风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法和设备技术

提供一种风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法和设备，所述确定方法包括：获取塔架顶部绝对位移，塔架顶部绝对位移指塔架顶部相对于塔架底部的位移；获取塔架上部相对位移，塔架上部相对位移指塔架上的预定位置处相对于轴心线的位移；根据获取的塔架顶部绝对位移和塔架上部相对位移获得塔架载荷；根据获得的塔架载荷来确定塔架上预定部件在所述预定时间段的疲劳损伤值。采用本发明专利技术示例性实施例的风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法和设备，通过实时采集的塔架顶部绝对位移和塔架上部相对位移来确定塔架上预定部件的疲劳损伤值，不依赖于风力发电机组的历史运行数据，提高了对风力发电机组塔架整体剩余寿命的预估的可靠性和准确性。

Method and equipment for determining fatigue damage of tower components of wind turbines

Method and apparatus for determining the damage fatigue of a wind turbine tower components, the determining method includes: obtaining the absolute displacement of the top of the tower, the tower at the top of the absolute displacement refers to the displacement relative to the top of the tower at the bottom of the tower; the tower gets upper relative displacement, relative displacement of the upper tower to a predetermined position relative to the displacement of tower axis line according to the top of the tower; and the upper part of the tower to get the absolute displacement relative displacement was obtained according to the load of tower; the tower tower load to determine the fatigue damage of predetermined components in the predetermined period of time value. Method and apparatus for determining the fatigue damage by wind turbine tower components exemplary embodiments of the present invention, through real-time acquisition of the top of the tower and the tower above the absolute displacement relative displacement to determine the fatigue damage of tower components of the predetermined value, history data does not depend on the wind power generator, improves the reliability and accuracy of prediction the residual fatigue life of wind turbine tower overall.

