风力发电机组疲劳损伤的检测方法、装置、系统及控制器与流程

1.本技术涉及疲劳检测技术领域，具体而言，本技术涉及一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法、装置、系统及控制器。


背景技术：

2.风力发电机组在实际运行过程中，受到随机交变载荷作用，其稳定性与安全性时刻经受考验。随着技术的日渐成熟，针对风力发电机组在线监测与健康诊断的研究越来越多。发电机支架结构(包括定子支架和转子支架)包含大量的焊缝，疲劳损伤是导致其失效的主要因素。
3.目前，通常在风力发电机组的开发阶段对发电机结构的疲劳损伤进行预测。例如，根据iec61400等通用标准，通过载荷仿真得到疲劳载荷，进而估算出疲劳损伤。然而，现有的疲劳损伤预测方法只适用于风力发电机组的开发阶段，而无法实时、准确地获取风力发电机组在实际运行过程中的真实疲劳损伤，因而无法对风力发电机组在实际运行过程中的剩余寿命给出有效的预测。


技术实现要素：

4.本技术针对现有方式的缺点，提出一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法、装置、系统及控制器，用以解决现有技术无法获取风力发电机组在实际运行过程中的真实疲劳损伤的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法，包括：
6.获取发电机的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据；
7.根据扭矩载荷时序数据确定发电机的热点区域的结构应力时序数据，根据结构应力时序数据确定热点区域的第一疲劳损伤值；
8.根据温度时序数据确定热点区域的热应力时序数据，根据热应力时序数据确定热点区域的第二疲劳损伤值；
9.根据偏心磁拉力载荷时序数据，确定热点区域的第三疲劳损伤值；
10.根据第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值，确定热点区域的总疲劳损伤值。
11.第二方面，本技术实施例提供了一种风力发电机组疲劳损伤的检测装置，包括：
12.数据获取模块，用于获取发电机的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据；
13.第一疲劳确定模块，用于根据扭矩载荷时序数据确定发电机的热点区域的结构应力时序数据，根据结构应力时序数据确定热点区域的第一疲劳损伤值；
14.第二疲劳确定模块，用于根据温度时序数据确定热点区域的热应力时序数据，根据热应力时序数据确定热点区域的第二疲劳损伤值；
15.第三疲劳确定模块，用于根据偏心磁拉力载荷时序数据，确定热点区域的第三疲
劳损伤值；
16.总疲劳确定模块，用于根据第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值，确定热点区域的总疲劳损伤值。
17.第三方面，本技术实施例提供了一种风电场的控制器，包括：
18.存储器；
19.处理器，与存储器电连接；
20.存储器存储有计算机程序，计算机程序由处理器执行以实现本技术实施例第一方面提供的风力发电机组疲劳损伤的检测方法。
21.第四方面，本技术实施例提供了一种风力发电机组的检测系统，包括：扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器和本技术实施例第三方面提供的风电场的控制器；
22.扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器均与控制器通信连接；
23.扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器，分别用于检测发电机的扭矩载荷、温度、偏心磁拉力载荷，得到扭矩载荷时序数据、温度时序数据、偏心磁拉力载荷时序数据。
24.第五方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本技术实施例第一方面提供的风力发电机组疲劳损伤的检测方法。
25.本技术实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
