一种确定偏航驱动设计载荷的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种确定偏航驱动设计载荷的方法及装置，应用于风力发电机组系统，所述方法包括：确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布；对偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密度函数曲线；使用6σ概率线与偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点确定偏航风载荷最大值；确定与偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器设计载荷。获取6σ概率线与偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点，根据交点确定合适的极限风力发电机组偏航风载荷，确定了合适的极限风力发电机组偏航风载荷，进而有效的降低了风力发电机组偏航系统的设计成本。
【专利说明】一种确定偏航驱动设计载荷的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电机组系统设计【技术领域】，更具体地说，涉及一种确定偏航驱 动设计载荷的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 风力发电机组的偏航过程是由偏航软启动器保护偏航电机进行启动，启动后软启 动器被旁路，通过马达保护开关偏航电机进行偏航，在偏航的整个过程中，偏航刹车提供一 部分保持力矩以维持风力发电机组的稳定偏航。风力发电机组的偏航驱动器是风力发电机 组实现偏航过程的重要部分，因此如何有效的实现对风力发电机组的偏航驱动器设计是目 前亟待解决的问题。
[0003] 偏航驱动器设计载荷是风力发电机组偏航驱动器设计的基础。目前，在对偏 航驱动器设计载荷时，主要是根据基于GL(Germanischer Lloyd)/IEC(International Electrotechnical Commission)设计规范中工况定义对工况进行计算机模拟，获取多个风 力发电机组的偏航风载荷值，并从多个风力发电机组的偏航风载荷值中选取最大的值作为 偏航风载荷的最大值，根据由偏航刹车获取的偏航保持力矩及偏航风载荷的最大值确定偏 航驱动设计载荷，进而完成对偏航驱动器的选型设计。
[0004] 现有的偏航驱动设计方法尽管实现了偏航系统的设计需求，但往往由于极限风力 发电机组偏航风载荷较大且发生的次数较少，以至于直接选取风力发电机组载荷的极限值 的偏航驱动设计成本较高。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种确定偏航驱动设计载荷的方法及装置，用以 降低风力发电机组偏航系统的设计成本。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -方面，本发明提供了一种确定偏航驱动设计载荷的方法，应用于风力发电机组 系统，包括：
[0008] 确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布；
[0009] 对所述偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密度函数曲 线.
[0010] 使用6 〇概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点确定偏航风载 荷最大值；
[0011] 确定与所述偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器设计 载荷。
[0012] 优选的，所述根据6 σ概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线确定偏航 风载荷最大值包括：
[0013] 获取所述6 σ概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的第一交点和第 二交点；
[0014] 分别对所述第一交点和所述第二交点取绝对值；
[0015] 判断取绝对值之后的所述第一交点是否大于取绝对值之后的所述第二交点，如果 是，则将所述第一交点的绝对值确定为最大值；如果否，则将所述第二交点的绝对值确定为 最大值。
[0016] 优选的，所述确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布包括：
[0017] 分别获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合曲线和不同风速对 应的概率分布；
[0018] 采用所述正态分布拟合曲线和所述概率分布确定风力发电机组全寿命期的偏航 风载荷概率分布。
[0019] 优选的，在获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合曲线前包括：
[0020] 对设计规范中工况定义对工况进行模拟，获取多个所述风力发电机组偏航风载 荷。
[0021] 优选的，所述确定与所述偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航 驱动器设计载荷包括 ：
[0022] 按照下述公式确定所述偏航驱动器设计载荷
[0023] T驱动极限=T极限风载+T保持力矩
[0024] 式中，为偏航系统设计所需的最大驱动力矩，Tmws为偏航运行工况的极 限风载荷，为偏航运动过程中克服的偏航刹车力矩。
[0025] 另一方面，本发明提供了一种确定偏航驱动设计载荷的装置，应用于风力发电机 组系统，包括：
[0026] 第一确定单元，用于确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布；
[0027] 获取单元，用于对所述偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概 率密度函数曲线；
[0028] 第二确定单元，用于使用6 〇概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的 交点确定偏航风载荷最大值；
[0029] 第三确定单元，用于确定与所述偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配 的偏航驱动器设计载荷。
[0030] 优选的，所述第二确定单元包括：
