[發明專利]一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法

有效

• 申請號: 201811549637.0
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109340062B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 褚景春;袁凌;潘磊;王小虎;張林中;趙鵬;朱世龍;王力;王曉丹;謝法
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 11303 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 朱麗華

本發明公開了一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法，采用數字化雙胞胎模型實現機組疲勞損傷預測。方法包括：建立虛擬風電機組的風輪仿真模型，通過關鍵部件頻率、振型、質量、剛度、幾何尺寸等修正，使風輪仿真模型和實際運行機組在模型參數和運行特征上一致；建立載荷數據庫，計算風場疲勞模型；再結合實際運行數據、實際建設環境條件、機位分布信息，建立數字化雙胞胎模型，估計出實際運行機組載荷數據；最后預測出風電機組疲勞壽命和疲勞損傷情況，并且對風電機組關鍵部件監測。本發明通過數字化雙胞胎模型技術，實現真實模擬機組現實環境中的運行行為，預測機組疲勞損傷，為檢修和風場優化提供依據，保證機組最優的發電性能。

技術領域

本發明涉及風電機組領域，特別是涉及一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法。

背景技術

隨著風力發電機組裝機數量不斷擴大，單機容量和風輪直徑不斷增大，對風力發電機組的適應性和可靠性提出了更高的要求。風電行業現主要存在的問題是無法用數字化的方式了解當前機組運行狀態和精準預測和評估風電機組的運行狀態。

本申請就是要創設一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法，使其將數字化雙胞胎(Digital twin)技術應用于風電機組中，以數字化方式模擬仿真風電機組在現實環境中的運行行為，實現整個過程的虛擬化和數字化，以實現對低風速風電機組的疲勞損傷預測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法，使其通過數字化雙胞胎模型達到對風電機組疲勞壽命和疲勞損傷的準確預測，從而克服現有的風電機組壽命評估的不足。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種低風速風電機組數字雙胞胎式的疲勞損傷預測方法，所述方法采用數字化雙胞胎模型實現所述風電機組的疲勞損傷預測。

作為本發明的一種改進，所述方法包括如下步驟：

(1)建立風電機組的風輪仿真模型，并根據所述風電機組的實際運行特征、各部件的特征頻率以及風電機組運行的環境條件對所述風電機組的風輪仿真模型進行修正，使所述風輪仿真模型和實際運行風電機組的模型參數和運行特征一致；

(2)所述修正后的風輪仿真模型結合風場環境條件，建立載荷數據庫，并計算風場疲勞模型；

(3)所述風場疲勞模型結合所述風電機組的實際運行低頻、高頻數據，以及所述風電機組的實際建設環境條件、機位分布信息，建立所述風電機組的數字化雙胞胎模型，所述數字化雙胞胎模型從標準控制信號實時估計機組結構載荷數據，所述估計的載荷數據包括所述風電機組的塔筒底部前后彎矩、左右彎矩、葉根面內彎矩、葉根面外彎矩，以及輪轂中心推力Fx、扭矩Mx、彎矩My、彎矩Mz，再推斷出所述風電機組的湍流條件和尾流效應；

(4)所述數字化雙胞胎模型根據其所估計出的載荷數據，結合所述風場疲勞模型以及所述風電機組的實際風況條件、實際運行工況和SCADA系統跟蹤數據，預測所述風電機組的疲勞壽命和疲勞損傷情況。

進一步改進，所述步驟(1)中對所述風輪仿真模型的修正包括所述風電機組的運行環境條件，葉片的模態信息、阻尼信息，傳動鏈的模態信息、剛度、阻尼信息，塔筒的模態信息、阻尼信息。

進一步改進，所述步驟(2)中風場疲勞模型考慮的風場環境條件包括不同的湍流、空氣密度、風速和風剪切特性。

進一步改進，所述步驟(3)中風電機組的實際運行低頻數據為所述風電機組的SCADA系統數據，所述實際運行高頻數據為所述風電機組的風機控制數據，所述數字化雙胞胎模型的標準控制信號包括風輪轉速、發電機轉速、槳距角、發電機設定轉矩、機艙前后加速度和機艙左右加速度信號。