26.本技术实施例可获取实时采集得到的风力发电机的多种载荷时序数据(具体包括扭矩载荷时序数据、热载荷时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据)，根据该多种载荷时序数据，可得到扭矩载荷作用下的第一疲劳损伤值、热载荷作用下的第二疲劳损伤值、偏心磁拉力载荷作用下的第三疲劳损伤值，进而可得到第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值基础上的总疲劳损伤值；基于该过程，本技术实施例可获取引起疲劳损伤的多种载荷的真实载荷数据，并对该多种载荷的真实载荷数据进行综合处理和计算，从而确定风力发电机组的总疲劳损伤值，为风力发电机组的剩余寿命预测提供了精确度较高的疲劳损伤数据支持，有助于实时且精确地掌握风力发电机组的疲劳状态，以避免疲劳断裂事故的发生。
27.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
28.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
29.图1为发电机的偏心磁拉力与发电机定子、转子之间的气隙长度的关系示意图；
30.图2为发电机的定子和转子相对偏心的示意图；
31.图3为一种典型直驱风力发电机组的发电机总成结构示意图；
32.图4为本技术实施例提供的一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法的流程示意图；
33.图5为本技术实施例中表征应力范围和材料的疲劳强度(以材料破坏时的应力循环次数表征)之间关系的s-n曲线的示意图；
34.图6为本技术实施例中轮毂中心面外弯矩m
yz
和发电机旋转一周的疲劳损伤之间的关系曲线示意图；
35.图7为本技术实施例提供的另一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法的流程示意图；
36.图8为本技术实施例提供的一种风力发电机组疲劳损伤的检测装置的结构框架示意图；
37.图9为本技术实施例中一种风电场的结构框架示意图；
38.图10为本技术实施例提供的一种风电场的控制器的结构框架示意图。
具体实施方式
39.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
40.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
41.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
42.本技术的发明人进行研究发现，风力发电机组的发电机疲劳载荷来源主要有三个部分：发电机扭矩载荷、绕组发热引起的热载荷、偏心磁拉力载荷。
43.为获得最优的风能捕获系数，发电机需要调节发电机扭矩以控制转速；扭矩的变化导致发电机结构应力波动，进而引起结构疲劳损伤。
44.发电机运行过程中不可避免产生损耗，目前的发电机效率在95％左右，约有5％的损耗会以发热的形式出现，这会导致发电机结构温度升高；由于风的不确定性、环境温度的不确定性，发电机温度会产生变化，这就导致了结构热应力的波动，进而引起热疲劳损伤。
45.发电机的定子与转子之间存在大小相等方向相反的磁拉力作用，磁拉力密度与发电机气隙相关，发电机磁拉力密度表达式如下：
46.p
mag
＝aδ2 bδ c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(1)
47.在表达式(1)中，p
mag
为发电机的磁拉力密度，a、b、c为常数，δ为发电机的定子和转
子之间的气隙长度。
48.理想状态下，发电机定子与转子之间的气隙是均匀的，磁拉力是均匀分布的，则发电机在磁拉力作用下旋转，不会引起应力波动，没有疲劳损伤。但受到加工装配误差、风载、重力载荷作用等影响，定子与转子之间有难以避免的偏心，导致气隙长度在发电机圆周各处不同；轮毂中心载荷和重力作用下，定子与转子之间会产生相对位移；发电机工作状态下温度升高也会导致气隙发生变化。
49.以上因素均会导致磁拉力不均匀分布，在发电机运行中应力周期变化，因此，发电机在工作过程中始终受到偏心磁拉力作用，发电机在偏心磁拉力作用下旋转是其疲劳的主要来源。下式给出了考虑上述影响的气隙长度周向分布：
