CN111120219A - 确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备。所述方法包括：获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值；基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。根据所述方法及设备，能够提高估计的风力发电机组的疲劳载荷的准确性。

Description

确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备。
背景技术
国际上通用的风力发电机组设计标准对于风的湍流强度的描述，均以15m/s风速时湍流强度的期望值或特征值为标准，再用公式(例如，公式(1))计算出其它风速点的湍流强度，所有风速点的湍流强度连起来会呈现出一条光滑的曲线(如图1中所示的曲线)，因而行业内习惯称之为“标准”湍流强度曲线。在这种“标准”湍流强度曲线下，15m/s风速时湍流强度的期望值或特征值便能很好地代表整条湍流强度曲线的情况。
公式(1)示出IEC61400-1中定义湍流强度的公式，其中，i指示第i个风速段，Iref指示15m/s风速时湍流强度的期望值，Vi指示第i个风速段的风速均值，Ii指示定义的第i个风速段的湍流强度，
Ij＝Iref*(0.75*Vi+5.6)/Vi (1)
当前在风力发电机组的开发、定制化业务或寿命评估等多个应用场景下，业内出现了很多基于标准湍流强度曲线的等效疲劳载荷快速评估技术。然而，这种基于标准湍流强度曲线的等效疲劳载荷快速评估技术用于一些实际项目时，评估结果往往不够准确。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备，以解决现有技术存在的不能够准确评估风力发电机组的疲劳载荷的问题。
根据本发明的示例性实施例，提供一种确定风力发电机组的疲劳载荷的方法，所述方法包括：获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值；基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值的步骤包括：基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值；基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值的步骤包括：利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，所述传递函数通过下述方式得到：基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值；分别仿真出所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值；基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数。
可选地，所述湍流强度曲线库中的样本曲线满足以下要求：每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围；样本曲线的总数在预设数量范围内；在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量。
可选地，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值的步骤包括：根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
可选地，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值的步骤包括：基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
可选地，所述运行参数包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
可选地，所述运行参数包括风对叶轮面的推力，所述方法还包括：基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种确定风力发电机组的疲劳载荷的设备，所述设备包括：获取单元，获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值；确定单元，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，确定单元包括：湍流特征指标值计算单元，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值；载荷值计算单元，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，载荷值计算单元利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
可选地，所述设备还包括：传递函数确定单元，基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值；分别仿真出所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值；并基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值。
可选地，所述湍流强度曲线库中的样本曲线满足以下要求：每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围；样本曲线的总数在预设数量范围内；在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量。
可选地，湍流特征指标值计算单元根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
可选地，湍流特征指标值计算单元基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
可选地，所述运行参数包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
可选地，所述运行参数包括风对叶轮面的推力，湍流特征指标值计算单元还基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种确定风力发电机组的疲劳载荷的设备，所述设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。
