CN116517790B - 一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及风力发电机的技术领域，公开了一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法及系统，风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法包括获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型；获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息；获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置；本申请具有便于根据风力发电机的螺栓预紧力监测数据控制风力发电机的效果。

Description

一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法及系统
技术领域
本申请涉及风力发电机的技术领域，尤其是涉及一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法及系统。
背景技术
为减少能源供应所造成的环境污染，风力发电正被广泛应用，风力发电机通常包括塔座、塔体、发电机舱、转轴、轮毂、叶片、偏航装置，以及若干各类传感器和设备控制器，风力发电机需要通过风力带动叶片转动产生机械能，使发电机舱内的发电机将机械能转化为电能，其中，塔座与塔体、轮毂与叶片之间均需要通过螺栓连接件连接，各螺栓的预紧力与风力发电机的结构安全性息息相关，目前已有通过测力传感器监测螺栓预紧力的方法。
风力发电机的功率与叶片转速相关，叶片转速越快，发电功率越大，而叶片转速过快时，又可能因叶片所受离心力过大而导致风力发电机损坏；另一方面，风向与叶片朝向不一致也会导致风力发电机受力不均；如何控制风力发电机叶片的朝向至关重要。
因此，针对上述相关技术，发明人认为现有的风力发电机螺栓预紧力监测方法存在功能单一的问题。
发明内容
为了便于根据风力发电机的螺栓预紧力监测数据控制风力发电机，本申请提供一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法及系统。
本申请的发明目的一采用如下技术方案实现：
一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，包括：
获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
通过采用上述技术方案，获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，以便获知目标风力发电机各构件的尺寸参数、性能参数、各测力传感器的安装位置，目标风力发电机的部署位置，当地的地形信息和历史气象信息，便于后续控制目标风力发电机的朝向以提高风力发电效率或躲避强风；获取各测力传感器测得的预紧力监测数据组并标记至风力发电机监控模型中，预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组，以便根据各紧固螺栓的预紧力大小分析风力发电机的受力情况，从而生成受力分析信息；获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，若风力发电机的叶片仍正对风向，则容易出现叶片转速过高而损坏甚至造成风力发电机倒塌的事故，基于当前的受力分析信息，生成避险偏航指令并发送至偏航装置，便于偏航装置调整风力发电机朝向，从而躲避强风；由于在强风天气中控制风力发电机偏航的主要目的是保护风力发电机，而强风天气中可能存在风向变化较快，难以准确检测的问题，根据风力发电机的受力分析信息控制风力发电机朝向的可靠性更高。
本申请在一较佳示例中：获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型的步骤中，包括：
基于目标风力发电机的施工图纸确定各构件的尺寸参数、性能参数，各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，创建风力发电机BIM模型；
基于地形信息构建部署地GIS模型，基于目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型结合后，生成风力发电机监测模型；
将部署地的历史气象信息导入至风力发电机监测模型中。
通过采用上述技术方案，基于目标风力发电机的施工图纸确定目标风力发电机的各构件的尺寸参数和性能参数，以便获知各构件的形状构造，以及后续分析各构件的力学性能，确定各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，以便后续将预紧力监测数据与监测位置对应，从而创建风力发电机BIM模型；基于地形信息构建目标风力发电机部署地区的GIS模型为部署地GIS模型，根据目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型组合，得到风力发电机监测模型，便于结合目标风力发电机部署位置的地形情况分析风力发电机运行安全性和运行效率；将部署地历史气象信息导入至风力发电机监测模型中，以便后续根据历史气象信息辅助控制目标风力发电机的叶片朝向。
本申请在一较佳示例中：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息的步骤中，包括：
获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型对应的测力传感器所在位置；
