CN115983054A - 一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法及终端机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法及终端机，涉及风力发电机组偏航系统评估选型、载荷计算后处理领域，本发明在风力发电机组设计阶段进行载荷计算，并提取所需载荷大小、时间序列；给定偏航轴承参数、偏航电机参数及数量、偏航夹钳参数及数量；对载荷时间序列进行后处理，并结合上述参数计算偏航夹钳和电磁制动器制动力矩；根据处理后的数据构建函数；将力矩序列中参数输入函数，计算偏航系统基本制动能力和最大制动能力；设定偏航制动能力阈值，结合多个参数综合评估偏航系统基本能力。载荷处理方法简单有效，数学函数构建合理；提高了偏航系统基本能力评估的准确性和风力发电机组的安全性。

Description

一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法及终端机

技术领域

本发明涉及风力发电机组偏航系统评估选型、载荷计算后处理领域，尤其涉及一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法及终端机。

背景技术

随着风电行业发展迅速，风力发电机组成本持续压降，如何迅速、准确的进行初期设计及选型匹配，是风电行业尤其是整机厂商的关键需求。偏航系统作为风电机组的核心部件之一，由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器等多个部件组成，其设计选型、运行状态、可靠程度等因素直接影响着机组发电量和安全性能。

目前偏航系统基本能力评估主要是针对偏航驱动能力和偏航制动能力进行评估。这种评估方式适用性较差、准确性不足、一体化程度较低。

发明内容

本发明提供一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，方法通过灵活给定偏航夹钳不同阈值和制动概率阈值，提出偏航轴承载荷后处理方法拟定力矩概率函数来解决上述问题。本发明逻辑简单、易于实现、适用性较广，以较低的成本提高偏航系统评估的效率和准确性。

风力发电机组的能力评估及载荷处理方法包括：

步骤1、在Bladed风电仿真模块中搭建计算模型，计算各工况载荷；

步骤2、给定偏航轴承参数、偏航夹钳参数及数量、偏航电机参数以及数量；

步骤3、通过Bladed风电仿真模块读取偏航轴承最大倾覆力矩及同时刻、，结合步骤2中偏航轴承参数计算偏航轴承摩擦力矩和电磁制动器制动力矩；

步骤4、通过Bladed风电仿真模块进行概率密度处理，提取偏航轴承的载荷-概率序列{,}；

步骤5、基于偏航夹钳制动力矩、偏航夹钳个数和偏航轴承摩擦力矩，分别计算不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}，i=1,2,3…；

步骤6、遍寻载荷序列{}中与不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}最接近的值，输出数列{}和此数列中数值对应的概率{};