50.下式给出了考虑上述影响的气隙长度δ的周向分布的示例：
51.δ＝δ
0-δδ
t-(e0 e1)cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(2)
52.在表达式(2)中，δ0为初始气隙长度；δδ
t
为温度引起的气隙长度变化；e0为制造偏心；e1为轮毂中心载荷与重力作用下的偏心；θ为周向位置。
53.图1示出了磁拉力密度与气隙长度的关系，图1的横坐标为气隙长度，单位为mm(毫米)，纵坐标为磁拉力密度，单位为kn/m2(千牛每平方米)。图2示出了一种发电机的定子与转子相对偏心的示意图，图2中外侧的圆表示定子，内侧圆表示转子，θ如前所述为周向位置，δ-e和δ e示出了定子与转子之间两处的气隙长度变化，其中，e＝e0 e1。
54.本技术的发明人考虑到上述因素，提出一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法、装置、系统及控制器，旨在解决现有技术中存在的技术问题。
55.本技术提供的风力发电机组疲劳损伤的检测方法、装置、系统及控制器可适用于多种风力发电机组，包括但不限于直驱风力发电机组、半直驱风力发电机组和双馈风力发电机组，图3示出了一种典型直驱风力发电机组的发电机总成结构，在该结构中，转子通过转轴与叶轮(图中未直接示出中轮)相连接，定子通过定轴与底座(图中未直接示出底座)相连接。
56.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
57.本技术实施例提供了一种风力发电机组疲劳损伤的检测方法，如图4所示，该检测方法包括：
58.s401，获取发电机的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据。
59.可选地，本技术实施例在获取数据时，可以获取一个检测周期内的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据；检测周期的时间长度和范围可根据实际需求设置，例如可设置为一周、一个小时等任意一个时间段为一个检测周期。
60.可选地，本技术实施例在获取数据时，以发电机的热点区域为监测点，实时监测和获取热点区域的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据。
61.本技术实施例中的时序数据表示按时间顺序排列的多个数据，扭矩载荷时序数据包括多个按时间顺序排列的扭矩载荷数据，温度时序数据包括多个按时间顺序排列的温度数据，偏心磁拉力载荷时序数据包括多个按时间顺序排列的偏心磁拉力载荷数据。
62.本技术实施例中的热点区域为风力发电机组开发阶段发电机的支架结构(包括定
子支架和转子支架)疲劳的局部最大损伤位置，一般为承载焊缝位置，不同的风力发电机组的热点区域不完全一致，需要根据开发计算结果选取。
63.可选地，温度时序数据包括：内部温度时序数据和外部环境温度时序数据。内部温度时序数据包括多个按时间顺序排列的发电机的内部温度数据，外部环境温度时序数据包括多个按时间顺序排列的发电机的外部环境温度数据。
64.可选地，发电机的内部温度可由发电机中主要部件的温度来表征，主要部件包括铁芯、定子支架、转子支架、磁钢、绕组等，在一个示例中，发电机的内部温度可由发电机的铁芯温度、定子支架温度、转子支架温度、磁钢温度和绕组温度中的任意一个或多个表征。
65.s402，根据扭矩载荷时序数据确定发电机的热点区域的结构应力时序数据，根据结构应力时序数据确定热点区域的第一疲劳损伤值，之后执行步骤s405。
66.可选地，根据扭矩载荷时序数据确定发电机的热点区域的结构应力时序数据，包括：根据扭矩载荷时序数据、以及扭矩载荷和结构应力之间的映射关系，确定热点区域的结构应力时序数据。
67.可选地，扭矩载荷和结构应力之间的映射关系通过以下方式预先确定：通过解析法或有限元方法确定多个样本扭矩载荷数据和多个样本结构应力数据之间的映射关系，作为温度和热应力之间的映射关系。样本扭矩载荷数据可以是历史扭矩载荷数据，样本结构应力数据可以是历史扭矩载荷下的历史结构应力数据。
68.在一个示例中，确定出的扭矩载荷和结构应力之间的映射关系表示如下：
69.σ
torq
＝f(m
torq
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(3)
