本發(fā)明涉及一種評估方法，具體涉及一種風(fēng)電場載荷的長期評估方法。

背景技術(shù)：

近年來我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展勢頭迅猛，從2005年到2015年的十年間，全國風(fēng)電裝機容量已經(jīng)從1.25GW迅速增長到124.71GW，躍居世界第一。風(fēng)電機組是需要運行20年的發(fā)電設(shè)備，這種爆發(fā)式的增長就對風(fēng)電機組的長期安全穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。風(fēng)電機組的載荷是與安全直接相關(guān)的參數(shù)，近幾年出現(xiàn)的風(fēng)電機組安全事故也大多是因為載荷超限引發(fā)的，因此長期對風(fēng)電機組的載荷進行監(jiān)控可以有效避免事故的發(fā)生，保證風(fēng)電機組的安全。

目前的實際情況是，風(fēng)電機組只是在定型階段對樣機進行載荷的型式試驗，一般不對大批量安裝的風(fēng)電機組進行載荷監(jiān)控。即使有個別風(fēng)電場對載荷進行監(jiān)控，也只是針對個別機組進行測試，不會對風(fēng)電場的全部風(fēng)電機組的載荷進行監(jiān)控。這主要是因為載荷測試的投入很大，大規(guī)模開展需要的費用很高。因此，這就需要一種成本相對較小的方法對風(fēng)電場的全部風(fēng)電機組進行載荷監(jiān)控。

由于當(dāng)前的制造商和風(fēng)電場業(yè)主普遍都很重視風(fēng)電機組的運行管理，風(fēng)電場的SCADA系統(tǒng)積累了大量的歷史運行數(shù)據(jù)，如果能夠充分利用這些數(shù)據(jù)，可以挖掘出大量信息，極大地提升風(fēng)電場的監(jiān)控水平。

申請?zhí)?01210436487.9和201010513594.8的專利均為風(fēng)電機組載荷測試系統(tǒng)，未涉及風(fēng)電場載荷評估的內(nèi)容。申請?zhí)?01310052643.6專利是用于風(fēng)電機組載荷控制的系統(tǒng)和方法，未涉及載荷評估的內(nèi)容。申請?zhí)?01210580075.2是針對風(fēng)電機組振動的監(jiān)測系統(tǒng)和方法方法，未涉及風(fēng)電機組的疲勞載荷。201010134383.3是一種風(fēng)電機組疲勞載荷監(jiān)測的系統(tǒng)，未涉及風(fēng)電場載荷評估的內(nèi)容。201410360695.4是一種風(fēng)電機組疲勞監(jiān)測的方法，不涉及到風(fēng)電場疲勞的評估。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種風(fēng)電場載荷的長期評估方法，結(jié)合風(fēng)電機組測試數(shù)據(jù)和SCADA數(shù)據(jù)進行分析，大大降低了逐臺測試的成本和時間費用，并且保證了載荷評估的準(zhǔn)確度，能夠?qū)︼L(fēng)電場所有風(fēng)電機組的疲勞累積情況進行評估，非常適合于運行中的風(fēng)電場進行長期的載荷監(jiān)測，尤其是針對海上風(fēng)電場。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種風(fēng)電場載荷的長期評估方法，所述方法包括：

(1)選擇典型風(fēng)電機組；

(2)對典型風(fēng)電機組進行載荷測試，計算等效載荷；

(3)獲取與典型風(fēng)電機組的測量數(shù)據(jù)同步的SCADA數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)按照典型風(fēng)電機組的運行狀態(tài)分類；

(4)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論和方法，建立基于SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試結(jié)果的模型；

(5)將典型風(fēng)電機組的載荷模型應(yīng)用于風(fēng)電場內(nèi)其他風(fēng)電機組，并結(jié)合SCADA數(shù)據(jù)，計算待評估風(fēng)電機組的載荷。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，典型風(fēng)電機組的條件是：風(fēng)電場的每個型號的風(fēng)電機組選擇一臺，如果風(fēng)電場有多個型號，則選擇多臺典型風(fēng)電機組。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中計算等效載荷包括下述步驟：

