本發(fā)明涉及環(huán)境模擬，具體為一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在電力和通信行業(yè)，確保輸電線路、絕緣子等設(shè)備在冬季條件下的性能和安全性至關(guān)重要?，F(xiàn)有的覆冰試驗(yàn)方法依賴于現(xiàn)場觀測或高成本的人工氣候?qū)嶒?yàn)室，這些方法受地理位置、氣候條件和季節(jié)變化的限制，難以全年持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。人工氣候?qū)嶒?yàn)室雖提供環(huán)境控制，但其操作復(fù)雜且成本高昂，限制了廣泛應(yīng)用。尤其是在模擬特定如雨凇的覆冰環(huán)境時，現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確重現(xiàn)自然條件下的低濕度覆冰過程，這阻礙了對覆冰現(xiàn)象的深入理解和有效防治技術(shù)的開發(fā)。

2、為了克服上述限制，提出了一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，以經(jīng)濟(jì)高效的方式精確模擬和復(fù)現(xiàn)雨凇環(huán)境。雨凇架的使用不僅簡化了試驗(yàn)設(shè)置和操作過程，還允許精確控制試驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的覆冰試驗(yàn)方法存在依賴自然條件、操作復(fù)雜且成本高昂，以及如何精確模擬特定如雨凇環(huán)境的優(yōu)化問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，包括：

4、校準(zhǔn)傳感器，設(shè)定試驗(yàn)初始條件，所述試驗(yàn)初始條件包括初始溫度、濕度和風(fēng)速參數(shù)，啟動噴淋模塊預(yù)熱流程；

5、根據(jù)試驗(yàn)初始條件，確定覆冰試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)，所述試驗(yàn)參數(shù)包括目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速，固定試驗(yàn)樣品；

6、啟動噴淋模塊，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)向樣品噴灑水滴并調(diào)整噴淋水壓，模擬自然覆冰環(huán)境。

7、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述動噴淋模塊預(yù)熱流程是基于試驗(yàn)初始條件的參數(shù)對噴淋模塊進(jìn)行預(yù)熱達(dá)到試驗(yàn)初始條件。

8、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定覆冰試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)包括構(gòu)建熱交換模型、流體動力學(xué)模型和傳熱模型，基于模型輸出構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)和約束條件，采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)確定目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速。

9、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述熱交換模型表示為，

10、

11、h＝h0·(1+k1·rh+k2·v)

12、其中，表示熱交換率，h表示對流換熱系數(shù)，a表示水滴與環(huán)境接觸的表面積，tdrop表示水滴溫度，tenv表示環(huán)境溫度，h0表示基礎(chǔ)對流換熱系數(shù)，k1表示濕度影響的調(diào)整系數(shù)，k2表示風(fēng)速影響的調(diào)整系數(shù)，rh表示相對濕度，v表示風(fēng)速；

13、所述流體動力學(xué)模型表示為，

14、

15、其中，f表示風(fēng)力作用下的阻力，ρ表示空氣密度，a表示面對風(fēng)向的表面積，cd表示阻力系數(shù)，v表示風(fēng)速，k3表示湍流調(diào)整系數(shù)，turb表示湍流強(qiáng)度；

16、所述傳熱模型表示為，

17、

18、其中，表示溫度變化率，l表示水的潛熱，表示質(zhì)量變化率，m表示水滴的質(zhì)量，cp表示水的比熱容；

19、所述目標(biāo)函數(shù)表示為，

20、j＝-(α·r+β·s)

21、

22、其中，r表示覆冰速率，s表示覆冰均勻性，α,β表示權(quán)重系數(shù)，表示冰的密度，η表示比例因子。

23、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)確定目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速包括初始化種群，每個個體包含溫度、濕度和風(fēng)速三個參數(shù)的基因，初始值隨機(jī)生成且滿足約束條件；基于目標(biāo)函數(shù)j計算每個個體的適應(yīng)度；采用錦標(biāo)賽選擇法根據(jù)適應(yīng)度選擇個體進(jìn)行繁殖，通過單點(diǎn)交叉生成新個體增加遺傳多樣性，并隨機(jī)應(yīng)用變異操作在個體基因上進(jìn)行小幅調(diào)整；新一代種群通過相同的適應(yīng)度評估方法進(jìn)行評估，選擇、交叉、變異的過程持續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)或適應(yīng)度不再有顯著改進(jìn)為止；從最后一代種群中選擇適應(yīng)度最高的個體，其基因中的溫度、濕度和風(fēng)速值為目標(biāo)函數(shù)最小化時的最優(yōu)環(huán)境參數(shù)。

24、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述調(diào)整噴淋水壓包括基于溫度、濕度和風(fēng)速確定水汽凝結(jié)速率、冰晶形成速率、水滴沉積率以及水滴冷卻速度，將確定的參數(shù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型，輸出最優(yōu)噴淋水壓，將最優(yōu)噴淋水壓與當(dāng)前噴淋水壓進(jìn)行對比按照預(yù)測輸出結(jié)果調(diào)整噴淋水壓。

25、作為本發(fā)明所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述水汽凝結(jié)速率表示為，

26、cr＝lc×(es-ea)