基于风力发电机监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受外力的方向、大小、作用位置，生成受力分析信息。
通过采用上述技术方案，将各测力传感器测得的预紧力监测数据组标记至风力发电机监测模型上对应的测力传感器所在位置，以便对目标风力发电机受力情况进行分析；根据风力发电机在监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受到来自外力的方向、大小和作用位置，形成受力分析信息，便于后续根据风力发电机受力情况调整风力发电机叶片朝向。
本申请在一较佳示例中：获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成偏航指令并发送至偏航装置的步骤中，还包括：
当风速监测数据小于风险风速时，获取风向评估信息；
基于风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置。
通过采用上述技术方案，当风速监测数据小于风险风速时，即风力发电机能够承受当前风力，此时风力发电机以提高发电功率为调整目标进行偏航调整，获取风向评估信息，便于根据对当前区域的风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置，以便偏航装置根据当前风向调整风力发电机叶片的朝向。
本申请在一较佳示例中：获取风向评估信息的步骤中，包括：
获取风向监测信息，计算主风向的变化角速度，所述主风向是指流速最高的气流的方向；
当所述变化角速度小于预设风向稳定阈值时，基于风向监测信息确定风向评估信息；
当所述变化角速度大于预设风向稳定阈值时，基于上一预设风向评估周期内，风向监测信息中主风向所占时间比例最大的方向作为风向评估信息。
通过采用上述技术方案，获取风向监测传感器测得的风向监测信息，并计算主风向的变化角速度，以便判断风向变化情况；若主风向的变化角速度小于预设风向稳定阈值，则认为风向稳定，直接根据风向监测信息作为风力发电机叶片朝向的调整依据即可；若主风向的变化角速度大于预设风向稳定阈值，则认为风向紊乱，需要按照预设的风向评估周期确定主要风向，根据主要风向作为风力发电机叶片朝向的调整依据。
本申请在一较佳示例中：还包括：
当发生风速监测数据大于风险风速事件时，生成待自检指令；
实时获取风速监测数据，当风速监测数据小于预设自检风速阈值时，获取预紧力监测数据组和预紧力标准数据组，基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值；
基于预紧力健康值调整风险风速的数值。
通过采用上述技术方案，当发生风速监测数据大于风险风速事件时，则认为风力发电机曾承受可能导致风力发电机结构损坏的事件，生成待自检指令以便后续执行自检工作；实时获取风速监测数据，以便判断执行自检工作的时机，风速监测数据小于预设自检风速阈值时即为自检工作时机，获取当前的预紧力监测数据组和风力发电机设计施工时确定的预紧力标准数据组，以计算预紧力健康值，便于获知风力发电机各螺栓连接处的稳固性；基于预紧力健康值调整风险风速的数值，便于根据风力发电机各螺栓连接处的实际稳固性调整风力发电机进入避险状态的条件。
本申请在一较佳示例中：基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值的步骤中，包括：
根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干节点监测数据组，将预紧力标准数据组划分为若干节点标准数据组；
计算各节点监测数据组中每一条监测数据与对应标准数据的商的平均值为节点健康值；
将节点健康值的最小值设定为预紧力健康值。
通过采用上述技术方案，根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干个节点监测数据组，且将预紧力标准数据组划分为对应的若干节点标准数据组，便于分析风力发电机各连接节点的螺栓预紧力情况；计算各节点监测数据组中每一条监测数据与对应标准数据的商的平均值为节点健康值；并进一步将节点健康值的最小值设定为预紧力健康值，便于后续以风力发电机结构的薄弱节点作为调节风险风速数值的依据。
本申请的发明目的二采用如下技术方案实现：
一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统，包括：
风力发电机监测模型创建模块，用于获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
受力分析模块，用于获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
避险偏航模块，用于获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
通过采用上述技术方案，获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，以便获知目标风力发电机各构件的尺寸参数、性能参数、各测力传感器的安装位置，目标风力发电机的部署位置，当地的地形信息和历史气象信息，便于后续控制目标风力发电机的朝向以提高风力发电效率或躲避强风；获取各测力传感器测得的预紧力监测数据组并标记至风力发电机监控模型中，预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组，以便根据各紧固螺栓的预紧力大小分析风力发电机的受力情况，从而生成受力分析信息；获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，若风力发电机的叶片仍正对风向，则容易出现叶片转速过高而损坏甚至造成风力发电机倒塌的事故，基于当前的受力分析信息，生成避险偏航指令并发送至偏航装置，便于偏航装置调整风力发电机朝向，从而躲避强风；由于在强风天气中控制风力发电机偏航的主要目的是保护风力发电机，而强风天气中可能存在风向变化较快，难以准确检测的问题，根据风力发电机的受力分析信息控制风力发电机朝向的可靠性更高。
