CN214698180U - 一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，包括数据处理模块和分别与数据处理模块相连的采集模块、定位模块、数据存储模块、通信模块，所述通信模块分别与监控管理云平台、终端相连。上述技术方案通过采集湍流数据、风速、风向、温湿度等数据，结合IEC61400‑1(Edition 4.0)标准，使用数据处理模块按照计算出dlc1.2工况每个风速段对应的湍流，实现包括dlc1.2在内的所有疲劳工况的测量，从而得出准确的疲劳载荷，对风电机组的使用条件和使用寿命的意义非常重大，可以大大拓展风电机组的适用情况和发电能力。

Description

一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统。

背景技术

有资料显示，据统计机械零件破坏的80％以上为疲劳破坏，特别是大型复杂机械结构的疲劳问题更为突出。风电机组是具有高动态载荷的动力系统，所承受的载荷主要是随时间变化的动态载荷的动态随机载荷，结构件都会因此产生动应力，引起疲劳损伤。根据行业标准要求，风电机组的设计寿命至少要20年，因此在设计时需要重点考虑其疲劳强度，以确保整机结构的安全可靠性。

在风电机组设计领域，通常用等效疲劳载荷(Equivalent Fatigue Loads)来衡量疲劳载荷大小和进行结构件疲劳强度评估。目前在风电机组设计行业被应用最为广泛的等效疲劳载荷计算，是基于IEC 61400-1(Edition 4.0)标准，借助商业仿真软件GH Bladed中对计算后的疲劳载荷时序进行后处理计算。

中国专利文献CN101839806B公开了一种“风力发电机组及其疲劳载荷监测系统”。采用了第一检测装置(211)，用于检测塔筒根部的疲劳状态，得到第一检测信号，第二检测装置(212)，用于检测除塔筒根部以外至少一个部位的疲劳状态，得到第二检测信号；控制装置(22)，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并根据预定策略处理第一检测信号和第二检测信号，得到实际损伤值，比较实际损伤值与预定损伤值，判断风力发电机组的被测部位的损伤状态；输出装置(23)，用于输出被测部位的实际损伤值。上述技术方案难以准确有效的评估风电机组在特定厂址下的疲劳载荷，并且无法针对性地进行优化。

发明内容

本实用新型主要解决原有的技术方案无法准确有效的评估风电机组在特定厂址下的疲劳载荷的技术问题，提供一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，通过采集湍流数据、风速、风向、温湿度等数据，结合IEC61400-1(Edition 4.0)标准，使用数据处理模块按照计算出dlc1.2工况每个风速段对应的湍流，实现包括dlc1.2在内的所有疲劳工况的测量，从而得出准确的疲劳载荷，对风电机组的使用条件和使用寿命的意义非常重大，可以大大拓展风电机组的适用情况和发电能力。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括数据处理模块和分别与数据处理模块相连的采集模块、定位模块、数据存储模块、通信模块，所述通信模块分别与监控管理云平台、终端相连。数据处理模块使用动力学计算软件Bladed/FAST计算出不同的载荷时序，根据预设的模型得出风电机组在特定厂址下的疲劳载荷，更加准确，也更具有针对性。

作为优选，所述的采集模块包括湍流强度获取模块和传感器模块。湍流强度获取模块用于采集湍流强度，并将采集到的湍流强度数据传输到数据处理模块。

作为优选，所述的传感器模块包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器。用于采集环境数据，避免环境因素对结果的影响。

作为优选，所述的定位模块包括GPS定位装置和北斗定位装置。实现对风电机组的精确定位，保证对每一处风电机组的精确检测。

作为优选，所述的通信模块包括CAN信号输出接口、以太网信号输出接口、光纤信号输出接口和5G无线信号输出接口。采用多种通信方式将检测数据及结果上传到工作人员处进行处理，同时上传至监控管理云平台从而记录到云端。

作为优选，所述的终端包括PC端和手持设备。工作人员能够远程接收采集到的以及得出的疲劳载荷结果，从而进行相应处理。

本实用新型的有益效果是：通过采集湍流数据、风速、风向、温湿度等数据，结合IEC 61400-1(Edition 4.0)标准，使用数据处理模块按照计算出dlc1.2工况每个风速段对应的湍流，实现包括dlc1.2在内的所有疲劳工况的测量，从而得出准确的疲劳载荷，对风电机组的使用条件和使用寿命的意义非常重大，可以大大拓展风电机组的适用情况和发电能力。

