CN116894583A - 基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统，对变桨轴承实体结构进行构建变桨轴承三维虚拟模型，并将变桨轴承三维虚拟模型输入断裂力学仿真计算机中；获取风电机组中变桨轴承获取承受的受力状态，并将受力状态发送到断裂力学仿真计算机中；对变桨轴承实体的裂纹参数进行采样；本发明通过构建与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型并发送到安全风险评估模型，实现变桨轴承的自我预测、自我评估，可有效的对变桨轴承服役期间的安全等级进行监测及预测，为后续结构的维修保养提供了有效的数据。

Description

基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统
技术领域
本发明属于风险评估技术领域，具体涉及一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统。
背景技术
风险评估是用来衡量由系统带来或给系统造成损失的可能性和量级，它是通过对导致危险事件发生的因素进行概率估计，从而量化每个危险事件的健康、安全、经济等影响。虽然对于不同的工程领域，风险评估方法千差万别。总的来说，风险评估方法可以分为静态评估和动态评估两种。但是无论采用哪种评估方法，在工程评价中，国内外学者对风险的定义是相同的，即风险具有概率和后果的二重性。对设备的运行状态进行风险评估实际上是一种动态的风险评估方法，因为动态风险评估考虑了时间因素的影响，且能有效提示设备当前运行状态的实时风险，是强化设备管理、提升设备效能的前提和保障。
风电机组主要就是风力发电机组，风力发电机组中的变桨系统是整个机组的安全系统，其可靠性、寿命影响整个机组的安全。变桨轴承作为电动变桨系统传动的关键部件，轴承的表面裂纹和内部缺陷，是影响轴承使用寿命的最主要因素之一。如何在机组运行过程中对变桨轴承进行安全风险评估，在变桨轴承损坏前提早发现是电动变桨系统的一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统，用于解决现有机组运行过程中无法对变桨轴承进行安全风险评估的技术问题。
本发明采用以下技术方案：
一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，包括以下步骤：
S1，建立变桨轴承模型；
S2，基于步骤S1得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；
S3，基于步骤S2得到的变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；
S4，构建安全风险评估模型对步骤S3得到的变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
具体的，步骤S1具体为：
通过三维激光扫描仪对桨轴承的实体结构进行测量获得RGB值的点云，并将测量的点云数据发送到处理软件进行点云数据去噪拼接，经处理、拼接完成的点云数据导入三维建模软件中进行建立变桨轴承三维虚拟模型。
进一步的，实体变桨轴承模型通过三维激光扫描技术获取。
进一步的，断裂力学仿真计算机中包含结构力学有限元模型和断裂力学有限元模型。
具体的，步骤S2中，通过在变桨轴承上出现裂纹的关键部位布置传感器进行探测受力大小与方向，并将受力状态发送到断裂力学仿真计算机中。
进一步的，受力状态包括受力大小与方向。
具体的，步骤S3中，通过超声波探伤仪对变桨轴承实体的裂纹进行探测，得到裂纹参数。
具体的，步骤S4中，构建安全风险评估模型具体为：
从断裂力学仿真计算机中历史及实验数据中选取训练样本作为输入量，结构安全等级作为输出，对机器学习模型进行训练，剩余样本用于评估机器学习模型的表现精度，构建得到安全风险评估模型。
具体的，步骤S4中，将与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型发送到安全风险评估模型，包括变桨轴承三维虚拟模型的受力状态。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统，包括：
构建模块，建立变桨轴承模型；
分析模块，基于构建模块得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；
探测模块，基于分析模块得到的变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；
评估模块，构建安全风险评估模型对探测模块得到的变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，通过变桨轴承模型可，得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态，进而便于对变桨轴承的受力分析。
进一步的，得到将断裂力学仿真计算机内与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型，可对于变桨轴承进行一个直观的观察。
进一步的，通过三维激光扫描技术得到建立变桨轴承三维虚拟模型。
进一步的，结构力学有限元模型和断裂力学有限元模型用于将变桨轴承实体中的受力形变数据化展现在变桨轴承三维虚拟模型中。
进一步的，在变桨轴承上可能出现裂纹的若干关键部位上布置传感器进行探测受力大小与方向，并将受力状态(包括受力大小与方向)发送到断裂力学仿真计算机中。
进一步的，包括受力大小与方向输入到结构力学有限元模型和断裂力学有限元模型可在变桨轴承三维虚拟模型中展现。
进一步的，超声波探伤仪探测出的裂纹可数据化展现在变桨轴承三维虚拟模型中。
进一步的，安全风险评估模型设置用于评估当前变桨轴承的安全可靠性，便于提醒人们及时维修。
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
综上所述，安全风险评估模型可实时将探测到的变桨轴承实体安全等级发送到电机组安全监测终端，达到在变桨轴承损坏前提早发现的目的，避免变桨轴承损坏进一步损坏。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统示意图；
图2为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
请参阅图1，本发明基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统，包括断裂力学仿真计算机，断裂力学仿真计算机根据受力分析构建断裂力学有限元模型，根据裂纹参数构建结构力学有限元模型，结合变桨轴承三维虚拟模型输出安全风险评估模型。
请参阅图2，本发明一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，包括以下步骤：
S1，建立变桨轴承模型
运用三维激光扫描技术获取实体变桨轴承模型，然后建立点云模型；经处理、拼接完成的点云数据导入BIM软件中，提取变桨轴承结构的关键点，进而建立变桨轴承三维虚拟模型，并将变桨轴承三维虚拟模型输入包含结构力学有限元模型和断裂力学有限元模型的断裂力学仿真计算机中。
S2，结构受力分析
通过在变桨轴承上可能出现裂纹的若干关键部位上布置传感器进行探测受力大小与方向，并将受力状态(包括受力大小与方向)发送到断裂力学仿真计算机中。
S3，裂纹参数分析