本申请的发明目的三采用如下技术方案实现：
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的步骤。
本申请的发明目的四采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的步骤。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，以便获知目标风力发电机各构件的尺寸参数、性能参数、各测力传感器的安装位置，目标风力发电机的部署位置，当地的地形信息和历史气象信息，便于后续控制目标风力发电机的朝向以提高风力发电效率或躲避强风；获取各测力传感器测得的预紧力监测数据组并标记至风力发电机监控模型中，预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组，以便根据各紧固螺栓的预紧力大小分析风力发电机的受力情况，从而生成受力分析信息；获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，若风力发电机的叶片仍正对风向，则容易出现叶片转速过高而损坏甚至造成风力发电机倒塌的事故，基于当前的受力分析信息，生成避险偏航指令并发送至偏航装置，便于偏航装置调整风力发电机朝向，从而躲避强风；由于在强风天气中控制风力发电机偏航的主要目的是保护风力发电机，而强风天气中可能存在风向变化较快，难以准确检测的问题，根据风力发电机的受力分析信息控制风力发电机朝向的可靠性更高。
2. 基于目标风力发电机的施工图纸确定目标风力发电机的各构件的尺寸参数和性能参数，以便获知各构件的形状构造，以及后续分析各构件的力学性能，确定各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，以便后续将预紧力监测数据与监测位置对应，从而创建风力发电机BIM模型；基于地形信息构建目标风力发电机部署地区的GIS模型为部署地GIS模型，根据目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型，得到风力发电机监测模型，便于结合目标风力发电机部署位置的地形情况分析风力发电机运行安全性和运行效率；将部署地历史气象信息导入至风力发电机监测模型中，以便后续根据历史气象信息辅助控制目标风力发电机的叶片朝向。
3. 将各测力传感器测得的预紧力监测数据组标记至风力发电机监测模型上对应的测力传感器所在位置，以便对目标风力发电机受力情况进行分析；根据风力发电机在监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受到来自外力的方向、大小和作用位置，形成受力分析信息，便于后续根据风力发电机受力情况调整风力发电机叶片朝向。
附图说明
图1是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的流程图。
图2是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法中步骤S10的流程图。
图3是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法中步骤S20的流程图。
图4是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法中步骤S30的流程图。
图5是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法中步骤S31的流程图。
图6是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的另一流程图。
图7是本申请实施例一中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法中步骤S50的流程图。
图8是本申请实施例二中风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统的一原理框图。
图9是本申请实施例三中的设备示意图。
具体实施方式
现有的一种常见风力发电机包括塔座、塔体、发电机舱、转轴、轮毂、叶片、偏航装置；其中塔座与塔体底部固定连接，用于将风力发电机固定于地面，塔体用于承载和容纳风力发电机的设备，发电机舱转动连接于塔体顶部，且偏航装置也安装于塔体顶部，用于控制发电机舱水平转动，发电机舱内设置有发电机，发电机的输入轴经变速器连接转轴，转轴延伸出发动机舱的一端固定连接有轮毂，叶片连接于轮毂。
其中，塔座与塔体底部之间通过环状均匀分布设置的螺栓连接件连接，叶片根部与轮毂之间通过环状均匀分布设置的螺栓连接件连接，螺栓连接件安装有用于检测螺栓连接件预紧力的测力传感器；风力发电机还设置有由于检测风速、风向的传感器以及用于控制风力发电机的设备控制器。
以下结合附图1至9对本申请作进一步详细说明。
实施例一
参照图1，本申请公开一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，具体包括如下步骤：
S10：获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息。
在本实施例中，目标风力发电机是指在本申请中需要进行螺栓紧固监测的风力发电机；施工图纸包括风力发电机各部件和螺栓连接件的尺寸参数、性能参数，以及各测力传感器的安装位置；风力发电机监测模型是指为便于对风力发电机的受力情况进行分析而构建的三维模型。