2-1在典型風(fēng)電機組上安裝應(yīng)變片，測量風(fēng)電機組的載荷；定義采樣率為50Hz，平均周期為10min；其中，

測量的載荷參數(shù)，包括葉根彎矩、主軸扭矩、主軸彎矩、塔頂彎矩和塔底彎矩；

2-2對載荷測試的10min時間序列進行雨流分析，獲得雨流分析結(jié)果，即Markov矩陣；

2-3將雨流分析結(jié)果規(guī)格化至1Hz；

2-4計算等效載荷，其表達(dá)式為：

式中：L_eq為等效載荷，R_i為第i級的載荷幅值，n_i為第i級的載荷循環(huán)次數(shù)，N_eq為等效載荷循環(huán)次數(shù)，m為材料S-N曲線的斜率。

優(yōu)選的，所述步驟(3)的分類方法具體包括：

3-1以10min為測量周期，采集典型風(fēng)電機組與測試同步的SCADA數(shù)據(jù)，將載荷測試數(shù)據(jù)和SCADA數(shù)據(jù)合并；其中，

SCADA參數(shù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、功率、轉(zhuǎn)速、槳距角、偏航偏差和風(fēng)電機組的運行狀態(tài)；

3-2對數(shù)據(jù)進行清洗，剔除無效數(shù)據(jù)；即僅保留風(fēng)電機組在正常發(fā)電狀態(tài)的數(shù)據(jù)，剔除傳感器過載的數(shù)據(jù)；

3-3根據(jù)SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試數(shù)據(jù)攜帶風(fēng)電機組狀態(tài)標(biāo)識進行分類，包括穩(wěn)定工況和瞬態(tài)工況；并在穩(wěn)定工況下，根據(jù)風(fēng)向劃分?jǐn)?shù)據(jù)的尾流情況。

進一步地，所述穩(wěn)定工況，包括正常發(fā)電狀態(tài)、故障狀態(tài)、停機和空轉(zhuǎn)；

所述瞬態(tài)工況，包括啟動、正常停機和緊急停機；

所述尾流情況，包括風(fēng)輪不受尾流影響、部分風(fēng)輪受尾流影響和風(fēng)輪完全被尾流影響。

優(yōu)選的，所述步驟(4)建立SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試結(jié)果的模型包括：以SCADA數(shù)據(jù)的風(fēng)速、功率、轉(zhuǎn)速、槳距角、偏航偏差為輸入，以典型風(fēng)電機組測量的載荷測試結(jié)果為輸出，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，根據(jù)不同的風(fēng)電機組運行狀態(tài)和不同的載荷參數(shù)分別建模。

優(yōu)選的，所述步驟(5)計算待評估風(fēng)電機組的載荷包括：

5-1以10min為測量周期，獲取風(fēng)電場內(nèi)與典型風(fēng)電機組同型號的其他風(fēng)電機組長期的SCADA數(shù)據(jù)；

5-2對數(shù)據(jù)進行清洗，剔除無效數(shù)據(jù)；即僅保留風(fēng)電機組在正常發(fā)電狀態(tài)的數(shù)據(jù)，剔除傳感器過載的數(shù)據(jù)；

5-3對待評估風(fēng)電機組的每個10min數(shù)據(jù)的風(fēng)電機組狀態(tài)進行分類；

5-4分別根據(jù)不同的狀態(tài)類別，選擇相應(yīng)的模型進行計算，自動輸出載荷結(jié)果；包括葉根彎矩、主軸扭矩、主軸彎矩、塔頂彎矩和塔底彎矩。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

(1)結(jié)果準(zhǔn)確度高。典型風(fēng)電機組的數(shù)據(jù)來源于實際測試數(shù)據(jù)，載荷模型基于測試數(shù)據(jù)和必需的SCADA參數(shù)，可以提高載荷評估的準(zhǔn)確度。

(2)性價比高。避免了對風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組逐臺進行測試，降低了測試所需的時間和設(shè)備成本。

(3)評估效率高。對典型風(fēng)電機組的建模完成后，其他風(fēng)電機組的評估工作可以同步開展；建模和其他風(fēng)電機組的評估工作，不需使用測試設(shè)備，可以通過編程自動實現(xiàn)，極大地提高了評估的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的風(fēng)電場載荷的長期評估方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的建立基于SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試結(jié)果模型示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種風(fēng)電場載荷的長期評估方法，所述方法包括：

(1)選擇典型風(fēng)電機組；步驟(1)中，典型風(fēng)電機組的條件是：風(fēng)電場的每個型號的風(fēng)電機組選擇一臺，如果風(fēng)電場有多個型號，則選擇多臺典型風(fēng)電機組。