通过超声波探伤仪对变桨轴承实体的裂纹进行探测，得到裂纹参数，并将裂纹参数发送到断裂力学仿真计算机得到与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型。
S4，安全风险等级预测
从断裂力学仿真计算机中历史及实验数据中选取训练样本作为输入量，结构安全等级作为输出，对网络进行训练，剩余样本用于检验，从而建立安全风险评估模型，将断裂力学仿真计算机内与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型(包括变桨轴承三维虚拟模型的受力状态与裂纹参数一并发送到裂纹参数)发送到安全风险评估模型，进行评估变桨轴承结构的安全等级(包括安全、低危、中危和高危四个等级，其中结构安全等级评定由N位评估专家进行评估打分，对根据变桨轴承的裂纹的长度，深度和最大宽度直径和变桨轴承受力点的大小与方向分析评估打分，满分一百分，分值越高越危险，最后取出最高分和最低分计算平均值，并最终确定结构安全等级，其中0-25为安全、26-50为低危、50-75为中危和76-100为高危)，，最后安全风险评估模型可实时将探测到的变桨轴承实体安全等级发送到电机组安全监测终端。
本发明再一个实施例中，提供一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统，该系统能够用于实现上述基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，具体的，该基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统包括构建模块、分析模块、探测模块以及评估模块。
其中，构建模块，建立变桨轴承模型；
分析模块，基于构建模块得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；
探测模块，基于分析模块得到的变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；
评估模块，构建安全风险评估模型对探测模块得到的变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法的操作，包括：
建立变桨轴承模型；基于变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；基于变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；构建安全风险评估模型对变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法的相应步骤；计算机可读存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
建立变桨轴承模型；基于变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；基于变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；构建安全风险评估模型对变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
综上所述，本发明一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法及系统，通过构建与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型并发送到安全风险评估模型，实现变桨轴承的自我预测、自我评估，可有效的对变桨轴承服役期间的安全等级进行监测及预测，为后续结构的维修保养提供了有效的数据。
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。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也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计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立变桨轴承模型；
S2，基于步骤S1得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；
S3，基于步骤S2得到的变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；
S4，构建安全风险评估模型对步骤S3得到的变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
2.根据权利要求1所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，步骤S1具体为：
通过三维激光扫描仪对桨轴承的实体结构进行测量获得RGB值的点云，并将测量的点云数据发送到处理软件进行点云数据去噪拼接，经处理、拼接完成的点云数据导入三维建模软件中进行建立变桨轴承三维虚拟模型。
3.根据权利要求2所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，实体变桨轴承模型通过三维激光扫描技术获取。
4.根据权利要求2所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，断裂力学仿真计算机中包含结构力学有限元模型和断裂力学有限元模型。
5.根据权利要求1所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，步骤S2中，通过在变桨轴承上出现裂纹的关键部位布置传感器进行探测受力大小与方向，并将受力状态发送到断裂力学仿真计算机中。
6.根据权利要求5所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，受力状态包括受力大小与方向。
7.根据权利要求1所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，步骤S3中，通过超声波探伤仪对变桨轴承实体的裂纹进行探测，得到裂纹参数。
8.根据权利要求1所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，步骤S4中，构建安全风险评估模型具体为：
从断裂力学仿真计算机中历史及实验数据中选取训练样本作为输入量，结构安全等级作为输出，对机器学习模型进行训练，剩余样本用于评估机器学习模型的表现精度，构建得到安全风险评估模型。
9.根据权利要求1所述的基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估方法，其特征在于，步骤S4中，将与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型发送到安全风险评估模型，包括变桨轴承三维虚拟模型的受力状态。
10.一种基于变桨系统模型的风电机组安全风险评估系统，其特征在于，包括：
构建模块，建立变桨轴承模型；
分析模块，基于构建模块得到的变桨轴承模型确定变桨轴承的受力状态；
探测模块，基于分析模块得到的变桨轴承受力状态，对变桨轴承实体的裂纹进行探测，根据得到的裂纹参数确定与变桨轴承实体状态相同的变桨轴承三维虚拟模型；
评估模块，构建安全风险评估模型对探测模块得到的变桨轴承三维虚拟模型进行安全等级评估，实时获取变桨轴承实体的安全等级。
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