一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法与流程

1.本发明涉及风电场建设技术领域，特别涉及一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法。


背景技术：

2.风电场主要由风机、变电站以及场内集电线路组成，风机和变电站一般采用一机一变的接线形式，通过场内集电线路连接对应的风机和变电站，为了保证发电的质量以及电能的正常输送，风电场对其场内集电线路的路径要求较高，路径的选择要尽量短，并且线路之间要避免交叉，而由于地形、场内障碍物等的存在，若直接进行布线会导致部分线路交叉，为此，在风电场中会通过设置大跨越架实现线路之间、线路与主线之间的跨越以避免交叉。
3.目前的风电场建设中，基本都是考量现有的障碍、建筑物等对跨越架上的集电线路高度进行选择，并未考虑在长期的使用中可能发生的跨越塔上拔和下陷情况，若在建设风电场时集电线路与上下障碍物之间的距离过短，跨越塔在发生上拔或下陷时会使集电线路与障碍物接触，导致电能无法进行输送。


技术实现要素：

4.鉴以此，本发明提出一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法，对跨越塔基础安装的土壤进行数据采集，获取跨越塔上拔和下陷概率，并以此获得集电线路的安装高度，保证电能的正常输送。
5.本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法，包括以下步骤：
7.步骤s1、采集跨越塔安装位置的土壤含水率数据以及土壤孔隙率数据；
8.步骤s2、构建跨越塔的上拔及下陷模型；
9.步骤s3、将土壤含水率数据、土壤孔隙率数据输入到上拔及下陷模型中，获取上拔阈值以及下陷阈值；
10.步骤s4、获取两跨越塔之间的障碍物；
11.步骤s5、根据障碍物、上拔阈值以及下陷阈值获得集电线路安装高度。
12.优选的，所述步骤s1采集跨越塔安装位置的土壤含水率的具体步骤包括：
13.步骤s11、将电极插入到跨越塔安装位置的土壤中；
14.步骤s12、采集电极所在回路的电流数据；
15.步骤s13、根据电流数据获取土壤电阻率；
16.步骤s14、根据土壤电阻率获取土壤含水率数据；
17.优选的，所述步骤s11中的电极数量为两个，在执行完步骤s11-步骤s14后，改变两个电极的位置，并重复执行步骤s11-步骤s14，最终计算所有的土壤含水率数据的均值。
18.优选的，所述步骤s1采集跨越架安装位置的土壤孔隙率数据的具体步骤包括：
19.步骤s15、将表面覆盖有压力传感器的受力杆插入到跨越架安装位置的土壤中，并使受力杆呈环形分布；
20.步骤s16、控制钻杆从受力杆形成的环形中心钻入到土壤中；
21.步骤s17、压力传感器采集钻杆钻入土壤前后所受到的土壤压力差值；
22.步骤s18、根据土壤压力差值获取土壤孔隙率数据。
23.优选的，所述步骤s16的钻杆外侧设置有圆形挡板，所述圆形挡板位于地面上，所述钻杆穿过圆形挡板钻入到土壤中。
24.优选的，所述步骤s2的具体步骤包括：
25.步骤s21、获取跨越塔历史上拔、下陷数据，所述历史上拔数据包括上拔高度以及与其对应的土壤含水率和土壤孔隙率，所述历史下陷数据包括下陷伸深度以及与其对应的土壤含水率和土壤孔隙率；
26.步骤s22、将历史上拔、下陷数据分成训练集以及测试集；
27.步骤s23、构建双输入双输出神经网络，输入训练集到双输入双输出神经网络中进行训练，并通过测试集测试双输入双输出神经网络的精度；
28.步骤s24、在精度符合预设的需求后获得训练完成的上拔及下陷模型。
29.优选的，所述步骤s3的具体步骤为：将采集的土壤含水率数据和土壤孔隙率数据作为上拔及下陷模型的输入，由上拔及下陷模型进行处理后获得上拔高度以及下陷深度，将上拔高度和下陷深度分别作为上拔阈值以及下陷阈值输出。
30.优选的，所述步骤s4的障碍物包括地面障碍物以及空中障碍物，所述地面障碍物包括道路、村庄以及桥梁，所述空中障碍物包括输电线路。
31.优选的，所述步骤s5的具体步骤包括：
32.步骤s51、判断障碍物为地面障碍物或空中障碍物；
33.步骤s52、当障碍物为地面障碍物时，集电线路的安装高度为标准高度与下陷阈值的和；
