考虑海况谱低频主导特征的换流阀子模块振动疲劳加速试验方法、装置及介质与流程

本发明涉及深远海柔性直流换流阀振动可靠性试验，尤其是涉及一种考虑海况谱低频主导特征的换流阀子模块振动疲劳加速试验方法、装置及介质。

背景技术：

1、随着海上风电向远海、大容量和柔性直流送出方向发展，海上换流站及换流阀设备逐渐成为海上新能源并网系统的关键装备。换流阀子模块作为柔性直流输电系统的核心功率单元，通常由功率半导体器件、直流支撑电容器、层叠母排、驱动板、取能电源、散热器、绝缘支撑件及金属框架等部件组成。其内部结构复杂，连接界面多，长期服役过程中既承受电压、电流、温度等电热应力，又可能受到海上平台运动、风浪载荷及结构传递振动的持续作用。

2、与陆上换流阀相比，海上换流阀所处环境具有明显的海况激励特征。海浪引起的平台运动通常表现为低频主导，即振动能量集中在较低频率范围内，且随海况等级、有效波高、谱峰周期和平台结构动力特性发生变化。该低频振动虽然频率较低，但作用时间长、循环次数大，容易导致连接疲劳、紧固力衰减、绝缘结构磨损、焊接或压接界面劣化等问题。

3、现有换流阀振动试验通常参考通用电工电子设备振动试验、运输振动试验或地震试验方法，试验谱多采用宽频随机振动谱、正弦扫频谱或固定加速度等级谱。此类方法能够评价设备在一般机械振动或运输冲击条件下的结构耐受能力，但难以反映海况谱的低频主导特征。一方面，直接采用宽频随机振动谱可能人为强化中高频成分，导致试验激励与实际海况响应不一致；另一方面，中国专利cn120385474a公开了一种海运设备关键部件摇摆台振动试验和强度校核方法，通过幅值调整系数，补偿低频波浪荷载与高频摇摆台试验荷载之间因动力放大系数不同而产生的差异，但是这种技术方案没有对加速实验设置约束以保持实验中的低频主导特征，无法完全解决实际低频段和高频摇摆台出现的高低周疲劳机理差异等复杂特征，会造成振动疲劳加速试验的低频特征等效性不足。

4、因此，亟需一种考虑海况谱低频主导特征的振动疲劳加速试验方法，使其能够精准体现海况谱低频主导特征，在实验中保持海况的低频主导特征，从而提高试验谱构造、试验加速和寿命等效评价的准确性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种考虑海况谱低频主导特征的换流阀子模块振动疲劳加速试验方法、装置及介质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑海况谱低频主导特征的换流阀子模块振动疲劳加速试验方法，包括：

4、步骤s1：构建目标海况谱，并提取低频主导特征；

5、步骤s2：将目标海况谱转换为换流阀子模块安装位置处的等效低频振动输入谱，并根据等效低频振动输入谱施加载荷，获得疲劳敏感部位的基准疲劳损伤；

6、步骤s3：基于低频主导特征和基准疲劳损伤，对所述等效低频振动输入谱进行加速处理，得到振动疲劳加速加载谱及其对应的试验持续时间；

7、步骤s4：根据所述振动疲劳加速加载谱及其对应的试验持续时间对换流阀子模块进行疲劳加速试验，得到换流阀子模块疲劳损伤状态和薄弱部位识别结果。

8、所述振动疲劳加速加载谱为：

9、

10、其中：为振动疲劳加速加载谱，为等效低频振动输入谱，为频率相关放大系数，当

f位于低频主导频段内时，频率相关放大系数取大于1，反之，频率相关放大系数取小于等于1。

11、所述低频主导特征包括低频主导频段、谱峰频率、低频能量占比和低频等效载荷幅值中的至少一种。

12、所述低频主导特征为低频能量占比；

13、振动疲劳加速加载谱满足以下约束条件：

14、

15、

16、

17、其中：为加速加载谱的谱峰频率，为等效低频振动输入谱的谱峰频率，为谱峰频率允许偏差，为加速加载谱的低频能量占比，为等效低频振动输入谱的低频能量占比，为低频能量保持系数，为振动位移，为振动台允许位移限值，为振动速度，为振动台允许速度限值，为振动加速度，为振动台允许加速度限值。