在本实施例中，风力地理信息是指与目标风力发电机部署位置的空气流动相关的地理信息，包括地形信息、定位信息和历史气象信息；其中，地形信息是指用于记录目标风力发电机部署位置周边地形、建筑的形状及尺寸的信息，具体可以包括目标风力发电机部署位置周边的等高线地图和建筑规划图；定位信息是指目标风力发电机部署位置的位置信息，如GPS定位信息；历史气象信息包括目标风力发电机部署位置的历史风速、风向信息。
具体地，获取目标风力发电机的施工图纸，以及目标风力发电机对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，便于后续根据风力发电机监测模型控制目标风力发电机叶片的朝向，以提高风力发电效率或躲避强风。
其中，如图2所示，在步骤S10中，构建风力发电机监测模型的具体步骤包括：
S11：基于目标风力发电机的施工图纸确定各构件的尺寸参数、性能参数，各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，创建风力发电机BIM模型。
在本实施例中，风力发电机BIM模型是指基于风力发电机的结构而创建的建筑信息模型。
具体地，基于目标风力发电机的施工图纸确定目标风力发电机的各构件和螺栓连接件的形状构造、尺寸参数、性能参数、各测力传感器和螺栓连接件的安装位置，便于分析目标风力发电机各构件的力学性能；创建风力发电机BIM模型，从而确定各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置，以便后续将预紧力监测数据与监测位置对应。
S12：基于地形信息构建部署地GIS模型，基于目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型结合后，生成风力发电机监测模型。
在本实施例中，部署地GIS模型是指基于目标风力发电机部署地点附近与风力流动有关的地理信息而构建的地理信息模型。
具体地，基于地形信息构建目标风力发电机部署地区的地理信息模型作为部署地GIS模型，根据目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型组合，从而得到风力发电机监测模型，便于后续结合目标风力发电机部署位置当地的地形情况，分析地形对风速、风向的影响。
S13：将部署地的历史气象信息导入至风力发电机监测模型中。
在本实施例中，风力发电机监测模型为将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型组合后，导入现有的流体动力学分析程序后得到的具有流体动力学模拟功能的模型。
具体地，将部署地历史气象信息导入至风力发电机监测模型中，以便后续根据历史气象信息辅助控制目标风力发电机的叶片朝向，提高风力发电机的运行安全性和/或运行效率。
S20：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组。
在本实施例中，预紧力监测数据组是指根据风力发电机上安装的所有测力传感器所测得的若干预紧力监测数据所构成的数据组；预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组，其中，塔座预紧力数据组是由用于连接塔体与塔座的螺栓紧固件的预紧力数据构成的数据组，叶片预紧力数据组是由用于连接叶片与轮毂的螺栓紧固件的预紧力数据构成的数据组。
具体地，获取各测力传感器测得的预紧力监测数据，构成预紧力监测数据组，将预紧力监测数据组导入至风力发电机监控模型，以将预紧力监测数据标记至对应的螺栓紧固件位置，以便根据各紧固螺栓的预紧力大小分析风力发电机的受力情况，从而生成受力分析信息。
进一步地，预紧力监测数据组还可以包括由用于连接发电机舱与塔体的螺栓紧固件的预紧力数据构成的数据组、由用于连接各段塔体的螺栓紧固件的预紧力数据构成的数据组，具体可以根据风力发电机的实际连接结构而确定。
其中，如图3所示，在步骤S20中，包括：
S21：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型对应的测力传感器所在位置。
具体地，将各测力传感器测得的预紧力监测数据组的数据标记至风力发电机监测模型上对应的测力传感器所在位置，以便后续对目标风力发电机受力情况进行分析。
S22：基于风力发电机监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受外力的方向、大小、作用位置，生成受力分析信息。
在本实施例中，受力分析信息是指用于记录当前风力发电机的各处测力传感器所受作用力的信息。
具体地，根据风力发电机在监测模型中标记的预紧力监测数据，分析风力发电机所受到来自外力的方向、大小和作用位置，形成受力分析信息，便于后续根据风力发电机受力情况调整风力发电机叶片朝向；同时，若风力发电机未受到除风力外其他作用力的影响，则受力分析信息可以用于分析风向、风速。
S30：获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
在本实施例中，风速监测数据是指通过风力发电机上设置的风速传感器所检测到的数据；当风力发电机的叶片正对的风向气流速度达到风险风速时，可能造成风力发电机结构损坏，风险风速可根据风力发电机实际结构强度进行预设，且需要设置合理的安全系数；避险偏航指令是指用于控制偏航装置驱动风力发电机的叶片朝向偏离正对风向的指令。
由于在强风天气中，风力发电机叶片转速过快而产生的巨大离心力可能造成风力发电机损毁，可控制风力发电机偏航而降低强风对风力发电机的作用力，以保护风力发电机。