34.步骤s53、当障碍物为空中障碍物时，若集电线路位于空中障碍物上方，集电线路与空中障碍物的距离大于下陷阈值，若集电线路位于空中障碍物下方，集电线路与空中障碍物的距离大于上拔阈值。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.本发明提供了一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法，在已建设的风电场中，获取跨越塔的安装位置，然后采集跨越塔安装位置的土壤含水率数据以及土壤孔隙率数据，将采集的数据输入到构建的上拔及下陷模型中，可以获得跨越塔的上拔阈值和下陷阈值，然后根据上拔阈值、下陷阈值以及待安装区域的障碍物可以确定集电线路的安装高度，从而可以防止在长期使用中跨越塔发生上拔或下陷时导致集电线路与障碍物碰触而引发的停电事故，保证电能的正常输送。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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优选实施例，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
他的附图。
38.图1为本发明的一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法的流程图；
39.图2为本发明的一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法采集土壤孔隙率数据的结构示意图；
40.图中，1为压力传感器，2为受力杆，3为钻杆，4为圆形挡板，5为承载板，6为旋转电机，7为电动伸缩杆。
具体实施方式
41.为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
42.参见图1至图2，本发明提供的一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法，包括以下步骤：
43.步骤s1、采集跨越塔安装位置的土壤含水率数据以及土壤孔隙率数据；
44.步骤s2、构建跨越塔的上拔及下陷模型；
45.步骤s3、将土壤含水率数据、土壤孔隙率数据输入到上拔及下陷模型中，获取上拔阈值以及下陷阈值；
46.步骤s4、获取两跨越塔之间的障碍物；
47.步骤s5、根据障碍物、上拔阈值以及下陷阈值获得集电线路安装高度。
48.本发明的一种用于风电场跨越塔的集电线路高度选择方法，用于对风电场中的集电线路进行高度的选择，防止集电线路与其他线路以及场区内障碍物发生交叉，保证电能的正常输送，对于集电线路高度的选择而言，本发明与传统的通过人工经验决定高度相比，通过数据的采集、建模以及分析可以准确的获取集电线路的安装高度，从而避免交叉事故的发生，同时本发明考虑了跨越塔在长期使用中会发生的上拔以及下陷事故，以此作为集电线路安装高度的选择，即使跨越塔在使用中发生上拔或下陷也不会出现集电线路与其他线路或障碍物接触的情况，为集电线路提供一个安全保护区。
49.在进行集电线路的高度选择时，首先获取风电场中的跨越塔的安装位置，然后对每个跨越塔的安装位置的土壤含水率数据和土壤孔隙率数据进行采集，并构建跨越塔的上拔及下陷模型，上拔及下陷模型的输入为土壤含水率数据以及土壤孔隙率数据，输出为上拔阈值以及下陷阈值，最终根据上拔阈值、下陷阈值以及跨越塔之间的障碍物可以获取集电线路的安装高度，以此来对集电线路进行安装，可以避免集电线路与其他线路、固定障碍物之间的交叉，保证电能的正常输送。
50.选择土壤含水率以及土壤孔隙率的原因为：冬季温度较低时，土壤中水分冻结，使土壤膨胀，若土壤孔隙率较低，则冻土向上凸起的程度就会越高，即上拔的高度与土壤含水率以及土壤孔隙率均相关，而土壤含水率的多少还与土壤下陷相关，含水率较高越容易下陷，另外土壤孔隙率也会影响到下陷的深度，土壤孔隙率较低说明土壤颗粒之间空间较大，下陷发生的可能性以及深度就越大。
51.优选的，所述步骤s1采集跨越塔安装位置的土壤含水率的具体步骤包括：
52.步骤s11、将电极插入到跨越塔安装位置的土壤中；
53.步骤s12、采集电极所在回路的电流数据；
54.步骤s13、根据电流数据获取土壤电阻率；
55.步骤s14、根据土壤电阻率获取土壤含水率数据；
56.优选的，所述步骤s11中的电极数量为两个，在执行完步骤s11-步骤s14后，改变两个电极的位置，并重复执行步骤s11-步骤s14，最终计算所有的土壤含水率数据的均值。