附图说明

图1是本实用新型的一种原理连接结构图。

图2是现有IEC-4标准对正常湍流风模型的定义图。

图3是本实用新型的一种对dlc1.2工况的正常湍流风的重新定义后的主轴疲劳效果示意图。

图4是本实用新型的一种风电机组疲劳载荷优化对比图。

图中1数据处理模块，2采集模块，2.1湍流强度获取模块，2.2传感器模块，3定位模块，4数据存储模块，5通信模块，6监控管理云平台，7终端。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，如图1所示，包括数据处理模块1和分别与数据处理模块1相连的采集模块2、定位模块3、数据存储模块4、通信模块5，所述通信模块5分别与监控管理云平台6、终端7相连。终端7包括PC端和手持设备。工作人员能够远程接收采集到的以及得出的疲劳载荷结果，从而进行相应处理。数据处理模块使用动力学计算软件Bladed/FAST计算出不同的载荷时序，根据预设的模型得出风电机组在特定厂址下的疲劳载荷，更加准确，也更具有针对性。

采集模块2包括湍流强度获取模块2.1和传感器模块2.2。湍流强度获取模块用于采集湍流强度，并将采集到的湍流强度数据传输到数据处理模块。传感器模块2.2包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器。用于采集环境数据，避免环境因素对结果的影响。

定位模块包括GPS定位装置和北斗定位装置。实现对风电机组的精确定位，保证对每一处风电机组的精确检测。通信模块包括CAN信号输出接口、以太网信号输出接口、光纤信号输出接口和5G无线信号输出接口。采用多种通信方式将检测数据及结果上传到工作人员处进行处理，同时上传至监控管理云平台从而记录到云端。

工作时，将采集的湍流数据及传感器数据代入数据处理模块1，数据处理模块1使用动力学计算软件Bladed/FAST计算出不同的载荷时序，根据预设的模型得出风电机组在特定厂址下的疲劳载荷。将得出的疲劳载荷结果通过通信模块5上传到工作人员处进行处理，同时上传至监控管理云平台6从而记录到云端。

现行的IEC 61400-1(Edition 4.0)标准中，疲劳载荷主要包括dlc1.2工况，dlc2.4工况，dlc4.1工况，dlc6.4工况，其中又以dlc1.2工况所占时长比重最长，对风电机组疲劳影响最大，而dlc1.2工况的设置直接取决于特定厂址的湍流大小，因此风电机组的疲劳载荷与湍流大小呈高度正相关。IEC61400-1(Edition 4.0)标准中计算的dlc1.2工况使用的是NTM正常湍流风模型，使用的是90％分位数的湍流。

但是在实际评估疲劳时，90％分位数的湍流要远远大于实际的湍流风情况。IEC-4标准认为同一风速下湍流的分布服从威布尔分布，而以90％分位数的湍流对全年的疲劳载荷进行评估就未免显得过于保守了。见图2中标记处，因此采用预设的数学模型，对同一风速下不同的湍流分布分别进行疲劳载荷的计算，然后根据各个不同湍流的分布比重加权获得更为准确的风电机组疲劳载荷结果。

从图3中可以明显看到，不同分位数下的湍流对风电机组的疲劳差异是相当大的，而按90％分位数的湍流计算的风电机组疲劳处在图中线框位置，相比之下，基于特定场址湍流分布计算风电机组疲劳载荷的方法明显更为准确，且具有降低疲劳载荷的效果，详见图4。

从图4可见，基于特定场址湍流分布计算风电机组疲劳载荷的方法，风电机组主要部件的疲劳载荷在原方法的基础上有10％左右的优化效果。这一降载效果对风电机组的使用条件和使用寿命的意义非常重大，可以大大拓展风电机组的适用情况和发电能力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了数据处理模块、采集模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (6)

1.一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，包括数据处理模块(1)和分别与数据处理模块(1)相连的采集模块(2)、定位模块(3)、数据存储模块(4)、通信模块(5)，所述通信模块(5)分别与监控管理云平台(6)、终端(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，所述采集模块(2)包括湍流强度获取模块(2.1)和传感器模块(2.2)。

3.根据权利要求2所述的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，所述传感器模块(2.2)包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器和气压传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，所述定位模块(3)包括GPS定位装置和北斗定位装置。

5.根据权利要求1所述的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，所述通信模块(5)包括CAN信号输出接口、以太网信号输出接口、光纤信号输出接口和5G无线信号输出接口。

6.根据权利要求1所述的一种基于特定场址湍流分布检测风电机组疲劳载荷的系统，其特征在于，所述终端(7)包括PC端和手持设备。

Images