18、所述步骤s3中获得振动疲劳加速加载谱的试验持续时间的过程包括：

19、步骤s3-1：针对各敏感部位，分别获得第

i个疲劳敏感部位在振动疲劳加速加载谱作用下的试验持续时间：

20、

21、其中：为第

i个疲劳敏感部位的单位时间疲劳损伤率，为第

i个疲劳敏感部位在基准低频振动输入下的单位时间疲劳损伤率，为第

i个疲劳敏感部位在振动疲劳加速加载谱作用下的试验持续时间；

22、步骤s3-2：取所有敏感部位在振动疲劳加速加载谱作用下的试验持续时间中的最大值作为振动疲劳加速加载谱的试验持续时间。

23、所述第

i个疲劳敏感部位的单位时间疲劳损伤率满足以下约束：

24、

25、其中：为预设损伤等效误差。

26、所述步骤s4包括：

27、步骤s4-1：根据所述振动疲劳加速加载谱及其对应的试验持续时间对换流阀子模块进行疲劳加速试验；

28、步骤s4-2：采集各疲劳敏感部位的传感器参数，并计算累计疲劳损伤，记录累计疲劳损伤达到基础疲劳损伤的振动时刻作为对应于各疲劳敏感部位的耐久时间；

29、步骤s4-3：输出耐久时间最短的多个疲劳敏感部位作为薄弱部位。

30、所述低频能量占比为：

31、

32、其中：为低频能量占比，

f

c为低频主导频段上限频率，

f

min为目标海况谱的下限频率，

f

max为目标海况谱的上限频率，为目标海况谱。

33、一种考虑海况谱低频主导特征的换流阀子模块振动疲劳加速试验装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。

34、一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述的方法。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、1、以目标深远海海况参数为输入构建目标海况谱，并从目标海况谱中提取低频主导特征，使换流阀子模块振动疲劳试验能够体现深远海海况低频激励特性，避免传统宽频随机振动试验对实际海况低频能量分布的偏离。

37、2、通过规定在低频主导频段内β(f)大于1，在该频段外β(f)小于等于1，实现了针对性地放大对疲劳损伤贡献大的低频成分，同时抑制或保持高频成分。这种频率差异化的加速策略，能够在提高试验效率的同时，最大程度地保持加速后载荷谱的低频主导特征，避免因均匀加速而扭曲原始海况谱的能量分布，从而提高了加速试验的等效性和准确性。

38、3、提供了灵活性和适应性，在实际应用中，针对不同的海况谱形态和工程关注点，可以选择最具有代表性的一类或几类特征作为控制和约束的目标，使得该加速试验方法能够适应不同海况条件和分析需求，增强了方法的普适性和可操作性。

39、3、通过约束谱峰频率偏差和低频能量占比，确保了加速后的载荷谱仍然能忠实反映原始海况谱的低频、窄带核心特征，通过约束振动位移、速度、加速度不超过振动台的允许限值，确保了所生成的加速加载谱在物理上是可实现的，避免了理论谱无法在实验设备上执行的问题，提高了方法的工程实用性。

40、4、保证了试验的充分性和结果的可靠性。通过考虑所有疲劳敏感部位，并以确保损伤最慢的部位也能完成等效损伤为准则，避免了因试验时间不足而导致对某些薄弱部位考核不充分的风险，从而使得最终的疲劳损伤状态和薄弱部位识别结果更为全面和准确。

41、5、实现了对加速过程精度的量化控制。通过这个约束，可以确保加速试验的损伤累积速率与基准状态高度等效，防止因过度追求加速而引入不可接受的损伤偏差，从而在加速效率与试验保真度之间取得了科学平衡，显著提升了寿命评价的可信度。