风电载荷仿真工况自动生成与优化配置方法、系统与流程

本发明涉及风电机组载荷仿真前处理，具体是一种风电载荷仿真工况自动生成与优化配置方法、系统。

背景技术：

1、风电机组在设计过程中需要开展大量载荷仿真计算，以评估机组在正常发电、停机、故障、极端风况等不同运行条件下的结构载荷响应，一套完整的载荷工况多达3000个。目前风电载荷仿真工况文件通常由bladed软件自带的batch功能进行生成，该类方法能够基于已有风机工程模板，对部分工况参数进行批量修改，并生成不同工况对应的仿真输入文件。

2、然而，该类方法存在以下两方面的不足：

3、1.batch功能通常以模板文件为基础，实现单工况的文件生成。对于不同工况涉及的多类参数组合、变量替换及风文件匹配关系，仍需要提前整理和校核，存在前处理工作量大、容易在设置过程中出错的问题。

4、2.现有方法通常难以结合不同工况的分析重点、关注结构部位和环境特征，对输出变量、风种子数量及仿真执行顺序进行差异化配置，容易产生冗余输出和无效计算，导致仿真任务规模增大、仿真资源利用效率降低。

5、因此，亟需一种能够对风电载荷仿真参数进行统一读取、计算和组合，并能基于参数化模板自动生成工况文件的方法，以减少配置工作量，降低参数配置错误风险，提高载荷仿真前处理效率和工况文件管理的规范性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种风电载荷仿真工况自动生成与优化配置方法、系统。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种风电载荷仿真工况自动生成与优化配置方法，包括以下步骤：

3、s1、获取生成载荷仿真工况所需的基础参数、风模型参数及工况配置参数，并根据不同工况类型对应的计算规则生成中间参数集；

4、s2、对风机载荷仿真模板文件进行结构化解析，识别待配置变量并替换为标准化占位符，生成参数化风机模板文件；

5、s3、根据中间参数集以及不同载荷仿真工况的参数变化规则和参数组合规则，生成多个工况参数组，形成用于模板替换的参数来源表；

6、s4、对参数来源表中的多个工况参数组进行优化配置；

7、s5、根据优化后的参数来源表中的各工况参数组，对参数化风机模板文件中的标准化占位符进行逐项匹配和替换，生成对应的载荷仿真工况文件；

8、s6、对生成的载荷仿真工况文件进行保存和管理。

9、进一步地，所述基础参数、风模型参数及工况配置参数包括工况类型、切入风速、额定风速、切出风速、仿真时间、风切变指数、随机种子、偏航误差、年平均风速、湍流强度计算系数、阵风幅值、风向变化幅值、风文件名称、风文件路径、模拟故障类型、故障触发时间、故障持续时间、控制参数、文件输出路径。

10、进一步地，根据不同工况类型对应的计算规则生成中间参数集，包括：

11、对于湍流类工况，根据切入风速、切出风速以及风速步长生成风速序列，计算各风速点对应的纵向湍流强度、横向湍流强度和竖向湍流强度；

12、对于偏航类工况，进行偏航角度值与弧度值之间的转换；

13、对于故障类工况，整理故障类型、故障触发时间和故障持续时间，形成故障参数候选值；

14、对于极端风类工况，根据预设规则计算阵风幅值、风向变化幅值；

15、所述中间参数集包括风速序列、风文件映射关系、纵向湍流强度、横向湍流强度、竖向湍流强度、湍流度映射关系、风速与随机种子组合关系、偏航角转换结果、极端风参数计算结果、故障参数候选值、控制参数候选值。

16、进一步地，对风机载荷仿真模板文件进行结构化解析，识别待配置变量并替换为标准化占位符，生成参数化风机模板文件，包括：

17、读取风机载荷仿真模板文件的完整文本内容，并保留原始文件的文本结构、参数排列方式及换行格式；

18、根据工况类型和工况生成需求，对模板文件中的关键参数进行匹配识别，确定需要参数化处理的变量清单；

19、根据变量清单逐行查找风机载荷仿真模板文件中对应的参数位置，并将对应位置的原始参数值替换为标准化占位符，得到参数化风机模板文件。

20、进一步地，根据中间参数集以及不同载荷仿真工况的参数变化规则和参数组合规则，生成多个工况参数组，形成用于模板替换的参数来源表，包括：

21、根据风机载荷仿真模板文件中的待配置变量以及步骤s1生成的中间参数集，确定各待配置变量的取值集合，对于连续变化类参数，根据起始值、终止值和步长生成变量序列；对于离散变化类参数，根据用户给定的取值列表生成变量集合；对于由公式或规则计算得到的参数，直接调用步骤s1中生成的中间参数结果；

