一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置和预测方法与流程

本发明属于风电机组监测领域，具体设计一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置和预测方法。

背景技术：

1、当前，风电机组正朝着大功率、长叶片、高塔筒方向发展，在材料体系无法取得突破的情况下，其核心关键技术将受到诸多限制。串列式双风轮风电机组能够实现风能的梯级利用，打破传统单风轮风电机组叶片长度随机组容量线性增长的规律，降低机组造价，提升场地利用率，近年来倍受风电行业关注。

2、相对于单风轮风电机组，串列式双风轮风电机组传动系统更长、更复杂，载荷准确监测和预测较之传统风电机组更为困难。

技术实现思路

1、本发明提出一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置和预测方法，以解决现有技术中串列式双风轮风电机组的载荷监测与预测困难的问题。

2、为达上述目的，本发明提出技术方案如下：

3、一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，包括多个光纤载荷传感器、多个光纤温度传感器、前风轮光纤传感分析仪、机舱式测风激光雷达、机舱交换机、后风轮光纤传感分析仪、塔筒光纤传感分析仪和塔底交换机；

4、光纤载荷传感器和光纤温度传感器连接前风轮光纤传感分析仪或后风轮光纤传感分析仪或塔筒光纤传感分析仪；

5、前风轮光纤传感分析仪、后风轮光纤传感分析仪和塔筒光纤传感分析仪连接设置在塔筒上的机舱交换机；

6、机舱交换机和机舱式测风激光雷达连接塔底交换机；

7、塔底交换机连接外置服务器。

8、优选的，前风轮光纤传感分析仪、后风轮光纤传感分析仪和塔筒光纤传感分析仪上都设有无线模块。

9、优选的，所述光纤载荷传感器在每支前风轮叶片的叶根截面和最大弦长截面各安装四支，光纤载荷传感器在每支后风轮叶片的叶根截面及最大弦长截面各安装四支。

10、优选的，所述光纤载荷传感器在塔筒的上、中、下端各设有四支。

11、优选的，每个光纤载荷传感器旁都设有光纤温度传感器。

12、优选的，前风轮光纤传感分析仪、后风轮光纤传感分析仪和塔筒光纤传感分析仪分别设置在前风轮轮毂、后风轮轮毂和塔筒上；塔底交换机设置在塔筒底部；机舱交换机设置在塔筒。

13、一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，具体步骤包括：

14、步骤1：接收来自塔底接收器的数据，包括机组运行数据和载荷数据；

15、步骤2：设置卷积神经元的核函数，获得多个卷积神经网络模型，以1m/s风速间隔对机组运行数据和载荷数据进行分组，将每组数据分别带入到一个卷积神经网络模型进行训练，得到载荷预测模型；

16、所述载荷预测模型包括多个卷积神经网络模型；

17、步骤3：根据待预测机组运行风速确定对应卷积神经网络，将待预测机组运行数据输入到载荷预测模型中对应卷积神经网络模型，得到预测载荷。

18、优选的，所述卷积神经元包括1个低频卷积神经元和多个高频卷积神经元。

19、优选的，所述低频卷积神经元采用高斯分布作为核函数，表达式为：

20、

21、式中，μ为期望值，通常取值为0；σ为标准差，通常取值为1。

22、优选的，所述高频卷积神经元采用正弦小波函数和余弦小波函数作为核函数，其中，正弦小波函数的表达式为：

23、

24、

25、余弦小波函数的表达式为：

26、

27、

28、式中，f(i)为频率系列，根据精度需求从低频到高频按倍数关系分成若干特征频率。

29、本发明的有益之处在于：

30、提出一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，利用传感器对双风轮机组各个部位的载荷进行准确监测。

31、提出一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，建立载荷学习系统对模型进行训练，可以在传感器失效后，通过训练好的载荷预测系统对风电机组关键部位载荷进行预测。

技术特征：

1.一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，包括多个光纤载荷传感器(2)、多个光纤温度传感器(3)、前风轮光纤传感分析仪(4)、机舱式测风激光雷达(6)、机舱交换机(8)、后风轮光纤传感分析仪(10)、塔筒光纤传感分析仪(13)和塔底交换机(14)；

2.如权利要求1所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，前风轮光纤传感分析仪(4)、后风轮光纤传感分析仪(10)和塔筒光纤传感分析仪(13)上都设有无线模块。

3.如权利要求1所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，所述光纤载荷传感器(2)在每支前风轮叶片(1)的叶根截面和最大弦长截面各安装四支，光纤载荷传感器(2)在每支后风轮叶片(9)的叶根截面及最大弦长截面各安装四支。

4.如权利要求3所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，所述光纤载荷传感器(2)在塔筒(12)的上、中、下端各设有四支。

5.如权利要求4所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，每个光纤载荷传感器(2)旁都设有光纤温度传感器(3)。

6.如权利要求4所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，其特征在于，前风轮光纤传感分析仪(4)、后风轮光纤传感分析仪(10)和塔筒光纤传感分析仪(13)分别设置在前风轮轮毂(5)、后风轮轮毂(11)和塔筒(12)上；塔底交换机(14)设置在塔筒(12)底部；机舱交换机(8)设置在塔筒(12)。

7.一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，其特征在于，基于权利要求1-6所述的一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置，具体步骤包括：

8.如权利要求7所述的一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，其特征在于，所述卷积神经元包括1个低频卷积神经元和多个高频卷积神经元。

9.如权利要求8所述的一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，其特征在于，所述低频卷积神经元采用高斯分布作为核函数，表达式为：

10.如权利要求8所述的一种串列式双风轮风电机组载荷预测方法，其特征在于，所述高频卷积神经元采用正弦小波函数和余弦小波函数作为核函数，其中，正弦小波函数的表达式为：

技术总结
本发明属于风电机组监测领域，具体设计一种串列式双风轮风电机组载荷监测装置和预测方法，包括在种串列式双风轮风电机组的多个关键部位设置传感器，收集来自传感器的数据，并将数据转送至外置服务器，在传感器有效时间范围内，可以实现对串列式双风轮风电机组关键部位载荷的准确监测，并通过检测所得的数据，建立载荷预测模型并对模型进行训练；当传感器失效时，通过训练好的载荷预测系统对风电机组关键部位载荷进行预测。

技术研发人员：逯智科,郭小江,卢坤鹏,唐巍,劳文欣,叶昭良,刘鑫,闫姝
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13