(2)對典型風(fēng)電機組進行載荷測試，計算等效載荷；

步驟(2)中計算等效載荷包括下述步驟：

2-1在典型風(fēng)電機組上安裝應(yīng)變片，測量風(fēng)電機組的載荷；定義采樣率為50Hz，平均周期為10min；其中，

測量的載荷參數(shù)，包括葉根彎矩(扭矩)、主軸扭矩、主軸彎矩、塔頂彎矩和塔底彎矩。

2-2對載荷測試的10min時間序列進行雨流分析，獲得雨流分析結(jié)果，即Markov矩陣；

2-3為了便于比較不同載荷循環(huán)次數(shù)的載荷結(jié)果，將雨流分析結(jié)果規(guī)格化至1Hz；

2-4計算等效載荷，其表達(dá)式為：

式中：L_eq為等效載荷，R_i為第i級的載荷幅值，n_i為第i級的載荷循環(huán)次數(shù)，N_eq為等效載荷循環(huán)次數(shù)，m為材料S-N曲線的斜率，通常取4、8、10、12，本次計算取10。

(3)獲取與典型風(fēng)電機組的測量數(shù)據(jù)同步的SCADA數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)按照典型風(fēng)電機組的運行狀態(tài)分類；

分類方法具體包括：

3-1以10min為測量周期，采集典型風(fēng)電機組與測試同步的SCADA數(shù)據(jù)，將載荷測試數(shù)據(jù)和SCADA數(shù)據(jù)合并；其中，

SCADA參數(shù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、功率、轉(zhuǎn)速、槳距角、偏航偏差和風(fēng)電機組的運行狀態(tài)；

3-2對數(shù)據(jù)進行清洗，剔除無效數(shù)據(jù)；即僅保留風(fēng)電機組在正常發(fā)電狀態(tài)的數(shù)據(jù)，剔除傳感器過載的數(shù)據(jù)；

3-3根據(jù)SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試數(shù)據(jù)攜帶風(fēng)電機組狀態(tài)標(biāo)識進行分類，包括穩(wěn)定工況和瞬態(tài)工況；由于風(fēng)電機組運行于不同的狀態(tài)，并不總是在正常發(fā)電，因此除了穩(wěn)定運行的工況，還會有一些瞬態(tài)的工況，這些工況下的風(fēng)電機組載荷差別很大。

同時，風(fēng)電機組處于不同尾流情況下，載荷也有很大區(qū)別；因此在穩(wěn)定工況下，根據(jù)風(fēng)向劃分?jǐn)?shù)據(jù)的尾流情況。其中，

穩(wěn)定工況，包括正常發(fā)電狀態(tài)、故障狀態(tài)、停機和空轉(zhuǎn)；

所述瞬態(tài)工況，包括啟動、正常停機和緊急停機；

所述尾流情況，包括風(fēng)輪不受尾流影響、部分風(fēng)輪受尾流影響和風(fēng)輪完全被尾流影響。如下表所示，

(4)如圖2所示，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論和方法，建立基于SCADA數(shù)據(jù)和載荷測試結(jié)果的模型；

包括：以SCADA數(shù)據(jù)的風(fēng)速、功率、轉(zhuǎn)速、槳距角、偏航偏差為輸入，以典型風(fēng)電機組測量的載荷測試結(jié)果為輸出，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，根據(jù)不同的風(fēng)電機組運行狀態(tài)和不同的載荷參數(shù)分別建模。

(5)將典型風(fēng)電機組的載荷模型應(yīng)用于風(fēng)電場內(nèi)其他風(fēng)電機組，并結(jié)合SCADA數(shù)據(jù)，計算待評估風(fēng)電機組的載荷。

5-1以10min為測量周期，獲取風(fēng)電場內(nèi)與典型風(fēng)電機組同型號的其他風(fēng)電機組長期的SCADA數(shù)據(jù)；

5-2對數(shù)據(jù)進行清洗，剔除無效數(shù)據(jù)；即僅保留風(fēng)電機組在正常發(fā)電狀態(tài)的數(shù)據(jù)，剔除傳感器過載的數(shù)據(jù)；

5-3對待評估風(fēng)電機組的每個10min數(shù)據(jù)的風(fēng)電機組狀態(tài)進行分類；

5-4分別根據(jù)不同的狀態(tài)類別，選擇相應(yīng)的模型進行計算，自動輸出載荷評結(jié)果；包括葉根彎矩、主軸扭矩、主軸彎矩、塔頂彎矩和塔底彎矩。

將該方法應(yīng)用于風(fēng)電場所有風(fēng)電機組，最終實現(xiàn)對風(fēng)電場載荷的長期評估。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。