一种风力发电机组塔筒监测装置及方法与流程

本发明涉及风力发电机组塔筒监测，具体涉及一种风力发电机组塔筒监测装置及方法。

背景技术：

1、风力发电机组叶片设置在塔筒上，而随着风力发电机组的使用风力发电机组塔筒的塔体结构可能会出现机械应力疲劳，而塔体结构出现的机械应力疲劳可能会导致塔体发生倾斜或者塔筒倒塌的情况，所以在风力发电机组的运行过程中对风力发电机组塔筒的疲劳情况进行监测至关重要。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种风力发电机组塔筒监测装置及方法，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组塔筒监测方法包括以下步骤：

3、获取待判断运行时间段内风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率序列、待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率以及待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机叶片的转动频率；

4、根据所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态；

5、根据所述风速状态，对所述瞬时摆动频率序列进行划分，得到所述瞬时摆动频率序列对应的各子序列和各子序列对应的风速状态；

6、根据所述各子序列对应的风速状态，得到所述各子序列对应的数值矫正因子；

7、根据所述数值矫正因子和所述瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率；

8、根据所述目标瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值；

9、根据所述目标瞬时摆动频率和所述趋势特征值，得到所述各子序列对应的前置序列影响因子；

10、根据所述前置序列影响因子和所述趋势特征值，得到待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值；

11、根据所述目标趋势特征值和所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度；判断所述疲劳程度是否大于预设疲劳程度阈值，若是，对风力发电机塔筒进行预警。

12、第二方面，本发明提供了一种风力发电机组塔筒监测装置，所述装置包括第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、第四获取模块、第五获取模块和判断模块：所述第一获取模块用于获取待判断运行时间段内风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率序列、待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率以及待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机叶片的转动频率；根据所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态；所述第二获取模块用于根据所述风速状态，对所述瞬时摆动频率序列进行划分，得到所述瞬时摆动频率序列对应的各子序列和各子序列对应的风速状态；所述第三获取模块用于根据所述各子序列对应的风速状态，得到所述各子序列对应的数值矫正因子；根据所述数值矫正因子和所述瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率；所述第四获取模块用于根据所述目标瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值；所述第五获取模块用于根据所述目标瞬时摆动频率和所述趋势特征值，得到所述各子序列对应的前置序列影响因子；根据所述前置序列影响因子和所述趋势特征值，得到待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值；所述判断模块用于根据所述目标趋势特征值和所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度；判断所述疲劳程度是否大于预设疲劳程度阈值，若是，对风力发电机塔筒进行预警。

13、优选的，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态的方法，包括：

14、对于任一运行时刻：

15、当该运行时刻风力发电机叶片的转动频率处于低风速状态对应的频率区间内时，则将该运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态记为低风速状态；

16、当该运行时刻风力发电机叶片的转动频率处于中风速状态对应的频率区间内时，则将该运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态记为中风速状态；

17、当该运行时刻风力发电机叶片的转动频率处于高风速状态对应的频率区间内时，则将该运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态记为高风速状态。

18、优选的，根据如下公式计算所述各子序列对应的数值矫正因子：

19、

20、其中，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列对应的数值矫正因子，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列对应的风速状态的频率区间的最大值，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列对应的风速状态的频率区间的最小值，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列中瞬时摆动频率的数量，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列中的第j个运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率，为所述瞬时摆动频率对应的第i个子序列对应的风速状态的频率区间的中心值。

21、优选的，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率的方法，包括：

22、对于任一子序列中的任一运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率：将该子序列对应的数值矫正因子与该运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率进行相乘，将相乘后的值记为该运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率。

23、优选的，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值的方法，包括：

24、对所述各子序列中的各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率进行loess局部加权回归，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率的拟合值均值；

25、根据所述各子序列中的各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率，得到所述各子序列对应的各过渡目标瞬时摆动频率；

26、对于任一风速状态对应的任一子序列，将与该子序列对应的风速状态相同且在时间上位于该子序列前面的子序列记为该子序列对应的相邻子序列；

27、根据如下公式计算瞬时摆动频率对应的各子序列中各过渡目标瞬时摆动频率对应的目标拟合值均值：

28、

29、其中，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列中的第g个过渡目标瞬时摆动频率对应的目标拟合值均值，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列中的第g个过渡目标瞬时摆动频率对应的拟合值均值，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列的相邻子序列中的第g个过渡目标瞬时摆动频率对应的拟合值均值；

