基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法及系统与流程

本发明涉及风力发电，具体涉及一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法及系统。

背景技术：

1、风力发电机组是由风能转换为机械能，再由机械能转化为电能的一种装置，主要由风轮系统、传动链系统(包含齿轮箱)、机舱系统和塔筒系统组成，其中塔筒为承载部件，在风力发电机组中起着举足轻重的作用。

2、根据标准《gb/t 37257-2018》要求，风力发电机组样机必须对机组塔筒进行载荷测量，一般采用电阻应变片组成惠斯通电桥型式进行测量。机组塔筒载荷一般在风电场进行测量，但往往由于载荷采集设备的原因，采集系统中只存了电信号。故在后期只有通过载荷标定技术进行数据处理，但因现场环境恶劣、应变片随时间老化以及施工原因，往往会导致前期或者后期使用同一套标定系数无法适用，继续使用将导致数据分析结果存在偏差。

3、目前，随着机组的大型化发展以及整机厂家降本，其次因现场气象条件不可控，无疑会导致机组倒塌危险性加重，因此，测试数据结果反馈成为整机厂家尤为关注的问题。因此，为防止倒塔，延长机组使用寿命，增加机组发电量，需要一种方法，令机组做出合理判断提高机组使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，在满足自动标定的基础上，还可实时计算当前载荷水平、疲劳载荷水平以及预估20年疲劳寿命，并通过机组变桨、变转速控制，将机组安全性提到最高，进而为风电机组中发电量提升提供有力支撑。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，包括如下步骤：

3、通过主控系统接收塔筒载荷测量系统输出的电压差信号和风速信息；

4、判断风速是否小于风速预设值，若小于风速预设值，则向主控系统发出偏航指令，并在偏航系统完成偏航指令后反馈给主控系统偏航数据；

5、主控系统根据机组信息、电压差信号以及偏航数据得到标定系数；

6、利用标定系数得到俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息；

7、根据俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息得出机组塔筒载荷弯矩；

8、将得到的塔筒载荷弯矩与机组理论弯矩进行比较得出误差；

9、将得出的误差与预设的误差标准进行比较，若在预设的误差标准以内则采用标定系数得出的机组测量弯矩载荷；

10、若超出预设的误差标准，则调节风电机组运行载荷，然后通过以上步骤进行重新标定得到新的标定系数；

11、基于新的标定系数重新计算塔筒载荷弯矩，直至误差小于预设的误差标准。

12、进一步，所述则向主控系统发出偏航指令，包括先给偏航系统发出0度指令，然后给偏航系统发出逆时针偏航450度、顺时针偏航450度指令。

13、进一步，所述主控系统根据机组信息、电压差信号以及偏航数据得到标定系数，包括根据机组偏航带来俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2信号波形呈正弦函数或预先函数，找到波峰与波谷的值；

14、通过公式k＝δm/δs，得到标定系数斜率k1，k2；

15、其中δm＝2m0gl/1000；m0表示机头质量，单位kg；δs表示应变信号幅值，v；g表示重力加速度，kg/m2；l表示机舱质心距塔架中轴线距离，m；k表示线性关系中斜率，knm/v；s表示测量时应变片输出的电信号，v。

16、进一步，所述利用标定系数得到俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息，包括，利用材料力学弯曲模型，中性层不受弯曲，通过公式：

17、z＝-k*smean；

18、m＝ks+z；得到俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2载荷信息；其中，z表示截距，即中性层载荷补偿量，knm；smean表示应变信号平均值，v；m表示弯矩载荷，knm。

19、进一步，所述得到塔筒载荷弯矩，包括，将贴片位置处坐标系转到机头方向坐标系，通过公式将静坐标系转换到动坐标系解耦，

20、my＝(m1*cos(yaw)+m2*sin(yaw))；

21、mx＝(-m1*sin(yaw)+m2*cos(yaw))；其中，yaw表示相对机组偏航方位角，deg；my表示机组塔筒俯仰弯矩，knm；mx表示机组塔筒倾覆弯矩，knm。