70.在表达式(3)中，m
torq
表示发电机的热点区域的扭矩载荷，σ
torq
表示发电机的热点区域的结构应力。
71.将扭矩载荷时序数据m
torq
(t)代入表达式(3)，可得到结构应力时序数据σ
torq
(t)，σ
torq
(t)＝f(m
torq
(t))。
72.可选地，根据结构应力时序数据确定热点区域的第一疲劳损伤值，包括：
73.根据雨流计数法，确定结构应力时序数据中不同的应力范围和平均应力的应力循环次数，作为结构应力循环次数；对于结构应力时序数据中的每个应力范围，根据该应力范围、以及应力范围与结构应力循环次数的关系曲线，确定第一疲劳损伤值。
74.根据miner疲劳累积损伤理论，疲劳损伤可以线性叠加。每个应力循环造成的疲劳损伤与应力范围和应力均值相关，与加载顺序无关。根据雨流计数法可将结构应力时序数据拆分为各个独立的应力循环得到不同的应力范围和平均应力的应力循环次数，即马尔科夫矩阵。
75.图5示出了一种表征应力范围和材料的疲劳强度(以材料破坏时的应力循环次数表征)之间关系的s-n曲线，该曲线的横坐标为材料的疲劳强度(即图5中的endurance number of cycles n)，纵坐标为应力范围(纵坐标为应力范围(即图5中的direct stress rangeδσ
r
，单位为n/mm2，即牛每平方毫米)，曲线上的点表示：在某一应力范围下，材料发生破坏的应力循环次数；图5中的标注1的箭头所指的部分为疲劳强度值为2.0e 06(即2乘以10的六次方)的位置，标注2的箭头所指的部分表示疲劳强度值为5e6(即5乘以10的六次方)位置，s-n曲线在该位置有拐点；标注3的部分表示疲劳强度值为1.0e 8(即1乘以10的八次方)位置(即持久极限)；m表征s-n曲线在对数坐标系下的斜率；各曲线中的数字表示疲劳等
级；图5中的各横坐标含义与2.0e 06和1.0e 8相似。
76.在已知应力范围和应力循环次数的情况下，通过s-n曲线即可得到相应的疲劳损伤值，具体原理为：对于已知的应力范围，在s-n曲线上可以得到该应力范围对应的疲劳强度值(即应力循环次数)，确定应力循环次数与疲劳强度值的比值，即可得到相应的疲劳损伤值。
77.在一个示例中，对于上述结构应力的每个应力范围，在s-n曲线上可以得到该应力范围对应的疲劳强度值(即结构应力循环次数)，确定结构应力循环次数和疲劳强度值的比值，可以得到发电机的扭矩载荷作用下的第一疲劳损伤值。
78.s403，根据温度时序数据确定热点区域的热应力时序数据，根据热应力时序数据确定热点区域的第二疲劳损伤值，之后执行步骤s405。
79.可选地，根据温度时序数据确定热点区域的热应力时序数据，包括：根据温度时序数据、以及温度和热应力之间的映射关系，确定热点区域的热应力时序数据。
80.可选地，温度和热应力之间的映射关系通过以下方式预先确定：
81.获取多个样本温度数据和热点区域的多个样本热应力数据；样本温度数据包括样本内部温度数据和样本外部环境温度数据；通过解析法或有限元方法确定多个样本温度数据和多个样本热应力数据之间的映射关系，作为温度和热应力之间的映射关系。样本温度数据可以是历史温度数据，样本热应力数据可以是历史温度下的历史热应力数据。
82.本技术的发明人研究发现，发电机运行过程中，绕组会产生热量使得发电机温度升高，发电机从停机状态到持续满发状态，其温差可以达到100℃(摄氏度)以上，由此引起的热应力波动不可忽视。热应力由结构不均匀热应变引起，金属结构热膨胀系数为常数，则热应变与结构温度成正比，因此在一个示例，可以假设热应力正比于发电机的内外温差(内部温度和外部环境温度的差)，此时样本温度数据和样本热应力数据的映射关系可表示如下：
83.σ
t
＝a(t
wire-t0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(4)
84.在表达式(4)中，t
wire
表示发电机的铁芯温度(作为内部温度)，t0表示发电机的外部环境温度，a为结构热应力系数，σ
t
表示热应力。
85.在一个可选的实施方式中，样本温度数据和样本热应力数据均为极限温升工况下的数据，确定出温度和热应力的映射关系为极限温升工况下温度和热应力的映射关系。
