本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電，具體地涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警方法，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警裝置以及一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過葉片轉(zhuǎn)動(dòng)把風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，繼而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，葉片的健康與否決定了風(fēng)機(jī)的發(fā)電量以及整機(jī)的運(yùn)行安全。為了平衡葉片的氣動(dòng)外形以及結(jié)構(gòu)性能，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片都是采用玻纖或碳纖的復(fù)合材料加工制作，這使得葉片在工作過程中，面對(duì)周圍環(huán)境如溫度、風(fēng)沙、冰雹、臺(tái)風(fēng)等的侵襲，易造成自身的損傷，常見的如開裂、砂眼、裂紋等。與此同時(shí)，葉片的受力狀態(tài)極其復(fù)雜。轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，受到氣動(dòng)荷載、重力、離心力等外力交替循環(huán)作用，使得葉片的疲勞損傷和受力損傷不可避免。若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)、預(yù)警并修復(fù)葉片的這些損傷，隨著裂紋、砂眼等的進(jìn)一步擴(kuò)大，可能會(huì)造成葉片的大面積破壞甚至斷裂，極大的影響發(fā)電量以及風(fēng)機(jī)壽命，造成風(fēng)場(chǎng)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、目前，針對(duì)葉片的健康監(jiān)測(cè)還是依據(jù)人工巡檢。通過制定定期以及專項(xiàng)的巡檢計(jì)劃，安排技術(shù)工人登高對(duì)葉片進(jìn)行近距離的排查。該方式對(duì)人工需求量大，效率低，耗時(shí)長(zhǎng)，人工巡檢過程中也會(huì)面臨一定的作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，人工巡檢期間風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要停機(jī)，對(duì)發(fā)電量也有一定的負(fù)面影響。為了減少葉片監(jiān)測(cè)所需的人力成本以及巡檢期間停機(jī)造成的發(fā)電量損失，基于無人機(jī)的風(fēng)機(jī)葉片巡檢系統(tǒng)成為目前比較熱門的解決方案。該方案主要依據(jù)無人機(jī)搭載的超高像素高速相機(jī)拍攝的葉片高清照片來診斷風(fēng)機(jī)葉片的損傷。但該方式只能監(jiān)測(cè)到葉片表面的開裂、褶皺等已有的可視損傷，對(duì)葉片內(nèi)部的損傷以及葉片可能潛在的損傷無法進(jìn)行監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)葉片狀態(tài)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)也很困難。

3、華中科技大學(xué)的劉小英等提出了基于聲音特征和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該方法通過分布在風(fēng)機(jī)周邊的戶外麥克風(fēng)采集不同風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)，將其傳輸?shù)接?xùn)練好的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷并輸出判斷結(jié)果。該方法對(duì)采集到的音頻信號(hào)的降噪處理以及bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的可靠度提出了比較高的要求。為了得到預(yù)測(cè)精度高、適用范圍廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，理想狀態(tài)下訓(xùn)練模型用的數(shù)據(jù)集的收集和建立應(yīng)當(dāng)是基于多場(chǎng)景、多狀態(tài)、真實(shí)風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行，這需要長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累。另外，戶外麥克風(fēng)工作過程中需要穩(wěn)定的電壓支撐，這對(duì)供電系統(tǒng)也是一個(gè)考驗(yàn)。

4、光纖應(yīng)變傳感器依靠其靈敏度高、電絕緣性能好，傳輸能耗低、傳輸容量大和抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越多的關(guān)注。宋庭新和黎晶麗提出了基于光纖光柵的葉片損傷識(shí)別及預(yù)警系統(tǒng)。該方法是基于光柵采集到的應(yīng)變數(shù)據(jù)，判斷葉片是否發(fā)生共振；并基于深度學(xué)習(xí)對(duì)損傷程度進(jìn)行判定。和上述劉小英等人的方案相似，如何保證深度學(xué)習(xí)模型具備通過應(yīng)變準(zhǔn)確預(yù)測(cè)葉片損傷的能力需要深入的思考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施方式的目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警方法、裝置及介質(zhì)，該方法基于應(yīng)變信息計(jì)算葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，根據(jù)葉片單次應(yīng)變超出應(yīng)變閾值以及累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值兩種情況進(jìn)行預(yù)警，超出應(yīng)變閾值的預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片上每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)受到的實(shí)時(shí)載荷情況，累積疲勞損傷預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片的累積損傷情況，以便于用戶根據(jù)實(shí)時(shí)載荷和累積損傷安排對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)排查，提高機(jī)組使用壽命。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警方法，所述方法包括：