30、将所述各子序列中的各过渡目标瞬时摆动频率对应的目标拟合值均值以及各子序列中除各过渡目标瞬时摆动频率之外的其它目标瞬时摆动频率对应的拟合值均值记为对应运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值。

31、优选的，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值的方法，包括：

32、对于任一子序列：

33、将该子序列中的第1个、第2个、最后一个运行时刻以及倒数第2个运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率记为过渡目标瞬时摆动频率；

34、根据该子序列中的第b个运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率与第b-1个运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率之间的差值，构建得到该子序列对应的差值序列；

35、判断该子序列对应的差值序列中的前2个数值是否均大于或者小于0，若是，则继续判断该子序列对应的差值序列中的前3个数值是否均大于或者小于0，若不是，则停止判断，且将该子序列对应的差值序列中的前2个数值对应的目标瞬时摆动频率均记为过渡目标瞬时摆动频率；

36、判断该子序列对应的差值序列中的最后2个数值是否均大于或者小于0，若是，则继续判断该子序列对应的差值序列中的最后3个数值是否均大于或者小于0，若不是，则停止判断，且则将该子序列对应的差值序列中的最后2个数值对应的目标瞬时摆动频率均记为过渡目标瞬时摆动频率。

37、优选的，得到所述各子序列对应的前置序列影响因子的方法，包括：

38、对所述各子序列中的所有运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率进行求和之后求均值，并记为对应子序列的摆动频率均值；

39、计算所述各子序列中的各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率与对应运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值之间差值的绝对值，并将差值的绝对值记为各子序列中的各运行时刻风力发电机塔筒对应的差异值；

40、根据所述差异值，构建得到所述各子序列对应的差异值序列，计算得到所述各子序列对应的差异值序列的方差；

41、将瞬时摆动频率序列对应的各子序列前面的子序列记为对应子序列的前置序列；

42、根据如下公式计算瞬时摆动频率序列对应的各子序列的前置序列影响因子：

43、

44、其中，为瞬时摆动频率序列对应的第i个子序列的前置序列影响因子，为瞬时摆动频率序列对应的第i个子序列的前置序列对应的差异值序列的方差，为瞬时摆动频率序列对应的第i个子序列对应的摆动频率均值，为瞬时摆动频率序列对应的第i个子序列的前置序列对应的摆动频率均值，norm()为归一化函数。

45、优选的，得到待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值的方法，包括：

46、对各子序列中的所有运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值进行求和之后求均值，并记为对应子序列的趋势特征均值；

47、根据如下公式计算所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值：

48、

49、其中，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列中的第j个运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列中的第j个运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列的前置序列影响因子，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列对应的趋势特征均值，为瞬时摆动频率对应的第i个子序列的前置序列对应的趋势特征均值；

50、根据所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值，得到待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值。

51、优选的，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度的方法，包括：

52、对于待判断运行时间段内的任一运行时刻：将该运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值与该运行时刻风力发电机叶片的转动频率的比值，记为该运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度。

53、有益效果:本发明首先获取待判断运行时间段内风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率序列、待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率以及待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机叶片的转动频率；并根据所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒对应的瞬时摆动频率的风速状态；之后根据所述风速状态，对所述瞬时摆动频率序列进行划分，得到所述瞬时摆动频率序列对应的各子序列和各子序列对应的风速状态；再然后根据所述各子序列对应的风速状态，得到所述各子序列对应的数值矫正因子；根据所述数值矫正因子和所述瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标瞬时摆动频率；本发明通过数值矫正因子获取的目标瞬时摆动频率能够使得后续获取的趋势特征值更加可靠；紧接着根据所述目标瞬时摆动频率，得到所述各子序列中各运行时刻风力发电机塔筒对应的趋势特征值；根据所述目标瞬时摆动频率和所述趋势特征值，得到所述各子序列对应的前置序列影响因子；根据所述前置序列影响因子和所述趋势特征值，得到待判断运行时间段内各运行时刻风力发电机塔筒对应的目标趋势特征值；本发明基于前置序列影响因子对趋势特征值进行调整，使得后续获取的各运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度更加准确；最后根据所述目标趋势特征值和所述转动频率，得到所述各运行时刻风力发电机塔筒的疲劳程度；判断所述疲劳程度是否大于预设疲劳程度阈值，若是，对风力发电机塔筒进行预警。本发明能够提高对塔筒疲劳程度评估的准确性。