27、

28、其中，lc表示凝結(jié)系數(shù)，es表示飽和蒸汽壓，ea表示實(shí)際蒸汽壓；

29、所述冰晶形成速率表示為，

30、

31、其中，an,bn表示基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的系數(shù)；

32、所述水滴沉積率表示為，

33、dr＝cd×v×(tenv-tdp

34、其中，cd表示沉積系數(shù)；

35、所述水滴冷卻速度表示為，

36、crd＝dc×v×(tenv-tdp

37、其中，dc表示冷卻系數(shù)。

38、本發(fā)明的另外一個目的是提供一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能通過構(gòu)建一個基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有覆冰試驗(yàn)中的地理和氣候限制、高成本和低效率問題。

39、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及噴淋模塊；校準(zhǔn)傳感器，設(shè)定試驗(yàn)初始條件，所述試驗(yàn)初始條件包括初始溫度、濕度和風(fēng)速參數(shù)，啟動噴淋模塊預(yù)熱流程；根據(jù)試驗(yàn)初始條件，確定覆冰試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)，所述試驗(yàn)參數(shù)包括目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速，固定試驗(yàn)樣品；啟動噴淋模塊，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)向樣品噴灑水滴并調(diào)整噴淋水壓，模擬自然覆冰環(huán)境。

40、一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)如上所述基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的步驟。

41、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上所述基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的步驟。

42、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法通過能夠在任何時間精確模擬雨凇環(huán)境。降低了覆冰試驗(yàn)的難度和成本，同時通過自動化控制和數(shù)據(jù)分析，提高了試驗(yàn)的精確性，支持非自然覆冰季節(jié)的測試，加速覆冰相關(guān)技術(shù)的研究。有助于提升電力線路和通訊設(shè)備在冬季惡劣氣候條件下的運(yùn)行可靠性和安全性。

技術(shù)特征：

1.一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述動噴淋模塊預(yù)熱流程是基于試驗(yàn)初始條件的參數(shù)對噴淋模塊進(jìn)行預(yù)熱達(dá)到試驗(yàn)初始條件。

3.如權(quán)利要求2所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述確定覆冰試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)包括構(gòu)建熱交換模型、流體動力學(xué)模型和傳熱模型，基于模型輸出構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)和約束條件，采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)確定目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速。

4.如權(quán)利要求3所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述熱交換模型表示為，

5.如權(quán)利要求4所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)確定目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速包括初始化種群，每個個體包含溫度、濕度和風(fēng)速三個參數(shù)的基因，初始值隨機(jī)生成且滿足約束條件；基于目標(biāo)函數(shù)j計算每個個體的適應(yīng)度；采用錦標(biāo)賽選擇法根據(jù)適應(yīng)度選擇個體進(jìn)行繁殖，通過單點(diǎn)交叉生成新個體增加遺傳多樣性，并隨機(jī)應(yīng)用變異操作在個體基因上進(jìn)行小幅調(diào)整；新一代種群通過相同的適應(yīng)度評估方法進(jìn)行評估，選擇、交叉、變異的過程持續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)或適應(yīng)度不再有顯著改進(jìn)為止；從最后一代種群中選擇適應(yīng)度最高的個體，其基因中的溫度、濕度和風(fēng)速值為目標(biāo)函數(shù)最小化時的最優(yōu)環(huán)境參數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述調(diào)整噴淋水壓包括基于溫度、濕度和風(fēng)速確定水汽凝結(jié)速率、冰晶形成速率、水滴沉積率以及水滴冷卻速度，將確定的參數(shù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型，輸出最優(yōu)噴淋水壓，將最優(yōu)噴淋水壓與當(dāng)前噴淋水壓進(jìn)行對比按照預(yù)測輸出結(jié)果調(diào)整噴淋水壓。

7.如權(quán)利要求6所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述水汽凝結(jié)速率表示為，

8.一種采用如權(quán)利要求1～7任一所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及噴淋模塊；

9.一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的步驟。

10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法及系統(tǒng)，涉及環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，包括：校準(zhǔn)傳感器，設(shè)定試驗(yàn)初始條件，所述試驗(yàn)初始條件包括初始溫度、濕度和風(fēng)速參數(shù)，啟動噴淋模塊預(yù)熱流程；根據(jù)試驗(yàn)初始條件，確定覆冰試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)，所述試驗(yàn)參數(shù)包括目標(biāo)溫度、濕度和風(fēng)速，固定試驗(yàn)樣品；啟動噴淋模塊，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)向樣品噴灑水滴并調(diào)整噴淋水壓，模擬自然覆冰環(huán)境。本發(fā)明提供的基于雨凇架覆冰試驗(yàn)平臺的覆冰實(shí)驗(yàn)方法通過能夠在任何時間精確模擬雨凇環(huán)境。降低了覆冰試驗(yàn)的難度和成本，同時通過自動化控制和數(shù)據(jù)分析，提高了試驗(yàn)的精確性，有助于提升電力線路和通訊設(shè)備在冬季惡劣氣候條件下的運(yùn)行可靠性和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊柳青,談竹奎,楊旗,曾華榮,申彧,黃歡,李欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10