3、獲取葉片的應(yīng)變信息；

4、根據(jù)所述應(yīng)變信息確定葉片的累積疲勞損傷指數(shù)；

5、根據(jù)所述應(yīng)變信息確定是否超出應(yīng)變閾值；

6、根據(jù)所述累積疲勞損傷指數(shù)確定是否超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值；

7、在確定應(yīng)變信息超出應(yīng)變閾值或者累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值的情況下，發(fā)出葉片超載或疲勞預(yù)警。

8、根據(jù)上述技術(shù)手段，該方法基于應(yīng)變信息計(jì)算葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，根據(jù)葉片單次應(yīng)變超出應(yīng)變閾值以及累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值兩種情況進(jìn)行預(yù)警，超出應(yīng)變閾值的預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片上每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)受到的實(shí)時(shí)載荷情況，累積疲勞損傷預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片的累積損傷情況，以便于用戶根據(jù)實(shí)時(shí)載荷和累積損傷安排對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)排查，提高機(jī)組使用壽命。

9、在一些可行實(shí)施例中，所述根據(jù)所述應(yīng)變信息確定葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，包括：

10、根據(jù)所述應(yīng)變信息生成應(yīng)變-時(shí)間曲線；

11、根據(jù)所述應(yīng)變-時(shí)間曲線確定應(yīng)變幅值；

12、根據(jù)所述應(yīng)變幅值從應(yīng)變-疲勞壽命曲線上獲取疲勞壽命；

13、根據(jù)所述疲勞壽命累加計(jì)算疲勞損傷指數(shù)。

14、根據(jù)上述技術(shù)手段，可以根據(jù)應(yīng)變信息確定應(yīng)變幅值，再根據(jù)應(yīng)變幅值獲取疲勞壽命用于計(jì)算疲勞損傷指數(shù)，計(jì)算得到的疲勞損傷指數(shù)可以更好的表征葉片不同關(guān)鍵點(diǎn)出的損傷情況。

15、在一些可行實(shí)施例中，根據(jù)所述疲勞壽命累加計(jì)算疲勞損傷指數(shù)包括：

16、參考miner準(zhǔn)則根據(jù)當(dāng)前疲勞壽命累加計(jì)算疲勞損傷指數(shù)。

17、在一些可行實(shí)施例中，據(jù)所述應(yīng)變-時(shí)間曲線確定應(yīng)變幅值，包括：

18、確定應(yīng)變-時(shí)間曲線上各點(diǎn)的曲率；

19、根據(jù)所述曲率確定曲率極性變化的應(yīng)變值為應(yīng)變幅值。

20、根據(jù)上述技術(shù)手段，應(yīng)變-時(shí)間曲線上曲率極性變化的應(yīng)變值對(duì)應(yīng)了應(yīng)變-時(shí)間曲線上的峰值和谷值，由此可以快速確定出應(yīng)變幅值。

21、在一些可行實(shí)施例中，所述應(yīng)變閾值根據(jù)葉片設(shè)計(jì)時(shí)采用的極限應(yīng)變數(shù)值確定；所述應(yīng)變-疲勞壽命曲線根據(jù)coffin-manson模型確定。

22、本技術(shù)第二方面提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警裝置，所述裝置包括：

23、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括光纖應(yīng)變傳感器和信號(hào)處理器，所述光纖應(yīng)變傳感器布置在葉片的關(guān)鍵位置，用于采集對(duì)應(yīng)位置的葉片的應(yīng)變光信號(hào)，所述信號(hào)處理器用于將光纖應(yīng)變傳感器采集的應(yīng)變光信號(hào)轉(zhuǎn)換成應(yīng)變信息；