在根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法及设备中，基于机位点在各个风速段下的实际湍流强度来确定风力发电机组的疲劳载荷，从而提高估计的疲劳载荷的准确性。进一步地，通过计算风力发电机组的湍流特征指标值来计算风力发电机组的疲劳载荷，能够提高确定疲劳载荷的速度，从而实现快速、准确地确定风力发电机组的疲劳载荷。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出“标准”湍流强度曲线的示例；
图2示出根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法的流程图；
图3示出风电场实际的湍流强度曲线的示例；
图4示出根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值的方法的流程图；
图5示出根据本发明示例性实施例的推力数据库的示意图；
图6示出根据本发明示例性实施例的获取湍流特征指标值与至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数的方法的流程图；
图7示出根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备的结构框图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图2示出根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法的流程图。
参照图2，在步骤S10，获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值。
作为示例，可将预定风速范围按预定步长划分为多个风速段，以作为所述各个风速段。例如，所述预定风速范围可为：2-20m/s，所述预定步长可为2m/s，相应地，所述各个风速段可分别为：2-4m/s、4-6m/s、6-8m/s、8-10m/s、10-12m/s、12-14m/s、14-16m/s、16-18m/s、18-20m/s。
作为示例，可先获取风力发电机组所在的机位点在各个风速值时的实际湍流强度值，再基于在各个风速值时的实际湍流强度值来统计在各个风速段下的实际湍流强度值。例如，针对某一个风速段，可对所述机位点在该风速段下的各个风速值时的实际湍流强度值进行统计(例如，取平均)，以得到所述机位点在该风速段下的实际湍流强度值。
在步骤S20，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。作为示例，所述至少一种疲劳载荷可包括风力发电机组的至少一个关键位置的疲劳载荷，例如，叶片根部、轮毂中心、偏航轴承、塔架等关键位置的疲劳载荷。
本发明考虑到在实际的风电场中，机位点处风的湍流强度并不完全符合“标准”湍流强度曲线，特别是处于复杂地形的机位点，机位点处实际的湍流强度曲线(例如，如图3中所示的曲线)往往表现得很不规则，很难用一个期望值或者特征值去表征，其中，图3中的圆点指示通过公式(1)得到的“标准”湍流强度曲线。因此，根据本发明的示例性实施例，基于机位点在各个风速段下的实际湍流强度来确定风力发电机组的疲劳载荷，从而提高估计的疲劳载荷的准确性。
可使用各种适当的方法来基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值确定风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。作为示例，可使用结合图4描述的方法来确定风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
参照图4，在步骤S201，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，所述机位点处任意一个风速段所占的风频可理解为：所述机位点处，预定时间段内，风速处于该风速段的次数占总的观测统计次数的百分比。
本发明考虑到在机位点处实际的湍流强度曲线下，湍流强度与风速之间的规律性不强，因此，根据本发明的示例性实施例，可根据机位点处的风频分布情况，对各个风速段的实际湍流强度值做加权来得到湍流特征指标值，以提高疲劳载荷的评估的准确性。
作为示例，可根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，可根据式(2)来计算风力发电机组的湍流特征指标值Iindex：
Iindex＝(Σ((Ii)mfi))1/m (2)
其中，i指示第i个风速段，fi指示所述机位点处第i个风速段所占的风频，Ii指示所述机位点处在第i个风速段下的实际湍流强度值，m指示与材料相关的Wohler指数(应力-寿命曲线指数)。例如，m可为4。
本发明考虑到风力发电机组的疲劳载荷不仅受到湍流强度的影响，还与风力发电机组自身的特性有关，例如，风力发电机组如何对不同湍流强度进行反应，对其承受的疲劳载荷有较大影响，因此，为了提高疲劳载荷的评估的准确性，根据本发明的示例性实施例，可基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，所述运行参数可包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
作为示例，当所述运行参数包括风对叶轮面的推力时，可根据式(3)来计算风力发电机组的湍流特征指标值Iindex：
Iindex＝(∑((IiFi)mfi))1/m (3)
其中，i指示第i个风速段，fi指示所述机位点处第i个风速段所占的风频，Ii指示所述机位点处在第i个风速段下的实际湍流强度值，m指示与材料相关的Wohler指数，Fi指示在第i个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
作为示例，在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值可通过下述方式来获取：基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
作为示例，针对该风力发电机组仿真得到的推力数据库可存储有：针对不同的风资源输入(即，空气密度、风剪切指数和湍流强度)仿真得到的风对该风力发电机组的叶轮面的推力值。例如，图5示出了该推力数据库的示意图。作为示例，该推力数据库对应的风资源输入的定义域可如表1所示：
表1
最小值 最大值 步长 单位
空气密度 0.7 1.4 0.05 Kg/m<sup>3</sup>
风剪切指数 0 0.4 0.02 -
湍流强度 0 1.0 0.02 -