22、进一步，所述风速预设值为3m/s，所述预设的误差标准为1％。

23、本发明还提供一种塔筒测量载荷反馈系统，包括：

24、塔筒测量系统：用于实时检测塔筒受力状态，并将测量出来的电压信号发送至风力发电机组控制系统；

25、风力发电机组控制系统:用于计算塔筒弯矩以及疲劳载荷，并识别对应载荷是否超出风力发电机组设计的极限阈值、疲劳载荷阈值以及外推疲劳载荷阈值，同时根据判定结果向降载系统发出降载指令；

26、偏航系统：根据风力发电机组发出偏航指令进行偏航，并向风力发电机组控制系统反馈偏航数据；

27、降载系统：根据风力发电机组发出的指令控制风力发电机组降载运行。

28、由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，包括如下步骤：通过主控系统接收塔筒载荷测量系统输出的电压差信号和风速信息；判断风速是否小于风速预设值，若小于风速预设值，则向主控系统发出偏航指令，并在偏航系统完成偏航指令后反馈给主控系统偏航数据；主控系统根据机组信息、电压差信号以及偏航数据得到标定系数；利用标定系数得到俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息；根据俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息得出机组塔筒载荷弯矩；将得到的塔筒载荷弯矩与机组理论弯矩进行比较得出误差；将得出的误差与预设的误差标准进行比较，若在预设的误差标准以内则采用标定系数得出的机组测量弯矩载荷；若超出预设的误差标准，则调节风电机组运行载荷，然后通过以上步骤进行重新标定得到新的标定系数；基于新的标定系数重新计算塔筒载荷弯矩，直至误差小于预设的误差标准。通过机组自动标定，在降低人工工作量的同时，还保证了不同时期测量塔筒载荷精度。在满足自动标定的基础上，还可实时计算当前载荷水平、疲劳载荷水平以及预估20年疲劳寿命，并通过机组变桨、变转速控制，将机组安全性提到最高，进而为风电机组中发电量提升提供有力支撑。

技术特征：

1.一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，所述则向主控系统发出偏航指令，包括先给偏航系统发出0度指令，然后给偏航系统发出逆时针偏航450度、顺时针偏航450度指令。

3.根据权利要求1所述的基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，所述主控系统根据机组信息、电压差信号以及偏航数据得到标定系数，包括根据机组偏航带来俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2信号波形呈正弦函数或预先函数，找到波峰与波谷的值；

4.根据权利要求3所述的基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，所述利用标定系数得到俯仰弯矩m1与倾覆弯矩m2的载荷信息，包括，利用材料力学弯曲模型，中性层不受弯曲，通过公式：

5.根据权利要求4所述的基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，所述得到塔筒载荷弯矩，包括，将贴片位置处坐标系转到机头方向坐标系，通过公式将静坐标系转换到动坐标系解耦，

6.根据权利要求1所述的基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法，其特征在于，所述风速预设值为3m/s，所述预设的误差标准为1％。

7.一种塔筒测量载荷反馈系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种基于塔筒自动载荷标定技术提升风电机组塔筒寿命的方法及系统，方法包括如下步骤：风速小于风速预设值，向主控系统发出偏航指令；主控系统根据机组信息、电压差信号以及偏航数据得到标定系数；利用标定系数得到俯仰弯矩M1与倾覆弯矩M2的载荷信息；得出机组塔筒载荷弯矩；将得到的塔筒载荷弯矩与机组理论弯矩进行比较得出误差；若超出预设的误差标准，则调节风电机组运行载荷；基于新的标定系数重新计算塔筒载荷弯矩，直至误差小于预设的误差标准。在满足自动标定的基础上，还可实时计算当前载荷水平、疲劳载荷水平，并通过机组变桨、变转速控制，将机组安全性提到最高，进而为风电机组中发电量提升提供有力支撑。

技术研发人员：张锐,宫伟,傅新鸿,和亚军,陈海军,周大鹏
受保护的技术使用者：中船海装风电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15