一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法及装置与流程

本发明属于风电机组结构建模仿真，具体涉及一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法及装置。

背景技术：

1、风电机组主要结构部件包括叶片、轮毂、机舱、塔架和复杂基础等。在风电机组运行过程中，叶片和轮毂承受风载荷产生纵向、水平载荷及各类扭矩，并传递到机舱和塔架上，塔架承受机组的重量、风载荷及各种动载荷并将载荷转递到基础。为保证机组在运行过程中的安全稳定性，必须对上述载荷承载结构进行动力学建模，开展强度、疲劳和动力学特性仿真计算，校核安全性能。

2、风电机组设计过程中需对整机结构进行动力学建模仿真分析。风电机组整机结构动力学建模是通过对结构进行离散化，达到对数学物理方程求解域离散的目的，再选用合适的插值函数，分块逼近真实解。但动力学模型自由度数量庞大，且自由度编号无序，导致计算规模大，计算效率较低。

3、随着风电机组容量不断提升，风电机组整机结构部件的建模精细化要求越来越高，导致整机结构动力学模型自由度数量急速攀升，庞大的数据存储量会极大提升计算规模，使得仿真计算效率显著降低，为此必须对风电机组整机模型的计算规模进行优化处理，提高仿真求解效率。

4、目前，有采用梁结构、质点等离散结构建立的风电机组整机结构动力学模型，得到风电机组整机结构的质量、刚度及阻尼矩阵，基于以上矩阵形成的动力学方程直接进行风电机组整机结构的强度、疲劳及动力学特性的计算分析。但该技术在风电机组整机结构建模和计算过程中所建立的动力学方程系数矩阵均为满秩矩阵，未对矩阵进行优化处理，由此得到的风电机组整机结构动力学模型计算规模较大，求解时计算效率较低。

技术实现思路

1、为克服上述相关技术中存在的问题，本技术提供一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法及装置。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法，包括：

3、基于风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度的度数，确定所述风电机组的整机结构动力学模型中距离最远的两个自由度，所述距离最远的两个自由度为两个起始点；

4、利用所述两个起始点构建目标展开树；

5、基于所述目标展开树中各自由度所在的层次，对风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度进行重新编号。

6、优选的，所述基于风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度的度数，确定所述风电机组的整机结构动力学模型中距离最远的两个自由度，包括：

7、选择所述风电机组的整机结构动力学模型中度数最小的自由度为初始起始点；

8、以所述初始起始点为根自由度，并基于所述风电机组的整机结构动力学模型中除所述初始起始点外的其他自由度构建第一展开树；

9、以所述第一展开树中的最后一层自由度构建多个第二展开树，并从所述多个第二展开树中选择树宽最小的第二展开树对应的根自由度为第二起始点；

10、基于所述第一展开树和所述多个第二展开树，确定第一起始点；

11、所述第一起始点和所述第二起始点为所述风电机组的整机结构动力学模型中距离最远的两个自由度。

12、优选的，所述以所述第一展开树中的最后一层自由度构建多个第二展开树，包括：

13、令所述第一展开树中最后一层自由度的集合为自由度集合；

14、以自由度集合中的每个自由度为根自由度，并基于所述风电机组的整机结构动力学模型中除所述自由度集合中的每个自由度外的其他自由度构建第二展开树。

15、优选的，所述基于所述第一展开树和所述多个第二展开树，确定第一起始点，包括：

16、步骤11：令s=1，比较第s个第二展开树的层数和第一展开树的层数，若所述第二展开树的层数大于所述第一展开树的层数，则令所述第二展开树对应的根自由度为第一起始点；若所述第二展开树的层数小于等于所述第一展开树的层数，则令所述初始起始点为第一起始点；

17、步骤12：令s=s+1，并比较第s个第二展开树的层数和第一起始点对应的展开树的层数，若所述第s个第二展开树的层数大于第一起始点对应的展开树的层数，则将所述第一起始点更新为所述第s个第二展开树对应的根自由度；若所述第s个第二展开树的层数小于等于第一起始点对应的展开树的层数，则不更新所述第一起始点；