应该理解，除了空气密度、风剪切指数和湍流强度之外，与风对叶轮面的推力相关的风资源参数也可包括其他的风资源参数。
作为示例，当所述机位点在某个风速段下的空气密度值、风剪切指数和湍流强度值在该推力数据库所对应的风资源输入的定义域之内时，可通过对该推力数据库所对应的风资源输入进行插值，来得到在该风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。当所述机位点在某个风速段下的空气密度值、风剪切指数和湍流强度值在该推力数据库所对应的风资源输入的定义域之外时，可通过外插值方法来得到在该风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
返回图4，在步骤S202，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
作为示例，可利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
可通过各种适当的方法来获取针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，作为示例，可通过结合图6描述的方法来获取所述传递函数。
参照图6，在步骤S301，基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值。换言之，分别针对湍流强度曲线库中的每条样本曲线，确定该风力发电机组在该样本曲线所对应的湍流强度情况下的湍流特征指标值。
作为示例，当在步骤S201，还基于在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值来计算风力发电机组的湍流特征指标值时，步骤S301还可包括：分别仿真出该风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下，在各个风速段下的风对叶轮面的推力值，然后再基于所述机位点处各个风速段所占的风频、仿真得到的针对每条样本曲线的在各个风速段下的风对叶轮面的推力值，来确定所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的湍流特征指标值。
作为示例，所述湍流强度曲线库中的样本曲线可满足以下要求：
(1)每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围，例如，所述预设湍流强度范围可为：0.05-0.5；
(2)样本曲线的总数在预设数量范围内；
(3)在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量，换言之，不同样本曲线间最好避免重合，样本曲线间最好有一定的间隔。
此外，作为示例，样本曲线可为非标准湍流强度曲线，也可为标准湍流强度曲线，非标准湍流强度曲线即不是以15m/s风速时湍流强度的期望值或特征值为标准得到的湍流强度曲线。作为优选示例，样本曲线可均为非标准湍流强度曲线。
作为示例，可使用各种适当的方法来构造湍流强度曲线库，例如，可将满足上述要求的机位点的实际湍流强度曲线和/或通过软件构造的虚拟湍流强度曲线作为样本曲线，来生成该湍流强度曲线库。
在步骤S302，分别仿真出该风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
在步骤S303，基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数。
可通过各种适当的方式，基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数。作为示例，A指示通过步骤S301确定的全部湍流特征指标值Iindex的矩阵，Bj指示通过步骤S302仿真出的与各条样本曲线对应的第j种疲劳载荷的载荷值的矩阵，其中，
A＝[Iindex1，Iindex2，Iindex3，...Iindex N]T，
Bj＝[Loadj1，Loadj2，Loadj3，...LoadjN]T，
其中，N指示样本曲线的总数，j为大于0小于等于M的整数，M指示所述至少一种疲劳载荷的类型总数，可对Bi和A做非线性拟合，以得到对应的拟合公式的系数矩阵Kj：[Kj0，Kj1，…Kjp]，其中，p为拟合公式的阶数，然后将针对每种疲劳载荷得到的系数矩阵Kj整理组合起来就可以得到传递函数K。
图7示出根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备的结构框图。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备包括：获取单元10和确定单元20。
具体说来，获取单元10用于获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值。
作为示例，可将预定风速范围按预定步长划分为多个风速段，以作为所述各个风速段。例如，所述预定风速范围可为：2-20m/s，所述预定步长可为2m/s，相应地，所述各个风速段可分别为：2-4m/s、4-6m/s、6-8m/s、8-10m/s、10-12m/s、12-14m/s、14-16m/s、16-18m/s、18-20m/s。
作为示例，获取单元10可先获取风力发电机组所在的机位点在各个风速值时的实际湍流强度值，再基于在各个风速值时的实际湍流强度值来统计在各个风速段下的实际湍流强度值。例如，针对某一个风速段，获取单元10可对所述机位点在该风速段下的各个风速值时的实际湍流强度值进行统计(例如，取平均)，以得到所述机位点在该风速段下的实际湍流强度值。
确定单元20用于基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。作为示例，所述至少一种疲劳载荷可包括风力发电机组的至少一个关键位置的疲劳载荷，例如，叶片根部、轮毂中心、偏航轴承、塔架等关键位置的疲劳载荷。
本发明考虑到在实际的风电场中，机位点处风的湍流强度并不完全符合“标准”湍流强度曲线，特别是处于复杂地形的机位点，机位点处实际的湍流强度曲线(例如，如图3中所示的曲线)往往表现得很不规则，很难用一个期望值或者特征值去表征。因此，根据本发明的示例性实施例，确定单元20可基于机位点在各个风速段下的实际湍流强度来确定风力发电机组的疲劳载荷，从而提高估计的疲劳载荷的准确性。
确定单元20可使用各种适当的方法来基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值确定风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
作为示例，确定单元20可包括湍流特征指标值计算单元(未示出)和载荷值计算单元(未示出)。