步骤7、遍寻载荷序列{}中与数列{}最接近的值，并且满足，输出数列{}和此数列中数值对应的概率{}；

步骤8、对数列{}、概率{}、数列{}和概率{}进行线性回归拟合，得到关于力矩和概率的函数；其中变量代表力矩，变量代表概率；

步骤9、将步骤5中的制动力矩{}分别输入至函数，得到所有制动力矩对应的概率{Bpi}；读取最大制动力矩及其对应的概率；

步骤10、输入偏航夹钳制动压力比的阈值X，得到满足阈值要求的制动力矩；读取制动力矩和其对应的概率；其中X∈[0.1]；

步骤11、设定概率阈值Y，判断是否同时满足0.9、0.9和三个条件；若同时满足，执行步骤12；

步骤12、输出偏航电机额定驱动力矩、偏航夹钳最大制动力矩和偏航电机最大驱动力矩；偏航轴承载荷、偏航驱动选型、偏航制动选型满足匹配要求，偏航系统基本能力评估完成。

进一步需要说明的是，步骤4中，其中{}为从小到大排列的载荷序列，{}为载荷对应发生的概率序列。

进一步需要说明的是，步骤5中，,其中为偏航夹钳压力比,∈[0,1]。

进一步需要说明的是，步骤10中输入的偏航夹钳制动压力比的阈值X基于用户设定；

阈值X与偏航电机驱动能力成反比。

进一步需要说明的是，步骤11中，若未同时满足0.9、0.9和三个条件，则执行步骤1重新进行Bladed风电仿真模块搭建和载荷计算。

进一步需要说明的是，步骤2中还给定偏航轴承齿数、偏航齿轮箱输出齿、偏航齿轮箱速比、偏航电机额定力矩、偏航电机最大转矩倍数、偏航电机最大力矩、偏航电机个数、偏航齿轮箱传动效率、单个偏航夹钳制动力矩、主动偏航时偏航夹钳压力比、偏航夹钳个数、偏航轴承滚道直径、偏航轴承摩擦系数以及偏航轴承启动摩擦力矩。

进一步需要说明的是，步骤5中，给定偏航夹钳制动压力比值初始比为20%，每5%设定一个比值，直到100%。

进一步需要说明的是，步骤1中，依照IEC/GH标准计算各极限和疲劳工况载荷。

进一步需要说明的是，显示偏航系统基本能力评估过程信息及评估结果信息。

本发明还提供一种终端机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现风力发电机组的能力评估及载荷处理方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明涉及的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，可以在风力发电机组设计阶段进行载荷计算，并提取所需载荷大小、时间序列；给定偏航轴承参数、偏航电机参数及数量、偏航夹钳参数及数量；对载荷时间序列进行后处理，并结合上述参数计算偏航夹钳和电磁制动器制动力矩；根据处理后的数据构建函数；将力矩序列中参数输入函数，计算偏航系统基本制动能力和最大制动能力；设定偏航制动能力阈值，结合多个参数综合评估偏航系统基本能力。本发明方法使得载荷处理方法简单有效，数学函数构建合理；提高了偏航系统基本能力评估的准确性和风力发电机组的安全性；同时本发明可灵活评估不同阈值对应的偏航系统基本能力，适用范围较广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为风力发电机组的能力评估及载荷处理方法流程图；

图2为风力发电机组的能力评估及载荷处理方法实施例流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，本发明的方法在Bladed风电仿真模块中搭建计算模型。当然本发明的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法还可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。其中，人工智能(Artificial Intelligence ,AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。

如图1示出了本发明的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法的较佳实施例的流程图。风力发电机组的能力评估及载荷处理方法应用于一个或者多个终端机中，所述终端机是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(Application SpecificIntegratedCircuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、数字处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、嵌入式设备等。

终端机可以是任何一种可与用户进行人机交互的电子产品，例如，个人计算机、平板电脑、智能手机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)、交互式网络电视(InternetProtocolTelevision，IPTV)等。

终端机还可以包括网络设备和/或用户设备。其中，所述网络设备包括，但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算(CloudComputing)的由大量主机或网络服务器构成的云。

终端机所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork，VPN)等。

下面将结合图1至图2来详细阐述本发明的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，方法通过灵活给定偏航夹钳不同阈值和制动概率阈值，提出偏航轴承载荷后处理方法拟定力矩概率函数优化偏航驱动能力和偏航制动能力评估适用性较差、准确性不足、一体化程度较低的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，例如可以采用机器学习方法、深度学习方法等生成风力发电机组的能力评估及载荷处理方法。本发明提供一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述，所述实施例为某5MW风力发电机组，风轮直径185m。

本实施例的具体实施步骤如下：

1、在Bladed风电仿真模块中搭建计算模型，依照IEC/GH标准计算各极限和疲劳工况载荷。

2、给定偏航轴承齿数、偏航齿轮箱输出齿、偏航齿轮箱速比、偏航电机额定力矩、偏航电机最大转矩倍数、偏航电机最大力矩、偏航电机个数、偏航齿轮箱传动效率、单个偏航夹钳制动力矩、主动偏航时偏航夹钳压力比、偏航夹钳个数、偏航轴承滚道直径、偏航轴承摩擦系数、偏航轴承启动摩擦力矩。本实施例中力矩单位均为kNm。