57.采集土壤含水率时，采用电阻率测量的方式进行间接的数据采集，向跨越塔安装位置的土壤中插入两个电极，然后向电极通电，采集电极所在回路的电流数据，以此可以得到土壤电阻率，然后根据已有的研究中不同类型土壤在不同环境和经纬度下的电阻率与含水率的关系来获得土壤含水率。
58.另外的，为了保证数据采集的准确性，将电极插入到不同的位置以进行多次数据采集，最终取均值以获得土壤含水率数据。
59.优选的，所述步骤s1采集跨越架安装位置的土壤孔隙率数据的具体步骤包括：
60.步骤s15、将表面覆盖有压力传感器1的受力杆2插入到跨越架安装位置的土壤中，并使受力杆2呈环形分布；
61.步骤s16、控制钻杆3从受力杆2形成的环形中心钻入到土壤中，钻杆3外侧设置有圆形挡板4，所述圆形挡板4位于地面上，所述钻杆3穿过圆形挡板4钻入到土壤中；
62.步骤s17、压力传感器1采集钻杆3钻入土壤前后所受到的土壤压力差值；
63.步骤s18、根据土壤压力差值获取土壤孔隙率数据。
64.本发明的土壤孔隙率的采集采用压力检测的方式，首先在跨越塔安装位置的土壤中埋设若干根受力杆2，受力杆2的表面覆盖有压力传感器1，同时使受力杆2呈环形分布，受力杆2安装完毕后，获取此时压力传感器1所受的土壤压力数据，然后控制钻杆3钻入到土壤中，钻杆3所处的位置位于受力杆2的中心，钻杆3在钻入到土壤中时，土壤会向周围挤压，从而压力传感器1所采集的压力数据不断发生改变，当钻杆3结束工作后，压力传感器1获取此时土壤压力数据，并与初始压力数据进行比较，从而获得压力差，根据压力差以及土壤类型可以获得土壤孔隙率数据。
65.在钻杆3钻入土壤的整个过程中，圆形挡板4始终位于地面之上，可以防止土壤向外部溢出，保证钻孔的过程中土壤是向四周扩散的，而钻土的过程主要由旋转电机6和电动伸缩杆7来进行驱动的。
66.对于如何通过压力差之计算土壤孔隙率数据而言，本发明构建了额外的模型，首先获取已知孔隙率的土壤样本，然后采用钻孔的方式获取钻土过程前后压力传感器1采集的压力数据，并以此获得压力差，将压力差和孔隙率作为神经网络的训练集进行训练，最终训练完成的神经网络可以根据土壤压力差获得对应的孔隙率。
67.优选的，所述步骤s2的具体步骤包括：
68.步骤s21、获取跨越塔历史上拔、下陷数据，所述历史上拔数据包括上拔高度以及与其对应的土壤含水率和土壤孔隙率，所述历史下陷数据包括下陷伸深度以及与其对应的土壤含水率和土壤孔隙率；
69.步骤s22、将历史上拔、下陷数据分成训练集以及测试集；
70.步骤s23、构建双输入双输出神经网络，输入训练集到双输入双输出神经网络中进行训练，并通过测试集测试双输入双输出神经网络的精度；
71.步骤s24、在精度符合预设的需求后获得训练完成的上拔及下陷模型。
72.所述步骤s3的具体步骤为：将采集的土壤含水率数据和土壤孔隙率数据作为上拔及下陷模型的输入，由上拔及下陷模型进行处理后获得上拔高度以及下陷深度，将上拔高度和下陷深度分别作为上拔阈值以及下陷阈值输出。
73.本发明的上拔及下陷模型选用双输入双输出神经网络来实现，经过训练集的训练以及测试集的测试后可以用于使用，训练完成后，将土壤含水率数据和土壤孔隙率数据作为模型的输入，双输入双输出神经网络进行处理后可以输出上拔高度和下陷深度，其中上拔高度作为上拔阈值，下陷深度则作为下陷阈值。
74.优选的，所述步骤s4的障碍物包括地面障碍物以及空中障碍物，所述地面障碍物包括道路、村庄以及桥梁，所述空中障碍物包括输电线路。
75.优选的，所述步骤s5的具体步骤包括：
76.步骤s51、判断障碍物为地面障碍物或空中障碍物；
77.步骤s52、当障碍物为地面障碍物时，集电线路的安装高度为标准高度与下陷阈值的和；
78.步骤s53、当障碍物为空中障碍物时，若集电线路位于空中障碍物上方，集电线路与空中障碍物的距离大于下陷阈值，若集电线路位于空中障碍物下方，集电线路与空中障碍物的距离大于上拔阈值。
79.在获得上拔阈值以及下陷阈值后，获取两个跨越塔之间的障碍物，障碍物包括两种，分别为地面障碍物以及空中障碍物，当需要跨越的障碍物为地面障碍物时，此时只需要考虑下陷阈值，保证跨越塔发生下陷时也不会对地面障碍物造成影响，当需要跨越的障碍物为空中障碍物例如架空线路时，此时集电线路的安装方式有两种，第一种是设置在空中障碍物的上方，此时为防止集电线路下陷与空中障碍物接触，需要使集电线路与空中障碍物的距离大于下陷阈值，第二种是设置在空中障碍物的下方，为防止集电线路上拔与空中障碍物接触，需要保证集电线路与空中障碍物之间的距离大于上拔阈值。
80.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。