具体说来，湍流特征指标值计算单元用于基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，所述机位点处任意一个风速段所占的风频可理解为：所述机位点处，预定时间段内，风速处于该风速段的次数占总的观测统计次数的百分比。
本发明考虑到在机位点处实际的湍流强度曲线下，湍流强度与风速之间的规律性不强，因此，根据本发明的示例性实施例，湍流特征指标值计算单元可根据机位点处的风频分布情况，对各个风速段的实际湍流强度值做加权来得到湍流特征指标值，以提高疲劳载荷的评估的准确性。
作为示例，湍流特征指标值计算单元可根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，湍流特征指标值计算单元可根据式(2)来计算风力发电机组的湍流特征指标值Iindex。
本发明考虑到风力发电机组的疲劳载荷不仅受到湍流强度的影响，还与风力发电机组自身的特性有关，例如，风力发电机组如何对不同湍流强度进行反应，对其承受的疲劳载荷有较大影响，因此，为了提高疲劳载荷的评估的准确性，根据本发明的示例性实施例，湍流特征指标值计算单元可基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
作为示例，所述运行参数可包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
作为示例，当所述运行参数包括风对叶轮面的推力时，可根据式(3)来计算风力发电机组的湍流特征指标值Iindex。
作为示例，湍流特征指标值计算单元还可基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
作为示例，针对该风力发电机组仿真得到的推力数据库可存储有：针对不同的风资源输入(即，空气密度、风剪切指数和湍流强度)仿真得到的风对该风力发电机组的叶轮面的推力值。例如，图5示出了该推力数据库的示意图。作为示例，该推力数据库对应的风资源输入的定义域可如表1所示。
应该理解，除了空气密度、风剪切指数和湍流强度之外，与风对叶轮面的推力相关的风资源参数也可包括其他的风资源参数。
作为示例，当所述机位点在某个风速段下的空气密度值、风剪切指数和湍流强度值在该推力数据库所对应的风资源输入的定义域之内时，湍流特征指标值计算单元可通过对该推力数据库所对应的风资源输入进行插值，来得到在该风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。当所述机位点在某个风速段下的空气密度值、风剪切指数和湍流强度值在该推力数据库所对应的风资源输入的定义域之外时，湍流特征指标值计算单元可通过外插值方法来得到在该风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
载荷值计算单元用于基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
作为示例，载荷值计算单元可利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
作为示例，根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备还可包括：传递函数确定单元(未示出)。
传递函数确定单元用于获取针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数。
传递函数确定单元可通过各种适当的方法来获取针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，作为示例，传递函数确定单元可基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值；分别仿真出所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值；并基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值。
作为示例，当湍流特征指标值计算单元还基于在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值来计算风力发电机组的湍流特征指标值的情况下，传递函数确定单元还可分别仿真出该风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下，在各个风速段下的风对叶轮面的推力值，然后再基于所述机位点处各个风速段所占的风频、仿真得到的针对每条样本曲线的在各个风速段下的风对叶轮面的推力值，来确定所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的湍流特征指标值。
作为示例，所述湍流强度曲线库中的样本曲线可满足以下要求：
(1)每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围，例如，所述预设湍流强度范围可为：0.05-0.5；
(2)样本曲线的总数在预设数量范围内；
(3)在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量，换言之，不同样本曲线间最好避免重合，样本曲线间最好有一定的间隔。
此外，作为示例，样本曲线可为非标准湍流强度曲线，也可为标准湍流强度曲线，非标准湍流强度曲线即不是以15m/s风速时湍流强度的期望值或特征值为标准得到的湍流强度曲线。作为优选示例，样本曲线可均为非标准湍流强度曲线。
作为示例，可使用各种适当的方法来构造湍流强度曲线库，例如，可将满足上述要求的机位点的实际湍流强度曲线和/或通过软件构造的虚拟湍流强度曲线作为样本曲线，来生成该湍流强度曲线库。
传递函数确定单元可通过各种适当的方式，基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数。作为示例，A指示传递函数确定单元确定的全部湍流特征指标值Iindex的矩阵，Bj指示传递函数确定单元仿真出的与各条样本曲线对应的第j种疲劳载荷的载荷值的矩阵，其中，
A＝[Iindex1，Iindex2，Iindex3，...Iindex N]T，
Bj＝[Loadj1，Loadj2，Loadj3，...LoadjN]T，
其中，N指示样本曲线的总数，j为大于0小于等于M的整数，M指示所述至少一种疲劳载荷的类型总数，传递函数确定单元可对Bj和A做非线性拟合，以得到对应的拟合公式的系数矩阵Kj：[Kj0，Kj1，…Kjp]，其中，p为拟合公式的阶数，然后将针对每种疲劳载荷得到的系数矩阵Kj整理组合起来就可以得到传递函数K。
