[發明專利]風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法及裝置

在審

• 申請號: 202110256373.5
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112906236A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 郭日陽;任淮輝;夏暉;張博;馮江哲;蘇劍濤;胡鵬;張皓晨
• 申請（專利權）人: 龍源（北京）風電工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 黨小林

本發明提供了一種風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法及裝置。該方法包括：建立風電機組數字鏡像模型及風電場外部環境外推數字鏡像模型；對風電機組可能發生的運行狀態及所處的風況條件進行組合仿真，提取與工況相應的仿真結果建立仿真結果數據庫；依據場址實際運行工況統計數據及可能經歷的風況數據，建立風電機組場址載荷數據庫；依據等效疲勞載荷算法對標準設計載荷數據及場址載荷數據進行等效疲勞載荷計算分析；建立風電機組關鍵結構位置剩余壽命分析模型，進行單臺機組關鍵結構位置及整機剩余壽命分析計算。本發明提供的風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法及裝置能夠實現風電機組剩余壽命的高效、精確在線預測分析。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，特別是涉及一種風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法及裝置。

背景技術

當前我國風電產業迅猛發展，尤其是海上風電和大基地建設等不斷推進，其風電場內的機組受到環境條件、風場自身因素影響等限制，存在與設計條件不相符甚至嚴重惡化等情況，對機組設備的安全與可靠運行提出了更高要求。隨著風電機組容量不斷增大，機組自重、葉輪直徑、塔架高度也成倍增加，特別是在低風速地區，為獲取更好的風資源，通常采用超高塔架、大葉輪機組，導致機組載荷大幅增加，機組壽命、安全及可靠性存在較大不確定性，給風電場的安全運行帶來嚴重挑戰；受陸上資源限制，國內外均在實施大規模海上風電開發，尤其是深海大葉輪、大容量機組逐漸投入商業運營。海上機組受環境和經濟性影響較大，特別是在海上風電運維中，由于存在較大的實施難度，導致運維成本奇高，因此有必要開展針對機組的壽命與狀態監測、精確定位機組關鍵結構位置處存在的安全隱患，進而合理安排檢修維護，適當調節運行狀態及相關控制參數等，以期大規模降低機組運維成本，防止嚴重事故發生，提升機組可靠性，提高海上風電的經濟效益。

對于風電機組的運行監測與壽命分析，傳統采用歷史運行期內的SCADA系統數據、CMS系統提取的油液、振動數據進行特征參數提取與分析，并結合現場結構部件或關鍵位置處的應力應變傳感器數據，以期達到剩余壽命分析及事故預警的目的，但兩類系統均為機組的低頻歷史運行數據，與機組運行狀態特別是機組壽命存在較低的關聯性，難以保證剩余壽命分析的精度要求，同時該壽命計算通常為離線式反饋，難以達到高效在線數字化預測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法及裝置，通過該方法，實現風電機組剩余壽命的高效、精確在線預測分析，克服現有技術中存在的不足。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種風電機組關鍵結構位置剩余壽命預測方法，所述方法包括：建立風電機組數字鏡像模型及風電場外部環境外推數字鏡像模型，所述風電機組數字鏡像模型與機組真實情況一致；依據IEC61400-1標準設計載荷工況，對風電機組可能發生的運行狀態及所處的風況條件進行組合仿真，提取與工況相應的仿真結果建立仿真結果數據庫；依據狀態監測系統或SCADA系統統計的場址實際運行工況統計數據及可能經歷的風況數據，結合所述風電機組數字鏡像模型，建立風電機組場址載荷數據庫；依據等效疲勞載荷算法對標準設計載荷數據及場址載荷數據進行等效疲勞載荷計算分析，并建立等效疲勞載荷數據庫；建立風電機組關鍵結構位置剩余壽命分析模型，進行單臺機組關鍵結構位置及整機剩余壽命分析計算。

在一些實施方式中，所述風電機組數字鏡像模型包含機組物理模型與控制系統模型，所述風電場外部環境外推數字鏡像模型包含外部環境數據及點位外推模型。

在一些實施方式中，標準設計載荷仿真數據庫，是依據IEC61400-1標準設計工況組合，對風電機組可能發生的運行狀態及所處的風況條件進行組合仿真，提取與工況相應的仿真結果建立數據庫。

在一些實施方式中，場址載荷仿真數據庫，是依據風電機組歷史運行工況，結合風電機組可能經歷的風況條件提前進行組合仿真。

在一些實施方式中，等效疲勞載荷為載荷數據轉化后的等效疲勞載荷。

在一些實施方式中，載荷結果均采用1Hz的等效疲勞載荷。