24、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于根據(jù)所述應(yīng)變信息確定葉片的累積疲勞損傷指數(shù)；根據(jù)所述應(yīng)變信息確定是否超出應(yīng)變閾值；根據(jù)所述累積疲勞損傷指數(shù)確定是否超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值；在確定應(yīng)變信息超出應(yīng)變閾值或者累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值的情況下，發(fā)出葉片超載或疲勞預(yù)警。

25、根據(jù)上述技術(shù)手段，該裝置基于應(yīng)變信息計(jì)算葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，根據(jù)葉片單次應(yīng)變超出應(yīng)變閾值以及累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值兩種情況進(jìn)行預(yù)警，超出應(yīng)變閾值的預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片上每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)受到的實(shí)時(shí)載荷情況，累積疲勞損傷預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片的累積損傷情況，以便于用戶根據(jù)實(shí)時(shí)載荷和累積損傷安排對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)排查，提高機(jī)組使用壽命。

26、在一些可行實(shí)施例中，所述根據(jù)所述應(yīng)變信息確定葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，包括：

27、根據(jù)所述應(yīng)變信息生成應(yīng)變-時(shí)間曲線；

28、根據(jù)所述應(yīng)變-時(shí)間曲線確定應(yīng)變幅值；

29、根據(jù)所述應(yīng)變幅值從應(yīng)變-疲勞壽命曲線上獲取疲勞壽命；

30、根據(jù)所述疲勞壽命累加計(jì)算疲勞損傷指數(shù)。

31、根據(jù)上述技術(shù)手段，可以根據(jù)應(yīng)變信息確定應(yīng)變幅值，再根據(jù)應(yīng)變幅值獲取疲勞壽命用于計(jì)算疲勞損傷指數(shù)，計(jì)算得到的疲勞損傷指數(shù)可以更好的表征葉片不同關(guān)鍵點(diǎn)出的損傷情況。

32、在一些可行實(shí)施例中，所述關(guān)鍵位置至少包括葉根、葉尖以及葉身最大弦長(zhǎng)位置。

33、根據(jù)上述技術(shù)手段，關(guān)鍵位置可以覆蓋葉片上易發(fā)生失穩(wěn)，疲勞破壞以及易開裂的位置。

34、在一些可行實(shí)施例中，所述裝置還包括：界面展示單元和數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)；

35、所述界面展示單元與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，用于可視化展示葉片各關(guān)鍵位置處的應(yīng)變以及疲勞損傷預(yù)警；

36、所述數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)應(yīng)變閾值、應(yīng)變-疲勞壽命曲線以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的應(yīng)變信息，以供數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲取并處理。

37、根據(jù)上述技術(shù)手段，可視化展示系統(tǒng)可以為用戶提供直觀的葉片展示，便于用戶實(shí)時(shí)查看風(fēng)場(chǎng)中每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中每支葉片的當(dāng)下及歷史受力狀態(tài)，數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)為進(jìn)行預(yù)警研判提供了數(shù)據(jù)支撐。

38、本技術(shù)第三方面提供一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有指令，該指令用于使得機(jī)器執(zhí)行所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警方法。

39、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片超載及疲勞損傷預(yù)警方法基于應(yīng)變信息計(jì)算葉片的累積疲勞損傷指數(shù)，根據(jù)葉片單次應(yīng)變超出應(yīng)變閾值以及累積疲勞損傷指數(shù)超出累積疲勞損傷預(yù)警閾值兩種情況進(jìn)行預(yù)警，超出應(yīng)變閾值的預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片上每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)受到的實(shí)時(shí)載荷情況，累積疲勞損傷預(yù)警可以提示用戶風(fēng)機(jī)葉片的累積損傷情況，以便于用戶根據(jù)實(shí)時(shí)載荷和累積損傷安排對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)排查，提高機(jī)組使用壽命。

40、采用該方法可以對(duì)葉片健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，減少了人工巡檢的成本以及巡檢期間風(fēng)力發(fā)電機(jī)停槳造成的發(fā)電量損失；可視化界面方便用戶查看風(fēng)場(chǎng)中每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中每支葉片的當(dāng)下及歷史受力狀態(tài)，對(duì)葉片是否開裂、開裂程度以及可能潛在的損傷提供數(shù)據(jù)支撐。

41、本發(fā)明實(shí)施方式的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。