(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210397013.1 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 国网陕西省电力有限公司经济技 术 研究院 地址 710065 陕西省西安市高新区科技六 路15号汇金国际大厦四楼401室 申请人 西安交通大 学 (72)发明人 张军强　陈本阳　李晓兵　王涛　 高永亮　李晓婷　邢琳　徐健鑫　 杨瑶光　贺博　祝军超　常彩霞　 郑艳红　盛飞　高若楠　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 房鑫(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种概率密度可调的风速场数值模拟方法 及系统 (57)摘要 一种概率密度可调的风速场数值模拟方法 及系统， 模拟方法包括建立实际工程中输电线路 的仿真模型； 根据静态流场模拟结果获取平均风 剖面； 结合线 性滤波法和Gurley相关性变 形公式 获取符合预期概率密度分布的脉动风速序列； 通 过获取的平均风剖面与脉动风速序列构建指定 风载荷， 对输电线路的仿真模型施加构建的指定 风载荷进行瞬态响应分析， 选取典型的杆塔响应 值， 寻找响应值的概率密度分布与输入的风速场 概率密度分布之间的联系。 本发 明可模拟更符合 气象局实测情况的风速场上下波动， 不仅仅局限 于正态分布。 利用风速的平均值、 标准差、 峰度、 偏度均可调节的优势， 可以研究气候条件复杂区 域局部非正态风速对建立建筑物造成的安全 隐 患。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 114741760 A 2022.07.12 CN 114741760 A 1.一种概 率密度可调的风速场数值模拟方法， 其特 征在于， 包括： 建立实际工程中输电线路的仿真模型； 根据静态流场模拟结果获取平均风剖面； 结合线性滤波法和Gurley相 关性变形公式获取符合预期概率密度分布的脉动风速序 列； 通过获取的平均风剖面与 脉动风速序列构建指定风载荷， 对输电线路的仿真模型施加 构建的指定风载荷进行瞬态响应分析， 选取典型 的杆塔响应值， 寻找响应值的概率密度分 布与输入的风速场概 率密度分布之间的联系。 2.根据权利要求1所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述建立实 际工程中输电线路的仿真模型包括： 对铁塔采用桁 梁架混合的建模方式； 对导线采用重力作用下坐标 更新的建模方式。 3.根据权利要求1所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述根据静 态流场模拟结果获取平均风剖面的步骤通过 下式Davenpor t指数率模型计算平均风速： 式中， 为基本风速； y为 坐标高度； α 为 地面粗糙度系数； 将气象局拍摄的地形环境 转化为等比例缩小模型； 设置好仿真的残差， 得到收敛后流场的平均风剖面。 4.根据权利要求3所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述地面粗 糙度系数α 根据A、 B、 C、 D四种不同地貌类别对应设置为0.12、 0.16、 0.2 2和0.30。 5.根据权利要求1所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述结合线 性滤波法和Gurley相关性变形公式获取符合预期概率密度分布的脉动风速序列的步骤包 括： 利用线性滤波法的AR模型 得到符合 正态分布， 均值 为0的随机序列； 根据所需的风速数据的离散程度计算其标准差， 通过多次循环的方法利用不等式筛选 得到实际标准差与目标 标准差的误差不大于 0.1的脉动风速随机序列； 选取风速数据的峰度和偏度描绘其概率密度分布的非正态性， 将指定的峰度、 偏度代 入公式把符合正态分布的脉动风速随机序列转化成概率密度分布具有可调节性的脉动风 速序列。 6.根据权利要求5所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述利用线 性滤波法的AR模型 得到的符合 正态分布， 均值 为0的脉动风速随机序列表达式如下： 对上式两边同时乘以vnT(t‑jΔt)并取期望得：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114741760 A 2式中， Ψk为自回归系数矩阵； k为时间步长的组数且小于p； j也为时间步长的组数但大 于k， Δt为时间步长， p为自回归阶数； n(t)为标准正态随机序列； L为通过对自相关矩阵RN 进行Cholesky分解得到的下三角矩阵。 7.根据权利 要求5所述概率密度可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述Gurley 相关性变形公式具体如下： 式中， Rnon为相关性变形后的互相关矩阵， Rn为相关性变形前的互相关矩阵， vnon为相关 性变形后的脉动风速序列， vn为相关性变形 前的脉动风速序列， α 、 h3和h4都为待定系数； 上式中未知的待定系数通过指定的峰度和偏度的变化进行调节： 式中的γ3表示脉动风速的偏度， γ4表示脉动风速的峰度。 8.根据权利要求1所述概率密度 可调的风速场数值模拟方法， 其特征在于， 所述对输电 线路的仿真模型施加构建的指定风载荷进行瞬态响应分析， 选取典型 的杆塔响应值， 寻找 响应值的概 率密度分布与输入的风速场概 率密度分布之间的联系包括： 绘制具有不同峰度和偏度的风速序列的概 率密度分布图并与正态分布进行比较； 选取典型的杆塔响应值， 绘制概 率密度分布图并提取响应值对应的峰度及偏度； 利用控制变量法获取风速的峰度、 偏度、 标准差分别发生变化时， 典型杆塔响应值的概 率密度分布所产生的变化趋势， 建立数 学函数上的定量联系。 9.一种概 率密度可调的风速场数值模拟系统， 其特 征在于， 包括： 仿真模型建立模块， 用于建立实际工程中输电线路的仿真模型； 平均风剖面获取模块， 用于根据静态流场模拟结果获取平均风剖面； 脉动风速序列获取模块， 用于结合线性滤波法和Gurley相关性变形公式获取符合预期 概率密度分布的脉动风速序列； 响应分析模块， 用于通过获取的平均风剖面与脉动风速序列构建指定风载荷， 对输电 线路的仿真模型施加构建的指定风载荷进行瞬态响应分析， 选取典型 的杆塔响应值， 寻找 响应值的概 率密度分布与输入的风速场概 率密度分布之间的联系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114741760 A 3