86.本技术实施例中的极限温升工况可通过流体仿真得到，仿真工况可设置为：最高环境温度、发电机在额定功率运行、散热系统正常工作；其中，最高环境温度为风力发电机组实际运行环境的最高温度，可根据风力发电机组的预计装机区域的历史环境温度数据得到。
87.可选地，极限温升工况下温度和热应力的映射关系可具体通过如下方式确定：将获取的极限温升工况下的样本内部温度数据、样本外部环境温度数据和样本热应力数据代入表达式(4)，确定结构热应力系数a，即确定出了极限温升工况下温度和热应力的映射关系。
88.可选地，在确定出如表达式(4)所示的温度和热应力的映射关系后，将温度时序数据中的内部温度、外部环境温度代入表达式(4)，即可求出热应力时序数据。
89.可选地，样本内部温度数据可以是发电机中主要部件的内部温度，例如发电机的
铁芯温度、定子支架温度、转子支架温度、磁钢温度和绕组温度中的任意一个或多个。
90.在一个示例中，在选取上述任意一个温度数据作为样本内部温度数据时，可将该任意一个温度数据代入表达式(4)中的t
wire
的得到对应的映射关系σ
t
，基于该映射关系可得到对应的一个疲劳损伤值作为第二疲劳损伤值；在另一个示例中，在选取上述任意多个温度数据作为样本内部温度数据时，可将每个温度数据分别代入表达式(4)中的t
wire
的得到对应的多个映射关系σ
t
，基于该多个映射关系可得到对应的多个疲劳损伤值，可选取多个疲劳损伤值中的最大值作为第二疲劳损伤值。
91.可选地，根据热应力时序数据确定热点区域的第二疲劳损伤值，包括：
92.根据雨流计数法，确定热应力时序数据中不同的应力范围和平均应力的应力循环次数，作为热应力循环次数；对于热应力时序数据中的每个应力范围，根据该应力范围、以及应力范围与热应力循环次数的关系曲线，确定第二疲劳损伤值。
93.根据雨流计数法确定热应力循环次数的原理与前述的确定结构应力循环次数的原理相同，此处不再赘述。
94.根据热应力的应力范围、以及应力范围与热应力循环次数的关系曲线确定第二疲劳损伤值的原理如前所述。在一个示例中，对于上述热应力的每个应力范围，在s-n曲线上可以得到该应力范围对应的疲劳强度值(即热应力循环次数)，确定热应力循环次数和该疲劳强度值的比值，可以得到发电机的热载荷作用下的第二疲劳损伤值。
95.s404，根据偏心磁拉力载荷时序数据，确定热点区域的第三疲劳损伤值，之后执行步骤s405。
96.可选地，根据偏心磁拉力载荷时序数据、以及偏心磁拉力载荷和疲劳强度之间的关系曲线，确定第三疲劳损伤值。
97.可选地，偏心磁拉力载荷和偏心磁拉力载荷引起的疲劳损伤之间的关系曲线通过以下方式预先确定：
98.获取多个样本偏心磁拉力载荷数据和偏心磁拉力引起的疲劳损伤的多个样本疲劳损伤数据；确定多个样本偏心磁拉力载荷数据和多个样本疲劳损伤数据之间的关系曲线，作为样本关系曲线；对样本关系曲线进行拟合，得到拟合后的曲线，作为偏心磁拉力载荷和偏心磁拉力引起的疲劳损伤之间的关系曲线。
99.样本偏心磁拉力载荷数据可以是历史偏心磁拉力载荷数据，样本疲劳损伤数据可以是历史偏心磁拉力载荷下的历史疲劳损伤数据。
100.本技术的发明人研究发现，在表达式(2)中，温度引起的气隙长度变化δδ
t
对疲劳损伤的影响较小，磁拉力偏心(e0 e1)是导致疲劳的主因。因此，在一个可选的实施方式中，在计算磁拉力引起的疲劳损伤时，可假设发电机始终工作在极限温度下来简化计算，如下式所示，偏心量e1是轮毂中心载荷的函数：
101.e1＝f(f
x
,f
y
,f
z
,m
x
,m
y
,m
z
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(5)
102.在表达式(5)中，f
x
,f
y
,f
z
,m
x
,m
y
,m
z
为轮毂中心载荷。
103.由于发电机旋转平面的面外弯矩是导致发电机偏心的主要因素，表达式(5)可以简化为：
104.e1＝f(m
yz
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表达式(6)
105.在表达式(6)中，m
yz
轮毂中心面外弯矩，
106.经过上述简化，可认为偏心磁拉力引起的疲劳损伤只与轮毂中心面外弯矩m
yz
相关，因此在一个可选的实施方式中，可将轮毂中心面外弯矩m
yz
作为偏心磁拉力载荷。
107.可选地，获取偏心磁拉力载荷时序数据包括：获取轮毂中心面外弯矩时序数据；其具体包括：获取叶轮叶根处的叶根应力，根据该叶根应力确定出叶根弯矩，进行可通过力矩的平移得到轮毂中心弯矩。