18、步骤13：判断s是否大于等于s，若s大于等于s，则输出第一起始点；若s小于s，则返回步骤12；其中，s为所述第二展开树的总数量。

19、优选的，所述利用所述两个起始点构建目标展开树，包括：

20、以所述第一起始点为根自由度，并基于所述风电机组的整机结构动力学模型中除所述第一起始点外的其他自由度构建第三展开树；

21、以所述第二起始点为根自由度，并基于所述风电机组的整机结构动力学模型中除所述第二起始点外的其他自由度构建第四展开树；

22、根据所述风电机组的整机结构动力学模型中各自由度在所述第三展开树和所述第四展开树中的层编号，确定所述各自由度的层次关系数对；

23、基于所述各自由度的层次关系数对，将所述各自由度归入目标展开树中，以构建所述目标展开树。

24、优选的，所述根据所述风电机组的整机结构动力学模型中各自由度在所述第三展开树和所述第四展开树中的层编号，确定所述各自由度的层次关系数对，包括：

25、令所述各自由度的层次关系数对中的行为i，所述各自由度的层次关系数对中的列为j，则所述各自由度的层次关系数对为[i，j]；

26、其中，i为所述各自由度在所述第三展开树中的层编号；j=k-z+1，k为所述第四展开树中的总层数，z为所述各自由度在所述第四展开树中的层编号。

27、优选的，所述基于所述各自由度的层次关系数对，将所述各自由度归入目标展开树中，以构建所述目标展开树，包括：

28、将i和j相同的层次关系数对对应的自由度归入目标展开树的第i层中，并删除所述风电机组的整机结构动力学模型中的所述自由度及所述自由度的边；

29、基于i和j不相同的层次关系数对对应的自由度，构建多个自由度群；

30、按照各自由度群的自由度数目递减的顺序，对所述各自由度群进行排序，得到排序后的自由度群；所述排序后的自由度群为|v(c1)|≥|v(c2)|≥…≥|v(ci)| ≥…≥|v(cp)|，i∈[1,p],p为自由度群的总数量，ci为第i个自由度群，cp为第p个自由度群，|v(ci)|为第i个自由度群中自由度的数量，|v(c1)|为第1个自由度群中自由度的数量，|v(c2)|为第2个自由度群中自由度的数量，|v(cp)|为第p个自由度群中自由度的数量；

31、将所述排序后的自由度群中的各自由度归入所述目标展开树，得到构建后的所述目标展开树。

32、优选的，所述将所述排序后的自由度群中的各自由度归入所述目标展开树，包括：

33、步骤21：确定向量(n1，n2，…，nj，…,nm)，其中，j∈[1,m],m为目标展开树的总层数；nj=|nj|,令|nj|为目标展开树中第j层的自由度数；

34、步骤22：确定向量(h1，h2，…，hj，…,hm)和向量(l1，l2，…，lj，…,lm)；

35、其中，hj=nj+fi，lj=nj+gi；fi为当选择自由度的层次关系数对中的行为被选择层数时，第i个自由度群ci中可放入所述被选择层数中的自由度的数量；gi为当选择自由度的层次关系数对中的列为被选择层数时，第i个自由度群ci中可放入所述被选择层数中的自由度的数量；

36、步骤23：令l0=max{lj:(lj-ni)＞0}，h0=max{hj:(hj-nj)＞0}；

37、当h0＜l0时，选择自由度的层次关系数对中的行作为第i个自由度群ci中的自由度在目标展开树中的层数，并将第i个自由度群ci中的自由度分配至与其对应的分层内；

38、当h0＞l0时，选择自由度的层次关系数对中的列作为第i个自由度群ci中的自由度在目标展开树中的层数，并将第i个自由度群ci中的自由度分配至与其对应的分层内；

39、当h0=l0时，判断自由度的层次关系数对中的行对应的树宽和自由度的层次关系数对中的列对应的树宽是否相等，若不相等，则选择两者之间最小的树宽对应的行或列为第i个自由度群ci中的自由度在目标展开树中的层数，并将第i个自由度群ci中的自由度分配至与其对应的分层内；若相等，则选择两者之间最小的树宽对应的行为第i个自由度群ci中的自由度在目标展开树中的层数，将第i个自由度群ci中的自由度分配至与对应的分层内。

40、优选的，所述基于所述目标展开树中各自由度所在的层次，对风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度进行重新编号，包括：

41、步骤31：比较第一起始点和第二起始点的度数，若所述第一起始点的度数大于所述第二起始点的度数，则交换所述第一起始点和所述第二起始点，并将目标展开树中的各层序号按照与原来相反的序号进行重新标记；若所述第一起始点的度数小于等于所述第二起始点的度数，则目标展开树中的各层序号保持不变；

42、步骤32：令j=1；

43、步骤33：对所述目标展开树中第j层nj的自由度进行重新编号；

44、步骤34：设所述目标展开树中第j层nj中已重新编号的编号最小且相邻自由度中存在未重新编号自由度对应的自由度为w，对自由度w相邻的未重新编号自由度进行重新编号；