22、按照不同工况的组合规则对多个变量取值集合进行排列组合、映射匹配和条件筛选，形成一系列工况参数组；

23、将生成的工况参数组按照统一字段格式写入表格，形成标准化参数来源表；所述参数来源表中的每一行对应一个待生成的载荷仿真工况，每一列对应参数化风机模板文件中的一个可替换变量。

24、进一步地，对参数来源表中的多个工况参数组进行优化配置，包括：

25、对参数来源表中的工况参数、输出变量、风种子数量和仿真执行顺序进行优化，根据不同工况的分析目标，对载荷输出变量进行筛选和调整；根据不同工况的载荷风险程度，对风种子数量进行差异化调整；根据不同工况的载荷特点和工程关注程度，对工况仿真顺序进行优先级排序。

26、进一步地，根据优化后的参数来源表中的各工况参数组，对参数化风机模板文件中的标准化占位符进行逐项匹配和替换，生成对应的载荷仿真工况文件，包括：

27、逐行读取优化后的参数来源表，将参数来源表中的每行作为一个待生成工况的参数组；

28、将当前参数组中的字段名称与参数化风机模板文件中的标准化占位符进行匹配，确定待替换占位符及其对应变量值；

29、将匹配到的标准化占位符替换为当前参数组中对应字段的变量值，并保持参数化风机模板文件的原始文本结构、参数格式及换行格式；

30、基于完成占位符替换后的模板内容生成与当前参数组对应的载荷仿真工况文件，并记录文件生成状态、输出路径和异常信息。

31、进一步地，对生成的载荷仿真工况文件进行保存和管理，包括：

32、根据预设输出路径和参数来源表中的工况名称生成对应的工况文件夹，对工况文件夹名称和目标文件名称进行规范化处理，将生成的载荷仿真工况文件保存至对应工况文件夹，最后记录工况名称、文件路径、生成状态和异常信息。

33、进一步地，在生成载荷仿真工况文件过程中，对参数来源表和参数化风机模板文件进行一致性校核。

34、本发明另一个目的，提供一种风电载荷仿真工况自动生成与优化配置系统，包括：

35、参数导入与计算模块，配置为获取生成载荷仿真工况所需的基础参数，并根据不同工况类型对应的计算规则对基础参数进行处理，生成中间参数集；

36、模板导入与处理模块，配置为对风机载荷仿真模板文件进行结构化解析，识别待配置变量并替换为标准化占位符，生成参数化风机模板文件；

37、参数来源表生成模块，配置为根据中间参数集以及不同载荷仿真工况的参数变化规则和参数组合规则，生成多个工况参数组，形成用于模板替换的参数来源表；

38、工况优化配置模块，配置为对参数来源表中的多个工况参数组进行优化配置；

39、工况文件生成模块，配置为根据优化后的参数来源表中的各工况参数组，对参数化风机模板文件中的标准化占位符进行逐项匹配和替换，生成对应的载荷仿真工况文件；

40、文件存储模块，配置为对生成的载荷仿真工况文件进行保存和管理。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

42、本发明解决了传统风电载荷仿真工况配置流程中操作量大、配置效率低且参数容易漏配、错配的问题，通过建立分层式程序架构，实现不同载荷仿真工况的参数分层管理与自动组合，显著提高工况的生成效率和准确性。

43、本发明提高了工况配置的针对性和仿真资源利用效率，通过结合不同仿真工况的分析重点、关注结构部位及环境特征，对工况参数、输出变量和仿真执行顺序进行精细化配置，减少无效工况和冗余输出。

44、本发明克服了现有风电载荷仿真工况生成方法中流程耦合度高、不同工况扩展适配困难的问题，通过采用管道式数据处理架构，将工况生成过程划分为多个顺序执行的数据处理节点，每个节点接收上一节点输出的数据表并生成下一节点所需的数据对象，提高了方法的通用性和可维护性。