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《浙江大学》 2017年
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不同地貌的风场特性及输电线路风致效应研究

段志勇  
【摘要】:近年来,随着我国特高压输电线路建设的持续推进与能源结构优化配置的加快实施,电网规模呈迅速扩大的趋势。输电线路具有导线轻柔、结构跨度大的特点,且在当前线路走廊匮乏的形势下不可避免地需要途经沿海与山区等各类复杂地形。这些微地形往往容易形成以高风速及复杂湍流为特征的风场,导致置身其中的输电线路结构可能承受超过设计水准的风荷载,造成输电线路倒塌、风偏闪络等故障,严重威胁着我国电力能源的正常输运及国民经济的稳定发展。因此,深入开展不同类型的风场特性现场实测和风洞试验研究、探讨输电线路风荷载计算参数取值和输电线路的风致响应计算,具有重要的工程意义及经济价值。本论文的研究工作具体包含以下几个方面:1.空旷平坦地形的风场特性实测研究:构建了智能化远程分布式监控系统,对空旷平坦地形下的季节强风进行了长期水平展向空间多点同步风速连续监测,由多变量经验模态分解法建立了实测风速的非平稳风速模型,研究均值平稳与非平稳随机风场的湍流强度相互关系,探讨了描述脉动风速概率密度分布的函数形式,并确定了适用于非平稳风场的纵向湍流积分尺度计算方法。2.水平风场的空间相关性及风压不均匀系数研究:基于空间多点同步风速实测资料研究了风场的空间分布对输电线路结构风荷载及风致效应计算的影响。以风向角、空间间距和平均风速为物理变量探究了其对脉动风速水平空间相关性的影响,并建立了可比拟涡旋尺度空间范围内的水平空间相关函数模型;基于数值有限元法研究了水平空间相关性对长悬臂输电塔风致扭转效应的影响;采用多变量经验模态分解法建立了非均匀非平稳风速模型,以平均风速幅值和空间间距为物理变量探究了非平稳非均匀风场下风压不均匀系数与档距折减系数的取值方法,并与现有模型进行了对比。3.山区微地形下的风场特征风洞试验研究:基于风洞试验设计制作了三维陡坡型山体和峡谷地形山体试验模型,通过风洞试验流场调试,建立了与空旷平坦地形流场特性吻合的初始流场,测得了典型位置的三维风速时程,将试验测得的顺风向和竖向风速剖面与数值仿真结果进行了相互验证。在此基础上,研究了三维陡坡型山体与峡谷山体典型位置的基本湍流特征,包括湍流强度、风速功率谱密度、空间相干性等,并与空旷平坦地形的流场特性进行了对比。4.沿海台风风场演化谱及输电塔风致响应演化谱研究:以自相关非平稳随机风场的能谱为研究对象,采用Wigner-Ville法、短时傅里叶变换法、小波变换法、基于经典风谱模型法等计算方法研究了风场的演化功率谱密度,对比了各类方法在计算台风演化谱的优缺点;在此基础上,建立输电塔在非平稳随机风场激励下的响应演化谱频域算法,与数值有限元法得到的响应演化谱相互对比。5.风速风向的联合分布函数建模:基于最大熵原理提出了风速风向联合概率密度函数建模方法;分别以平坦地形实测风速风向资料及我国某地的月极值风速风向数据为例,例证了联合分布模型建模方法的合理性与有效性;并将联合概率密度模型分别应用于计算输电线路风偏发生率及考虑风向的基本风速确定,论证了本模型的实用性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU312.1;TM75

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