【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风电领域，具体涉及一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法。
技术介绍
1、风电机组已成为我国第三大电源，近年来发展非常迅速。风电机组载荷计算是整机设计、认证、运维等工作中必不可少的环节，准确的载荷计算结果能够确保整机可靠性、寿命满足要求。目前，国内开展载荷计算通常参考iec标准，该标准中定义了机组20年寿命周期内全部载荷工况，但机组在运行期间，由于实际运行工况可能与iec标准工况存在差异，这会使得机组实际承载性能与仿真结果相比发生变化。因此需要实时掌握机组实际运行场景下的载荷情况，为开展机组运维、延寿评估等工作提供支撑。
2、近年来，国内针对现场运行场景下风电机组载荷分析方法已开展了相关研究工作。如蔡继峰(蔡继峰，朱瑾，王丹丹等.基于湍流强度分布进行机组疲劳累积的方法研究[j].风能，2020(12):54-60)等提出了一种提出按照风速湍流强度分布进行疲劳累积的方法，并进行了仿真对比验证。许昌许继风电科技有限公司(郭敏，刘晓辉，扶麟等.一种风电机组疲劳载荷评估方法、系统及电子设备.中国专利，202210332447.3.2022-3-30.)提出了一种基于多机位扇区湍流数据分析的风电机组疲劳载荷评估方法，以及相关的系统和电子设备。目前，国内所开展研究方法主要针对湍流强度等风参数对机组载荷影响分析评估，针对风电机组在全寿命周期、全工况下的疲劳载荷实时评估技术尚属空白。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是弥补现有技术的不足，提出一种基于现场试验
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，包括如下步骤：
4、第一步，基于仿真计算方法建立机组在组合工况下的等效基准疲劳应力数据集；
5、第二步，在机组运行后，通过测风塔或机舱测风装置实时采集机组运行风速数据和状态数据，并以固定周期或不定期对现场风速数据和机组运行状态数据进行参数提取与分析；
6、第三步，进行等效基准疲劳应力循环次数累积，参考部件s-n曲线，完成部件疲劳损伤系数计算。
7、进一步地，所述第一步中，在机组运行前基于仿真计算方法建立机组在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下的等效基准疲劳应力数据集。
8、进一步地，所述的等效基准疲劳应力数据集是在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下，由机组主轴、塔架、基础的疲劳应力幅值和疲劳应力循环次数组成。
9、进一步地，所述的等效基准疲劳应力数据集建立方法是：
10、首先参考iec标准或基于运行现场年风速评估数据，建立风电机组疲劳载荷计算工况，载荷计算工况由机组平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组成；其中，机组平均风速包含从机组切入风速到切出风速的风速区间；湍流强度通过iec公式计算获取，或对年风速评估数据进行拟合与统计分析，提取风速区间内各风速点下的最大、最小湍流强度值，并建立湍流强度区间；风切变系数参考iec标准或对年风速数据进行拟合分析，按月份或季度等周期提取最大、最小值，并建立风切变系数区间；机组状态包括正常发电、电网故障、机组启动、正常关机、停机状态，可根据实际运行情况增加其他状态；
11、建立风电机组动力学模型，进行整机在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下的载荷仿真计算；载荷工况遍历风速区间、湍流强度区间、风切变系数区间、以及机组典型状态的所有组合；全部计算结束后，提取出所有工况下机组部件上的六自由度载荷时间历程，即：合成在部件参考坐标系上的三个力载荷时间历程和三个力矩载荷时间历程；
12、采用雨流计数方法分别对所有工况下机组部件六自由度载荷时间历程进行循环统计，并将循环统计结果转换成六自由度等效基准疲劳载荷及其循环次数，同一部件采用幅值相同的等效基准疲劳载荷；具体转换计算公式如下：
13、
14、式中，se为等效疲劳载荷；si为雨流计数后的载荷幅值；ni为幅值为si的载荷循环次数；m为材料s-n曲线斜率；ne为等效疲劳载荷循环次数；
15、采用有限元方法，仿真计算机组部件在等效基准疲劳载荷作用下的应力值，作为该部件的等效基准疲劳应力；建立机组部件等效基准疲劳应力数据集，包括机组部件在遍历平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态所有工况下等效基准疲劳应力值及其应力循环次数。
