局部加密產(chǎn)生的非獨立懸掛節(jié)點應(yīng)進(jìn)行特別約束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s4中，架空地線損耗的關(guān)鍵不確定性參數(shù)包括地線的密度、直徑、溫度系數(shù)，雙變量降維方法的計算公式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s5中，若滿足收斂條件ρ(kcδk)<1，使用neumann級數(shù)高效率求解不確定域內(nèi)剛度矩陣，計算公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：所述s6采用相對誤差公式評估有限元計算的收斂性，若誤差不滿足技術(shù)要求，則返回s3，對誤差大的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，即增加網(wǎng)格密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于改進(jìn)有限元算法的架空地線損耗評估方法，其特征在于：若誤差滿足要求，則結(jié)束有限元仿真計算；