具体地，获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，若风力发电机的叶片仍正对风向，则容易出现叶片转速过高而损坏甚至造成风力发电机倒塌的事故；基于当前的受力分析信息，生成避险偏航指令并发送至偏航装置，便于偏航装置调整风力发电机朝向，从而躲避强风；而强风天气中可能存在风向变化较快，难以准确检测的问题，根据风力发电机的受力分析信息可以直接判断强风对风力发电机的作用力，因而根据受力分析信息控制风力发电机朝向的可靠性更高。
其中，如图4所示，在步骤S30中，包括：
S31：当风速监测数据小于风险风速时，获取风向评估信息。
在本实施例中，风向评估信息是指对当前的风向进行直接检测或评估后所确定的风向的信息。
具体地，当风速监测数据小于风险风速时，风力发电机能够安全承受当前风力，此时风力发电机以提高发电功率为调整目标进行偏航调整，即控制风力发电机叶片正对风向，可根据当前的风向进行偏航控制；获取风向评估信息。
其中，如图5所示，在步骤S31中，获取风向评估信息的步骤包括：
S311：获取风向监测信息，计算主风向的变化角速度，所述主风向是指流速最高的气流的方向。
具体地，获取风向监测传感器测得的风向监测信息，并计算主风向的变化角速度，以便判断风向变化速率，从而评估风向的稳定性。
S312：当所述变化角速度小于预设风向稳定阈值时，基于风向监测信息确定风向评估信息。
在本实施例中，风向稳定阈值是指用于评估风向稳定性的阈值。
具体地，若主风向的变化角速度小于预设风向稳定阈值，则认为风向稳定，直接根据风向监测信息作为风力发电机偏航调整的调整依据即可。
S313：当所述变化角速度大于预设风向稳定阈值时，基于上一预设风向评估周期内，风向监测信息中主风向所占时间比例最大的方向作为风向评估信息。
在本实施例中，风向评估周期是指用于在风向紊乱情况下判断主要风向的周期，优选的，风向评估周期可以设置为10分钟。
具体地，若主风向的变化角速度大于预设风向稳定阈值，则认为风向紊乱，需要按照预设的风向评估周期确定主要风向；以正北为0°将风向划分为若干个风向区，例如，可划分为：正北（348.75°至11.25°）、北偏东（11.25°至33.75°）、东北（33.75°至56.25°）、东偏北（56.25°至78.75°）、正东（78.75°至101.25°）、东偏南（101.25°至123.75°）、东南（123.75°至146.25°）、南偏东（146.25°至168.75°）、正南（168.75°至191.25°）、南偏西（191.25°至213.75°）、西南（213.75°至236.25°）、西偏南（236.25°至258.75°）、正西（258.75°至281.25°）、西偏北（281.25°至303.75°）、西北（303.75°至326.25°）、北偏西（326.25°至348.75°）共十六个风向区；根据上一风向评估周期内主风向位于各风向区内的时间，将持续时间最长的风向区作为主要风向；根据主要风向所属风向区的中心角度作为风向评估信息输出；例如，当主要风向为正北时，风向评估信息为0°，当主要风向为正东时，风向评估信息为90°。
进一步地，也可以根据实际需求，基于历史气象信息预测未来一段时间的风向作为风向评估信息输出。
S32：基于风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置。
在本实施例中，寻风偏航指令是指用于控制偏航装置驱动风力发电机的叶片朝向主风向或主要风向的指令。
具体地，基于风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置，以便偏航装置根据当前风向调整风力发电机叶片的朝向进而达到提高风力发电机发电功率的效果。
其中，如图6所示，风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法还包括：
S40：当发生风速监测数据大于风险风速事件时，生成待自检指令。
在本实施例中，待自检指令是指用于控制风力发电机进入待自检状态的指令。
具体地，每当发生风速监测数据大于风险风速事件时，则认为风力发电机曾承受可能导致风力发电机结构损坏的事件，生成待自检指令，便于后续执行自检工作，从而检查风力发电机是否存在连接结构稳固性降低的情况。
S50：实时获取风速监测数据，当风速监测数据小于预设自检风速阈值时，获取预紧力监测数据组和预紧力标准数据组，基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值。
由于风力发电机部署位置的风速较大时，风力发电机所受到来自风的作用力较大，因而难以获取风力发电机在未受外力作用下预紧力监测数据组的近似数据。
在本实施例中，自检风速阈值是指用于判断风力发电机部署位置的风速是否达到可执行自检工作条件的阈值。
具体地，实时获取风速监测数据，以便判断执行自检工作的时机，当风速监测数据小于预设自检风速阈值时，即为自检工作时机，获取当前的预紧力监测数据组（近似于风力发电机未受外力作用下的预紧力监测数据组），以及风力发电机设计施工时确定的预紧力标准数据组；基于预紧力监测数据组与预紧力标准数据组计算预紧力健康值，便于获知风力发电机各螺栓连接处的稳固性情况。
其中，如图7所示，在步骤S50中，基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值的步骤包括：
S51：根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干节点监测数据组，将预紧力标准数据组划分为若干节点标准数据组。
在本实施例中，各节点监测数据组是指由预紧力监测数据组中属于风力发电机的各连接节点处预紧力监测数据构成的数据组，节点标准数据组是指由节点监测数据组所对应的预紧力标准数据构成的数据组；例如，塔座与塔体的连接处为一个连接节点，该连接节点的节点监测数据组即为塔座与塔体连接处螺栓紧固件的所有预紧力监测数据构成的数据组。