3、通过Bladed风电仿真模块读取偏航轴承最大倾覆力矩及同时刻、，结合偏航轴承参数计算偏航轴承摩擦力矩和电磁制动器制动力矩。

4、通过Bladed风电仿真模块进行概率密度处理，提取偏航轴承的载荷-概率序列{,};其中{}为从小到大排列的载荷序列，{}为载荷对应发生的概率序列。

5、根据偏航夹钳制动力矩、偏航夹钳个数、偏航轴承摩擦力矩，分别计算不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}，。本发明给定偏航夹钳制动压力比值初始比为20%，每5%设定一个比值，直到100%，共17个,因此设定i=1,2,3…17。

，其中为偏航夹钳压力比。

=20%,25%,30%...100%。为单个偏航夹钳制动力矩。为偏航夹钳数量，本发明给定数量为10。得到表1所示参数：

表1力矩和压力比状态信息表

。

6、遍寻载荷序列{}中与不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}最接近的值，且。输出数列{}和此数列中数值对应的概率{}，得到表2所示参数：

表2力矩和数列中数值对应的概率信息表

。

7、遍寻载荷序列{}中与数列{}最接近的值，并且满足，输出数列{}和此数列中数值对应的概率{}，得到表3所示参数：

表3力矩和数列中数值对应的概率信息表

。

8、对表2中的参数和表3中的参数进行线性回归拟合，得到关于力矩和概率的函数;其中变量 m代表力矩，变量 p代表概率。

9、将步骤5中的制动力矩{}分别输入至函数，计算可得所有制动力矩对应的概率{}，得到表4如下所示。读取最大制动力矩及其对应的概率。

表4力矩及其对应的概率信息表

。

10、输入偏航夹钳建压过程制动压力阈值X，本发明给定X=22%，得到满足该阈值对应的制动力矩为。读取表4中力矩对应的概率或将力矩输入函数，即可得到阈值X对应的制动力矩和承受外载权重。

11、设定概率阈值Y，本发明给定Y=0.9。执行判断是否同时满足0.9、0.9和三个条件。若同时满足，执行步骤12。若未同时满足，执行步骤1重新进行Bladed风电仿真模块搭建和载荷计算。执行步骤2重新进行偏航系统的选型。

12、输出偏航电机额定驱动力矩、偏航夹钳最大制动力矩、电磁制动器制动力矩。偏航轴承载荷、偏航电机选型、偏航夹钳选型满足匹配要求，偏航系统基本能力评估完成。

这样，本发明涉及的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，可以在风力发电机组设计阶段进行载荷计算，并提取所需载荷大小、时间序列。给定偏航轴承参数、偏航电机参数及数量、偏航夹钳参数及数量。对载荷时间序列进行后处理，并结合上述参数计算偏航夹钳和电磁制动器制动力矩。根据处理后的数据构建函数。将力矩序列中参数输入函数，计算偏航系统基本制动能力和最大制动能力。设定偏航制动能力阈值，结合多个参数综合评估偏航系统基本能力。本发明方法使得载荷处理方法简单有效，数学函数构建合理。提高了偏航系统基本能力评估的准确性和风力发电机组的安全性。同时本发明可灵活评估不同阈值对应的偏航系统基本能力，适用范围较广。

本发明涉及的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法可以显示偏航系统基本能力评估过程信息及评估结果信息。

本发明还配置偏航系统基本能力评估及载荷处理模型操作界面，使操作人员在模型操作界面中添加并储存相关参数，对偏航轴承齿数、偏航齿轮箱输出齿、偏航齿轮箱速比、偏航电机额定力矩、偏航电机最大转矩倍数、偏航电机最大力矩、偏航电机个数、偏航齿轮箱传动效率、单个偏航夹钳制动力矩、主动偏航时偏航夹钳压力比、偏航夹钳个数、偏航轴承滚道直径、偏航轴承摩擦系数以及偏航轴承启动摩擦力矩参数进行增删改查。