16、进一步地，所述的固定周期为周、月、季度、半年、年，机组运行状态数据包括机组启动、发电、故障、关机、停机，从机组scada系统中提取；对风速数据和机组运行状态数据进行参数提取与分析时，确保风速数据和运行状态数据时间一致。
17、进一步地，所述第二步包括：
18、(1)根据机组运行状态进行风速测试数据截取，当机组在正常发电状态下时，按照10分钟时间间隔对风速数据进行截取；当机组运行在其他运行状态时，根据运行状态实际持续时间及仿真时长对风速数据进行截取；
19、(2)对截取的风速段进行湍流强度、风切变系数的参数辨识提取。
20、进一步地，所述第三步包括：以机组状态-平均风速-湍流强度-风切变工况为区分进行工况作用时长或工况作用次数累积；其中，对机组正常发电状态进行工况时长累积；根据故障类型对机组故障状态进行总时长或总次数累积；对机组启动、关机、停机等状态进行工况次数累积。
21、参照部件等效基准疲劳应力数据集，将该分析周期内的工况作用时长和作用次数以等效基准疲劳应力循环次数进行累积，累积公式如下：
22、
23、式中，nt为该分析周期内等效疲劳载荷总循环次数；ti为该分析周期内工况i作用时间，单位：分钟；nei为等效基准疲劳应力数据集中工况i对应的等效基准疲劳应力循环次数；nj为工况j作用次数；nej为等效基准疲劳应力数据集中工况j对应的等效基准疲劳应力循环次数；
24、将本周期等效基准疲劳应力循环次数与已经历循环次数进行线性叠加，获得机组部件当前阶段的疲劳应力循环总次数；根据机组部件材料属性，查询参考部件s-n曲线，完成部件疲劳损伤分析评估，定义当前阶段疲劳损伤系数为：
25、
26、式中，η为机组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第一步中，在机组运行前基于仿真计算方法建立机组在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下的等效基准疲劳应力数据集。
3.按照权利要求2所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述的等效基准疲劳应力数据集是在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下，由机组主轴、塔架、基础的疲劳应力幅值和疲劳应力循环次数组成。
4.按照权利要求3所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第一步中的所述的等效基准疲劳应力数据集建立方法是：
5.按照权利要求1所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述的固定周期为周、月、季度、半年、年，机组运行状态数据包括机组启动、发电、故障、关机、停机，从机组SCADA系统中提取；对风速数
6.按照权利要求1所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第二步包括：
7.按照权利要求6所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第三步包括：以机组状态-平均风速-湍流强度-风切变工况为区分进行工况作用时长或工况作用次数累积；其中，对机组正常发电状态进行工况时长累积；根据故障类型对机组故障状态进行总时长或总次数累积；对机组启动、关机、停机等状态进行工况次数累积；
...【技术特征摘要】
1.一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第一步中，在机组运行前基于仿真计算方法建立机组在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下的等效基准疲劳应力数据集。
3.按照权利要求2所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述的等效基准疲劳应力数据集是在平均风速、湍流强度、风切变、机组发电/故障/启动/关机/停机状态组合工况下，由机组主轴、塔架、基础的疲劳应力幅值和疲劳应力循环次数组成。
4.按照权利要求3所述的一种基于现场运行数据的风电机组实时疲劳载荷评估方法，其特征在于，所述第一步中的所述的等效基准疲劳应力数据集建立方法是：
【专利技术属性】
技术研发人员：侯飞，高鹏，郭玉恒，陈志雄，朱猛，刘国睿，
申请(专利权)人：雅砻江流域水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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