具体地，根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干个节点监测数据组，且将预紧力标准数据组划分为对应的若干节点标准数据组，便于分析风力发电机各连接节点的螺栓预紧力的变化情况。
S52：计算各节点监测数据组中每一条监测数据与对应标准数据的商的平均值为节点健康值。
具体地，设一个节点检测数据组的所有监测数据包括0.8、0.8、0.8、0.75、0.85，而对应的节点标准数据组中的标准数据包括1.0、1.0、1.0、1.0、1.0，则该节点监测数据组的节点健康值为（0.8+0.8+0.8+0.75+0.85）÷5=0.8。
S53：将节点健康值的最小值设定为预紧力健康值。
具体地，将各连接节点的节点健康值中的最小值设定为预紧力健康值，便于后续以风力发电机结构的薄弱节点作为调节风险风速数值的依据。
S60：基于预紧力健康值调整风险风速的数值。
具体地，基于预紧力健康值调整风险风速的数值，便于根据风力发电机各螺栓连接处的实际稳固性调整风力发电机进入避险状态的条件；优选的，若预紧力健康值为X，则可以将风险风速设置为预紧力健康值为1时的X倍。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
实施例二
本实施例提供一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统，该风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统与上述实施例中风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法相对应。
如图8所示，风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统，包括风力发电机监测模型创建模块、受力分析模块和避险偏航模块。各功能模块的详细说明如下：
风力发电机监测模型创建模块，用于获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
受力分析模块，用于获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
避险偏航模块，用于获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
其中，风力发电机监测模型创建模块还包括：
风力发电机BIM模型创建子模块，用于基于目标风力发电机的施工图纸确定各构件的尺寸参数、性能参数，各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，创建风力发电机BIM模型；
部署地GIS模型创建子模块，用于基于地形信息构建部署地GIS模型，基于目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型结合后，生成风力发电机监测模型；
历史气象信息导入子模块，用于将部署地的历史气象信息导入至风力发电机监测模型中。
其中，受力分析模块还包括：
预紧力监测数据标记子模块，用于获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型对应的测力传感器所在位置；
受力分析信息生成子模块，用于基于风力发电机监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受外力的方向、大小、作用位置，生成受力分析信息。
其中，避险偏航模块还包括：
风向评估信息获取子模块，用于当风速监测数据小于风险风速时，获取风向评估信息；
寻风偏航指令发送子模块，用于基于风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置。
其中，风向评估信息获取子模块还包括：
变化角速度计算子模块，用于获取风向监测信息，计算主风向的变化角速度，所述主风向是指流速最高的气流的方向；
风向稳定评估子模块，用于当所述变化角速度小于预设风向稳定阈值时，基于风向监测信息确定风向评估信息；
风向紊乱评估子模块，用于当所述变化角速度大于预设风向稳定阈值时，基于上一预设风向评估周期内，风向监测信息中主风向所占时间比例最大的方向作为风向评估信息。
其中，风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统还包括：
待自检指令生成模块，用于当发生风速监测数据大于风险风速事件时，生成待自检指令；
预紧力健康值计算模块，用于实时获取风速监测数据，当风速监测数据小于预设自检风速阈值时，获取预紧力监测数据组和预紧力标准数据组，基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值；
风险风速调整模块，用于基于预紧力健康值调整风险风速的数值。
其中，风向评估信息获取子模块还包括：
连接节点划分子模块，用于根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干节点监测数据组，将预紧力标准数据组划分为若干节点标准数据组；
节点健康值计算子模块，用于计算各节点监测数据组中每一条监测数据与对应标准数据的商的平均值为节点健康值；
预紧力健康值设定子模块，用于将节点健康值的最小值设定为预紧力健康值。
关于风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统的具体限定可以参见上文中对于风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的限定，在此不再赘述；上述风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现；上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以是以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