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法和设备
本专利技术总体说来涉及风力发电
，更具体地讲，涉及一种风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法和设备。
技术介绍
风力发电机组运行于极端不稳定的大气环境中，承受着随机交变载荷，风力发电机组的安全稳定运行一直是行业内的重点研究课题。随着风电装机容量的持续提升，针对风力发电机组的状态监测、健康诊断、寿命评估的研究越来越多，已然是一个热点研究方向。针对风力发电机组塔架，通常是长期采集塔架振动加速度信号，基于统计方法构建寿命预测模型来完成塔架的状态监测和寿命预测。除此之外，还可采用应变片直接测量塔架应变，推算塔架载荷，用于评估塔架的疲劳损伤和剩余寿命。现有的针对塔架的状态监测和寿命预测技术严重依赖于风力发电机组历史运行数据，基于统计方法构建寿命预测模型，没有考虑塔架本身的特性。这类方法的精度有限，尤其是早期阶段，有可能因为缺乏历史数据而无法预测寿命。采用应变片测量塔架应变和载荷的方式，受限于应变片的寿命和可靠性，难以实现长时间监测。应变片的寿命一般为3～5年，其测量精度与应变片的安装工艺、环境温度变化、标定等相关，实践表明这种基于应变片的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法，其特征在于，包括：获取预定时间段内的多个不同时间点的塔架顶部绝对位移，所述塔架顶部绝对位移指塔架顶部相对于塔架底部的位移；获取所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移，所述塔架上部相对位移指塔架上的预定位置处相对于轴心线的位移；根据获取的塔架顶部绝对位移和塔架上部相对位移获得所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷；根据获得的塔架载荷来确定塔架上预定部件在所述预定时间段的疲劳损伤值。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组塔架部件的疲劳损伤的确定方法，其特征在于，包括：获取预定时间段内的多个不同时间点的塔架顶部绝对位移，所述塔架顶部绝对位移指塔架顶部相对于塔架底部的位移；获取所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移，所述塔架上部相对位移指塔架上的预定位置处相对于轴心线的位移；根据获取的塔架顶部绝对位移和塔架上部相对位移获得所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷；根据获得的塔架载荷来确定塔架上预定部件在所述预定时间段的疲劳损伤值。2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述预定位置包括预定数量的位置，所述多个不同时间点中任一时间点的塔架上部相对位移包括所述预定数量的位置处分别相对于轴心线的位移。3.如权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：建立风力发电机组的有限元模型；基于建立的风力发电机组的有限元模型选取所述预定数量的模态频率对应的模态振型；针对每个模态振型，确定出在所述模态振型下塔架上振动变形最大的节点所在的位置，将在所述模态振型下塔架上振动变形最大的节点所在的位置作为塔架上的所述预定数量的位置中的一个。4.如权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：基于风力发电机组的实测数据对建立的风力发电机组的有限元模型进行修正，以基于修正后的风力发电机组的有限元模型选取所述预定数量的模态阶次对应的模态振型。5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，根据获取的塔架顶部绝对位移和塔架上部相对位移获得所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的步骤包括：根据所述多个不同时间点的塔架顶部绝对位移确定所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的静态部分；根据所述多个不同时间点的塔架上部相对位移确定所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的动态部分；将所述多个不同时间点中的任一时间点的塔架载荷的静态部分和动态部分相加，相加的和作为所述任一时间点的的塔架载荷。6.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，根据所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架顶部绝对位移确定所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的静态部分的步骤包括：将所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架顶部绝对位移变换到频域，获得塔架顶部绝对位移的频域值；通过低通滤波器对塔架顶部绝对位移的频域值进行滤波，获得滤波后的塔架顶部绝对位移的频域值；将滤波后的塔架顶部绝对位移的频域值变换到时域，获得滤波后的塔架顶部绝对位移的时域值；利用滤波后的塔架顶部绝对位移的时域值来确定所述多个不同时间点的塔架载荷的静态部分。7.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述塔架载荷的静态部分包括所有待求塔架截面的第一弯矩，其中，根据所述多个不同时间点中任一时间点的塔架顶部绝对位移确定所述任一时间点的所有待求塔架截面中的任一截面的第一弯矩的步骤包括：基于塔架顶部绝对位移与塔架所述任一截面的弯矩之间预设的对应关系，确定与所述任一时间点的塔架顶部绝对位移对应的塔架所述任一截面的弯矩，将确定的塔架所述任一截面的弯矩作为所述任一时间点的所述任一截面的第一弯矩。8.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，根据所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移确定所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的动态部分的步骤包括：将所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移变换到频域，获得塔架上部相对位移的频域值；通过带通滤波器对塔架上部相对位移的频域值进行滤波，获得滤波后的塔架上部相对位移的频域值；根据滤波后的塔架上部相对位移的频域值来确定所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架载荷的动态部分。9.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述塔架载荷的动态部分包括所有待求塔架截面的第二弯矩，其中，根据所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移确定所述多个不同时间点中任一时间点的所有待求塔架截面中的任一截面的第二弯矩的步骤包括：基于所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移确定所述任一时间点的塔架所述任一截面的转角和所述任一截面的相邻截面的转角；基于塔架所述任一截面的转角、所述相邻截面的转角、塔架的材料弹性模量、所述任一截面的惯性矩、所述任一截面与所述相邻截面之间的距离得到所述任一时间点的塔架所述任一截面的第二弯矩。10.如权利要求9所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：基于风力发电机组的有限元模型获得第一频响函数矩阵和第二频响函数矩阵；基于所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移和第一频响函数矩阵获得频域激励力矩阵；基于频域激励力矩阵和第二频响函数矩阵获得所有待求塔架截面的转角的频谱；将获得的所述频谱变换到时域，获得所述预定时间段内的所述多个不同时间点的所有待求塔架截面的转角。11.如权利要求10所述的确定方法，其特征在于，所述塔架上部相对位移包括所述预定位置包括的预定数量的位置处分别相对于轴心线的位移，其中，基于所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架上部相对位移和第一频响函数矩阵获得频域激励力矩阵的步骤包括：将所述预定时间段内的所述多个不同时间点的所述预定数量的位置处分别相对于轴心线的位移变换到频域，获得所述预定数量的位置处分别相对于轴心线的位移的频域值；由所述预定数量的位置处分别相对于轴心线的位移的频域值构成相对位移矩阵；基于构成的相对位移矩阵和第一频响函数矩阵获得频域激励力矩阵。12.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述塔架载荷包括所有待求塔架截面的载荷，其中，根据获得的塔架载荷来确定塔架上预定部件在所述预定时间段的疲劳损伤值的步骤包括：确定所述预定部件所在的塔架截面；将确定的所述预定时间段内的所述多个不同时间点的塔架截面的载荷施加到所述预定部件以计算所述预定部件在所述预定时间段的疲劳损伤值。13.如权利要求12所述的确定方法，其特征在于，所述预定部件包括多个部件，所述多个部件包括塔架螺栓、焊缝、门洞、法兰的任意组合，其中，所述确定方法还包括：根据所述多个部件的疲劳损伤值分别确定所述多个部件的剩余寿...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭超，张志弘，刘朝丰，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11