还基于局域网，或广域网实时向终端机发送控制信息指令，获取风力发电机组偏航系统基本能力评估及载荷处理过程信息，对过程信息及状态信息进行处理。

对于偏航系统基本能力评估过程信息及评估结果信息可以形成柱状图，或曲线图，供操作人员参考使用。

本发明提供的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本发明提供的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电力服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(示例性的讲利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，方法包括：

步骤1、在Bladed风电仿真模块中搭建计算模型，计算各工况载荷；

步骤2、给定偏航轴承参数、偏航夹钳参数及数量、偏航电机参数以及数量；

步骤3、通过Bladed风电仿真模块读取偏航轴承最大倾覆力矩及同时刻、，结合步骤2中偏航轴承参数计算偏航轴承摩擦力矩和电磁制动器制动力矩；

步骤4、通过Bladed风电仿真模块进行概率密度处理，提取偏航轴承的载荷-概率序列{,}；

步骤5、基于偏航夹钳制动力矩、偏航夹钳个数和偏航轴承摩擦力矩，分别计算不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}，i=1,2,3…；

步骤6、遍寻载荷序列{}中与不同偏航夹钳制动压力比值对应的制动力矩{}最接近的值，输出数列{}和此数列中数值对应的概率{};

步骤7、遍寻载荷序列{}中与数列{}最接近的值，并且满足，输出数列{}和此数列中数值对应的概率{}；

步骤8、对数列{}、概率{}、数列{}和概率{}进行线性回归拟合，得到关于力矩和概率的函数；其中变量代表力矩，变量代表概率；

步骤9、将步骤5中的制动力矩{}分别输入至函数，得到所有制动力矩对应的概率{Bpi}；读取最大制动力矩及其对应的概率；

步骤10、输入偏航夹钳制动压力比的阈值X，得到满足阈值要求的制动力矩；读取制动力矩和其对应的概率；其中X∈[0.1]；

步骤11、设定概率阈值Y，判断是否同时满足0.9、0.9和三个条件；若同时满足，执行步骤12；

步骤12、输出偏航电机额定驱动力矩、偏航夹钳最大制动力矩和偏航电机最大驱动力矩；偏航轴承载荷、偏航驱动选型、偏航制动选型满足匹配要求，偏航系统基本能力评估完成。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤4中，其中{}为从小到大排列的载荷序列，{}为载荷对应发生的概率序列。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤5中，,其中为偏航夹钳压力比,∈[0,1]。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤10中输入的偏航夹钳制动压力比的阈值X基于用户设定；

阈值X与偏航电机驱动能力成反比。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤11中，若未同时满足0.9、0.9和三个条件，则执行步骤1重新进行Bladed风电仿真模块搭建和载荷计算。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，步骤2中还给定偏航轴承齿数、偏航齿轮箱输出齿、偏航齿轮箱速比、偏航电机额定力矩、偏航电机最大转矩倍数、偏航电机最大力矩、偏航电机个数、偏航齿轮箱传动效率、单个偏航夹钳制动力矩、主动偏航时偏航夹钳压力比、偏航夹钳个数、偏航轴承滚道直径、偏航轴承摩擦系数以及偏航轴承启动摩擦力矩。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤5中，给定偏航夹钳制动压力比值初始比为20%，每5%设定一个比值，直到100%。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，

步骤1中，依照IEC/GH标准计算各极限和疲劳工况载荷。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组的能力评估及载荷处理方法，其特征在于，显示偏航系统基本能力评估过程信息及评估结果信息。

10.一种终端机，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至9任一项所述风力发电机组的能力评估及载荷处理方法的步骤。

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