实施例三
本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储施工图纸、风力地理信息、风力发电机监测模型、预紧力监测数据组、受力分析信息、风速监测数据、风险风速和避险偏航指令等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
S10：获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
S20：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
S30：获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S10：获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
S20：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
S30：获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）、DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，其特征在于，包括：
获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置；
获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成偏航指令并发送至偏航装置的步骤中，还包括：
当风速监测数据小于风险风速时，获取风向评估信息；
基于风向评估信息生成寻风偏航指令并发送至偏航装置；
获取风向评估信息的步骤中，包括：
获取风向监测信息，计算主风向的变化角速度，所述主风向是指流速最高的气流的方向；
当所述变化角速度小于预设风向稳定阈值时，基于风向监测信息确定风向评估信息；
当所述变化角速度大于预设风向稳定阈值时，基于上一预设风向评估周期内，风向监测信息中主风向所占时间比例最大的方向作为风向评估信息。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，其特征在于：获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型的步骤中，包括：
基于目标风力发电机的施工图纸确定各构件的尺寸参数、性能参数，各螺栓紧固件和测力传感器在目标风力发电机上的位置信息，创建风力发电机BIM模型；
基于地形信息构建部署地GIS模型，基于目标风力发电机的定位信息将风力发电机BIM模型与部署地GIS模型结合后，生成风力发电机监测模型；
将部署地的历史气象信息导入至风力发电机监测模型中。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，其特征在于：获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息的步骤中，包括：
获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型对应的测力传感器所在位置；
基于风力发电机监测模型中标记的预紧力监测数据组，分析风力发电机所受外力的方向、大小、作用位置，生成受力分析信息。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，其特征在于：还包括：
当发生风速监测数据大于风险风速事件时，生成待自检指令；
实时获取风速监测数据，当风速监测数据小于预设自检风速阈值时，获取预紧力监测数据组和预紧力标准数据组，基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值；
基于预紧力健康值调整风险风速的数值。
5.根据权利要求4所述的一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法，其特征在于：基于预紧力监测数据组和预紧力标准数据组计算预紧力健康值的步骤中，包括：
根据各测力传感器的位置信息将预紧力监测数据组划分为若干节点监测数据组，将预紧力标准数据组划分为若干节点标准数据组；
计算各节点监测数据组中每一条监测数据与对应标准数据的商的平均值为节点健康值；
将节点健康值的最小值设定为预紧力健康值。
6.一种风力发电机叶片用螺栓紧固监控系统，其特征在于：
风力发电机监测模型创建模块，用于获取目标风力发电机的施工图纸和对应的风力地理信息，构建风力发电机监测模型，所述施工图纸包括螺栓紧固件和各测力传感器的位置信息，所述风力地理信息包括地形信息、定位信息和历史气象信息；
受力分析模块，用于获取预紧力监测数据组并标记至风力发电机监测模型，分析风力发电机受力情况，生成受力分析信息，所述预紧力监测数据组包括塔座预紧力数据组和叶片预紧力数据组；
避险偏航模块，用于获取风速监测数据，当风速监测数据大于预设风险风速时，基于受力分析信息生成避险偏航指令并发送至偏航装置。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中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计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述风力发电机叶片用螺栓紧固监控方法的步骤。
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