应该理解，根据本发明示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
本发明的示例性实施例提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述示例性实施例所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本发明的示例性实施例的确定风力发电机组的疲劳载荷的设备包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述示例性实施例所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (20)

1.一种确定风力发电机组的疲劳载荷的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值；
基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值的步骤包括：
基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值；
基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值的步骤包括：
利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传递函数通过下述方式得到：
基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值；
分别仿真出所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值；
基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述湍流强度曲线库中的样本曲线满足以下要求：
每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围；
样本曲线的总数在预设数量范围内；
在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值的步骤包括：
根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值的步骤包括：
基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述运行参数包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运行参数包括风对叶轮面的推力，所述方法还包括：
基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
10.一种确定风力发电机组的疲劳载荷的设备，其特征在于，所述设备包括：
获取单元，获取风力发电机组所在的机位点在各个风速段下的实际湍流强度值；
确定单元，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值，确定所述风力发电机组的至少一种疲劳载荷的载荷值。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，确定单元包括：
湍流特征指标值计算单元，基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值及所述机位点处各个风速段所占的风频，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值；
载荷值计算单元，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，载荷值计算单元利用针对所述风力发电机组的湍流特征指标值与所述至少一种疲劳载荷的载荷值之间的传递函数，基于计算得到的湍流特征指标值，计算所述风力发电机组的所述至少一种疲劳载荷的载荷值。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：
传递函数确定单元，基于所述机位点处各个风速段所占的风频，分别确定所述风力发电机组与湍流强度曲线库中的每条样本曲线对应的湍流特征指标值；分别仿真出所述风力发电机组在每条样本曲线所对应的湍流强度情况下的所述至少一种疲劳载荷的载荷值；并基于确定的全部湍流特征指标值和仿真出的全部载荷值，计算出所述传递函数，其中，样本曲线用于指示在各个风速值下的湍流强度值。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述湍流强度曲线库中的样本曲线满足以下要求：
每条样本曲线能够覆盖预设湍流强度范围；
样本曲线的总数在预设数量范围内；
在同一风速值处，相交的样本曲线的数量小于预设数量。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，湍流特征指标值计算单元根据所述机位点处各个风速段所占的风频，对获取的在各个风速段下的实际湍流强度值进行加权运算，来得到所述风力发电机组的湍流特征指标值。
16.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，湍流特征指标值计算单元基于获取的在各个风速段下的实际湍流强度值、所述机位点处各个风速段所占的风频及所述风力发电机组在各个风速段下的运行参数值，计算所述风力发电机组的湍流特征指标值。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述运行参数包括：风对叶轮面的推力和/或发电机的转速。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述运行参数包括风对叶轮面的推力，湍流特征指标值计算单元还基于所述机位点在各个风速段下的空气密度值、风剪切指数和实际湍流强度值，利用针对所述风力发电机组仿真得到的推力数据库，确定在各个风速段下风对所述风力发电机组的叶轮面的推力值。
19.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9中的任意一项所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。
20.一种确定风力发电机组的疲劳载荷的设备，其特征在于，所述设备包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至9中的任意一项所述的确定风力发电机组的疲劳载荷的方法。
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