[發明專利]一種基于模態疊加法的風電機組塔架振動狀態計算方法

在審

• 申請號: 201811383450.8
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109340060A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 張翔;孫鐵雷;許千壽;鄧敏強;鄧艾東;朱靜;王明春;王珊;孫文卿
• 申請（專利權）人: 深能南京能源控股有限公司;南京東振測控技術有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種基于模態疊加法的風電機組塔架振動狀態計算方法，首先建立塔架的有限元模型，然后通過有限元法計算得到塔架的截斷模態矩陣并根據監測點處的實時振動值計算得到塔架的振動主坐標向量，最后通過模態疊加法計算得到整個塔架的實時振動狀態。此種方法可以根據塔架有限個振動測點的實時振動值快速計算得到整個塔架的振動狀態，具有計算精度高，計算速度快的特點，能滿足實時在線計算的要求。

技術領域

本發明屬于測量技術領域，特別涉及一種風電機組塔架振動狀態計算方法。

背景技術

風力發電具有經濟效益好、清潔、無污染等優點，是目前最有前景的可再生能源之一。近年來，風電機組的技術進步降低了風力發電的成本，也推動了風電項目的快速發展。到目前為止，葉輪直徑和塔高已經從幾十米增加到120m以上，風電塔架為高柔性結構，工作條件惡劣，塔架除了支撐風力機的重量，還要承受吹向風力機和塔架的風壓，以及風力機運行中的動荷載，其運行狀態將直接影響風力發電機組的性能。

通過有限元瞬態模擬是研究整個塔架在脈動風載荷和其他外界激勵作用下振動特點的有效方法之一，然而該方法存在計算量大，計算效率低的問題。塔架振動狀態受諸多不確定因素的影響也使得基于數據驅動的方法得到的分析結果可靠性難以得到保障。通過在塔架上布置超低頻加速度傳感器實時監測塔架的振動可以避免有限元瞬態模擬帶來的計算效率低及基于數據驅動的方法得到的分析結果不可靠等問題，然而該方法僅能得到塔架有限個監點的振動值，不能實現對整個塔架振動狀態的監測與分析。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種基于模態疊加法的風電機組塔架振動狀態計算方法，其可根據塔架有限個振動測點的實時振動值快速計算得到整個塔架的振動狀態，具有計算精度高、計算速度快的特點，能滿足實時在線計算的要求。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種基于模態疊加法的風電機組塔架振動狀態計算方法，包括如下步驟：

步驟1，建立塔架有限元模型；

步驟2，采用有限元法計算得到塔架的前r階模態及截斷模態矩陣φ^*；

步驟3，采用有限元法計算得到振動測點處歸一化形變量表示的塔架前r階截斷模態矩陣

步驟4，計算塔架振動狀態的主坐標向量x_p(t)并得到其最優解x_pbest(t)；

步驟5，計算整個塔架的振動狀態向量X(t)。

上述步驟1中，對于風電機組建立有限元模型時，對機組葉片采用集中質量的方式處理，并對機組機艙結構、法蘭螺栓結構、門框開口結構進行簡化后建立該風電機組塔架的有限元模型。

上述步驟4的具體過程是：

步驟41，t時刻實時監測得到塔架振動測點處的振動狀態向量x(t)由塔架前r階截斷模態矩陣與塔架振動狀態的主坐標向量x_p(t)表示為：

步驟42，由線性代數理論得到x_p(t)的最優解x_pbest(t)為：

其中，上標-1表示逆矩陣，上標T表示轉置矩陣。

上述步驟5中，根據模態疊加法得到整個塔架振動狀態向量X(t)為：

其中，上標-1表示逆矩陣，上標T表示轉置矩陣，x(t)表示t時刻塔架振動測點處的振動狀態向量。

其中，振動監測點設置在塔筒連接法蘭處及塔筒與頂層機艙連接處。