[0031] 第一获取单元，用于获取所述6 〇概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲 线的第一交点和第二交点；
[0032] 计算单元，用于分别对所述第一交点和所述第二交点取绝对值；
[0033] 判断单元，用于判断取绝对值之后的所述第一交点是否大于取绝对值之后的所述 第二交点，如果是，则将所述第一交点的绝对值确定为最大值；如果否，则将所述第二交点 的绝对值确定为最大值。
[0034] 优选的，所述第一确定单元包括：
[0035] 第二获取单元，用于分别获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合 曲线和不同风速对应的概率分布；
[0036] 第四确定单元，用于采用所述正态分布拟合曲线和所述概率分布确定风力发电机 组全寿命期的偏航风载荷概率分布。
[0037] 优选的，所述装置还包括：
[0038] 第三获取单元，用于对设计规范中工况定义对工况进行模拟，获取多个所述风力 发电机组偏航风载荷。
[0039] 优选的，所述第三确定单元包括：
[0040] 第五确定单元，用于按照下述公式确定所述偏航驱动器设计载荷
[0041] T驱动极限=T极限风载+T保持力矩
[0042] 式中，为偏航系统设计所需的最大驱动力矩，Tmws为偏航运行工况的极 限风载荷，为偏航运动过程中克服的偏航刹车力矩。
[0043] 与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0044] 本发明提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法，获取6 〇概率线与偏航风载荷 累计概率密度函数曲线的交点，根据交点确定合适的极限风力发电机组偏航风载荷，与现 有技术中极限风力发电机组偏航风载荷较大且发生的次数较少相比，本发明提供的确定偏 航驱动设计载荷的方法确定了合适的极限风力发电机组偏航风载荷，进而有效的降低了风 力发电机组偏航系统的设计成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0046] 图1为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法的一种流程图；
[0047] 图2为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法的另一种流程图；
[0048] 图3为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法的一种流程图；
[0049] 图4为本发明实施例提供的一种某个风速下偏航风载荷的正态分布拟合曲线图；
[0050] 图5为本发明实施例提供的一种典型累计概率密度函数曲线图；
[0051] 图6为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的装置的一种结构示意 图；
[0052] 图7为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的装置的一种子结构示 意图；
[0053] 图8为本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的装置的另一种子结构 示意图；
[0054] 图9为本发明实施例提供的一种平均风速为6m/s和12m/s的偏航风载荷曲线图；
[0055] 图10为本发明实施例提供的一种正态分布拟合不同风速下的各偏航风载荷概率 密度曲线图；
[0056] 图11为本发明实施例提供的一种不同风速对应的威布尔分布曲线图；
[0057] 图12为本发明实施例提供的一种2MW风电机组全寿命期的偏航载荷概率分布曲 线图。
【具体实施方式】
[0058] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059] 大型风力发电机组的偏航系统，通常由机械和垫圈两部分组成，机械部分主要包 含偏航轴承、偏航刹车盘、偏航齿轮箱，电器部分则有偏航电机、软启动器、马达保护开关， 其中，偏航驱动器是由偏航电机和偏航齿轮箱组成的。本发明实施例是应用于风力发电机 组系统中偏航驱动器设计的基础部分，即偏航驱动设计载荷的确定。
[0060] 在风力发电机组的偏航驱动器设计是以满足风电机组对风的需求从而提升风力 发电机组发电量为目标，并满足风力发电机组偏航系统的安全性需求，由于偏航驱动器设 计载荷是风力发电机组偏航驱动器设计的基础，所以选择合适的偏航驱动器载荷显得尤为 重要。
[0061] 请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法的 一种流程图，应用于风力发电机组系统，可以包括以下步骤：
[0062] 步骤101 :确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布。
[0063] 步骤102 :对偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密度函 数曲线。
[0064] 步骤103 :使用6 σ概率线与偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点确定偏航 风载荷最大值。
[0065] 步骤104 :确定与偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器 设计载荷。
[0066] 本发明实施例采用6 〇概念选取最合适的偏航风载荷最大值，同时综合考虑到风 的分布和载荷特征，将风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布进行曲线拟合，获取 拟合曲线与6 〇概率线的交点，以便于将偏航风载荷设计在合适的范围内，同时在风速较 大偏航风载荷超出设计载荷的情况下，保持风力发电机组的不偏航，本发明实施例提供的 方法，不仅能保证偏航系统的安全又能极大地降低偏航驱动设计的成本。
[0067] 本发明提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法，获取6 〇概率线与偏航风载荷 累计概率密度函数曲线的交点，根据交点确定合适的极限风力发电机组偏航风载荷，与现 有技术中极限风力发电机组偏航风载荷较大且发生的次数较少相比，本发明提供的确定偏 航驱动设计载荷的方法确定了合适的极限风力发电机组偏航风载荷，进而有效的降低了风 力发电机组偏航系统的设计成本。