45、步骤35：判断所述目标展开树中第j层nj中是否还存在未编号的自由度，若存在，则从还存在未编号的自由度中选取一个度数最小的自由度开始重新编号，将步骤34分配的最大正整数加1的正整数作为所述度数最小的自由度的编号，并返回步骤34，直至所述目标展开树中第j层nj中不存在未重新编号的自由度；若不存在，则执行步骤36；

46、步骤36：令j=j+1；

47、步骤37：设所述目标展开树中第j层nj中已重新编号的编号最小且相邻自由度中存在未重新编号自由度对应的自由度为r，对自由度r相邻的未重新编号自由度进行重新编号；

48、步骤38：判断所述目标展开树中第j层nj中是否还存在未编号的自由度，若存在，则从还存在未编号的自由度中选取一个度数最小的自由度开始重新编号，将步骤37分配的最大正整数加1的正整数作为所述度数最小的自由度的编号，并返回步骤37，直至所述目标展开树中第j层nj中不存在未重新编号的自由度；若不存在，则执行步骤39；

49、步骤39：判断j是否大于等于m，若j大于等于m，则进行重新编号后的风电机组的整机结构动力学模型中的第s个自由度的编号为ws，并执行步骤40；若j小于m，则返回步骤36；其中，s∈[1,z],z为风电机组的整机结构动力学模型的自由度总数量；

50、步骤40：若第一条件或第二条件成立，则将进行重新编号后的风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度的编号按照与原来相反的编号进行重新标记，即对风电机组的整机结构动力学模型中的第s个自由度的编号ws进行重新标记后为wz-s+1；若第一条件和第二条件均不成立，则进行重新编号后的风电机组的整机结构动力学模型中各自由度的编号保持不变；所述第一条件为步骤31中所述第一起始点和所述第二起始点进行过交换且在步骤23中h0＞l0成立；所述第二条件为步骤31中所述第一起始点和所述第二起始点未进行交换且在步骤23中h0＜l0成立。

51、优选的，对目标展开树的第j层nj进行重新标记后的层序号为nm-j+1，j∈[1,m],m为目标展开树的总层数。

52、优选的，所述步骤33，包括：

53、令|nj|为目标展开树中第j层的自由度数，并判断第一起始点在风电机组的整机结构动力学模型中原来的编号是否为1，若是，则分配正整数1给所述第一起始点，并按照所述目标展开树中第j层nj中除第一起始点外的各自由度的度数递增的顺序，分配2至|nj|的连续的正整数作为所述目标展开树中第j层nj中除第一起始点外的各自由度的编号；若不是，则将正整数1分配给风电机组的整机结构动力学模型中原来的编号是1的自由度，并按照所述目标展开树中第j层nj中除第一起始点外的各自由度的度数递增的顺序，分配2至|nj|的连续的正整数作为所述目标展开树中第j层nj中除第一起始点外的各自由度的编号，并将|nj|+1的正整数作为所述第一起始点的编号。

54、优选的，所述步骤34包括：

55、将自由度w相邻的未重新编号自由度按照度数递增的顺序，分配以步骤33分配的最大正整数加1的连续正整数作为自由度w相邻的未重新编号自由度的编号，直至所述目标展开树中第j层nj中已重新编号自由度的全部相邻自由度完成重新编号。

56、优选的，所述步骤37包括：

57、将自由度r相邻的未重新编号自由度按照度数递增的顺序，分配以步骤35分配的最大正整数加1的连续正整数作为自由度r相邻的未重新编号自由度的编号，直至所述目标展开树中第j层nj中已重新编号自由度的全部相邻自由度完成重新编号，并执行步骤38。

58、根据本技术实施例的第二方面，提供一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理装置，包括：

59、确定单元，用于基于风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度的度数，确定所述风电机组的整机结构动力学模型中距离最远的两个自由度，所述距离最远的两个自由度为两个起始点；

60、构建单元，用于利用所述两个起始点构建目标展开树；

61、编号单元，用于基于所述目标展开树中各自由度所在的层次，对风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度进行重新编号。

62、根据本技术实施例的第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

63、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

64、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法。

65、根据本技术实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法。

66、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

67、本发明提供的一种风电机组整机仿真模型计算规模优化处理方法及装置，通过基于风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度的度数，确定风电机组的整机结构动力学模型中距离最远的两个自由度，距离最远的两个自由度为两个起始点，通过利用两个起始点构建目标展开树，通过基于目标展开树中各自由度所在的层次，对风电机组的整机结构动力学模型中的各自由度进行重新编号，实现了对风电机组的整机结构动力学模型的自由度编号重新排序，使动力学方程系数矩阵带宽大幅降低，可有效降低风电机组整机仿真模型计算规模，提高仿真计算效率。