[0068] 请参考图2,其示出了本发明实施例提供的一种确定偏航驱动设计载荷的方法的 另一种流程图，可以包括以下步骤：
[0069] 步骤201 :对设计规范中工况定义对工况进行模拟，获取多个风力发电机组偏航 风载荷。
[0070] 步骤202 :分别获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合曲线和不 同风速对应的概率分布。
[0071] 步骤203 :采用正态分布拟合曲线和概率分布确定风力发电机组全寿命期的偏航 风载荷概率分布。
[0072] 步骤204 :对偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密度函 数曲线。
[0073] 步骤205 :使用6 σ概率线与偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点确定偏航 风载荷最大值。
[0074] 步骤206 :确定与偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器 设计载荷。
[0075] 本发明实施例中，综合考虑风的分布和载荷特征等因素，根据6 〇概率范围确定 偏航运行时工况条件下的最大风载荷Ims。首先基于GL/IEC设计规范中工况定义的载荷计 算方法，对工况定义中的载荷计算方法进行计算机模拟，计算风力发电机组的偏航风载荷。
[0076] 通常，同一风速Vn情况下不同的偏航风载荷所发生的概率近似满足正态分布规 律，因此可根据同一风速V n情况下不同的偏航风载荷发生情况进行数据统计。
[0077] 根据计算得到的风力发电机的偏航风载荷，获取不同风速下的各偏航风载荷发生 概率为：
【权利要求】
1. 一种确定偏航驱动设计载荷的方法，应用于风力发电机组系统，其特征在于，包括： 确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布； 对所述偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密度函数曲线； 使用60概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点确定偏航风载荷最 大值； 确定与所述偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器设计载荷。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据6 0概率线与所述偏航风载荷累 计概率密度函数曲线确定偏航风载荷最大值包括： 获取所述6 0概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的第一交点和第二交 占. ；、、、? 分别对所述第一交点和所述第二交点取绝对值； 判断取绝对值之后的所述第一交点是否大于取绝对值之后的所述第二交点，如果是， 则将所述第一交点的绝对值确定为最大值；如果否，则将所述第二交点的绝对值确定为最 大值。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定风力发电机组全寿命期的偏航 风载荷概率分布包括： 分别获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合曲线和不同风速对应的 概率分布； 采用所述正态分布拟合曲线和所述概率分布确定风力发电机组全寿命期的偏航风载 荷概率分布。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在获取不同风速下各偏航风载荷发生概 率的正态分布拟合曲线前包括： 对设计规范中工况定义对工况进行模拟，获取多个所述风力发电机组偏航风载荷。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定与所述偏航风载荷最大值和获 取的偏航刹车力矩相匹配的偏航驱动器设计载荷包括： 按照下述公式确定所述偏航驱动器设计载荷 T驱动极限=T极限风载+T保持力矩 式中，为偏航系统设计所需的最大驱动力矩，T极帛为偏航运行工况的极限风 载荷，T 为偏航运动过程中克服的偏航刹车力矩。
6. -种确定偏航驱动设计载荷的装置，应用于风力发电机组系统，其特征在于，包括： 第一确定单元，用于确定风力发电机组全寿命期的偏航风载荷概率分布； 获取单元，用于对所述偏航风载荷概率分布进行曲线拟合获取偏航风载荷累计概率密 度函数曲线； 第二确定单元，用于使用6 0概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的交点 确定偏航风载荷最大值； 第H确定单元，用于确定与所述偏航风载荷最大值和获取的偏航刹车力矩相匹配的偏 航驱动器设计载荷。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元包括： 第一获取单元，用于获取所述60概率线与所述偏航风载荷累计概率密度函数曲线的 第一交点和第二交点； 计算单元，用于分别对所述第一交点和所述第二交点取绝对值； 判断单元，用于判断取绝对值之后的所述第一交点是否大于取绝对值之后的所述第二 交点，如果是，则将所述第一交点的绝对值确定为最大值；如果否，则将所述第二交点的绝 对值确定为最大值。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元包括： 第二获取单元，用于分别获取不同风速下各偏航风载荷发生概率的正态分布拟合曲线 和不同风速对应的概率分布； 第四确定单元，用于采用所述正态分布拟合曲线和所述概率分布确定风力发电机组全 寿命期的偏航风载荷概率分布。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 第H获取单元，用于对设计规范中工况定义对工况进行模拟，获取多个所述风力发电 机组偏航风载荷。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第H确定单元包括： 第五确定单元，用于按照下述公式确定所述偏航驱动器设计载荷 T驱动极限=T极限风载+T保持力矩 式中，为偏航系统设计所需的最大驱动力矩，T极帛为偏航运行工况的极限风 载荷，T 为偏航运动过程中克服的偏航刹车力矩。
【文档编号】G06F17/50GK104462703SQ201410784231
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】张凯, 陶友传, 文茂诗, 李顺建 申请人:中船重工(重庆)海装风电设备有限公司