108.可选地，获取样本偏心磁拉力载荷数据包括：获取样本m
yz
数据。
109.可选地，基于多个样本m
yz
数据和偏心磁拉力引起的疲劳损伤的多个样本疲劳损伤数据，可确定出轮毂中心面外弯矩m
yz
和偏心磁拉力引起的疲劳损伤之间的关系，根据偏心磁拉力载荷时序数据中的实测轮毂中心面外弯矩m
yz
以及该轮毂中心面外弯矩m
yz
和偏心磁拉力引起的疲劳损伤之间的关系，可确定偏心磁拉力载荷作用下的第三疲劳损伤值。
110.可选地，样本疲劳损伤数据可通过如下方式确定：根据雨流计数法，确定样本m
yz
数据中不同的应力范围和平均应力的应力循环次数；根据样本m
yz
数据的应力范围、以及应力范围与应力循环次数的关系曲线(即s-n曲线)，可确定样本疲劳损伤值。样本疲劳损伤数据的该确定方式的原理与前述的第一疲劳损伤值和第二疲劳损伤值的确定方式相似，此处不再赘述。
111.可选地，获取的样本m
yz
数据和样本疲劳损伤数据均可以是预设的单元周期内的数据，单元周期的时间长度和范围可根据实际需求设置，例如可设置为发电机旋转一周(此处指角度上的一周)的时间范围为一个单元周期。
112.在一个示例中，基于发电机旋转一周内的样本m
yz
数据和样本疲劳损伤数据，得到样本m
yz
数据和样本疲劳损伤数据之间的实际关系曲线，如图6中的实线所示；根据图6中实线的数据，可拟合出轮毂中心面外弯矩m
yz
和发电机旋转一周的疲劳损伤之间的拟合关系曲线(即m
yz-d曲线)，如图6中的虚线所示。
113.图6中的横坐标表示发电机旋转一周内的轮毂中心面外弯矩m
yz
(单位knm，即千牛米)，纵坐标表示发电机旋转一周的疲劳损伤值damage，y＝3e-08e
0.002x
为m
yz-d曲线的拟合表达式(其中，3e-08表示3乘以10的负八次方，e为自然对数的底数)，图6中的各纵坐标值的含义与3e-08相似，例如1.80e-07表示1.80乘以10的负七次方，其它纵坐标值同理；r2为相关系数，用于表征拟合精度，r2越接近1，表示图中虚线的拟合精度越高；由图6中虚线的表达式和走向可以看出，m
yz
和发电机旋转一周的疲劳损伤值呈指数关系，由图6中r2的数值可以看出，目前的虚线的拟合精度较高。
114.在一个示例中，基于图6所示的m
yz-d曲线，对于已获取的偏心磁拉力载荷时序数据中的实测轮毂中心面外弯矩m
yz
，根据该m
yz-d曲线可确定发电机旋转一周的疲劳损伤值，将发电机旋转一周的该疲劳损伤值乘以一个检测周期内不同m
yz
水平下的发电机的转数(该转数可基于实时测量的发电机的转角计算得出)，可得到发电机在一个检测周期内的疲劳损伤值，根据实际需求可将发电机在一周(此处指时间上的一周)内或一天内的疲劳损伤值作为偏心磁拉力载荷作用下的第三疲劳损伤值。
115.s405，根据第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值，确定热点区域的总疲劳损伤值。
116.在一个可选的实施方式中，确定出第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值的和，将确定出的和作为热点区域的总疲劳损伤值。
117.在一个可选的实施方式中，基于一个检测周期内的扭矩载荷时序数据、热载荷时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据，得到的第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值，均为一个检测周期内的疲劳损伤值，此时，对于多个检测周期内的总疲劳损伤值d
n
，可通过如下方式确定：
[0118][0119]
在表达式(7)中，d
n
表示n个检测周期(例如n天)内的总疲劳损伤值，d
m,i
表示第i个检测周期(例如第i天)内扭矩载荷作用下热点区域的第一疲劳损伤值，d
t,i
表示第i个检测周期内热载荷作用下热点区域的第二疲劳损伤值，d
ecc,i
表示第i个检测周期内偏心磁拉力载荷作用下热点区域的第三疲劳损伤值；其中，n为大于1的整数，i为[1,n]范围内的整数。
[0120]
可选地，如图7所示，本技术实施例提供的风力发电机组疲劳损伤的检测方法，在上述步骤s401至s405的基础上，还包括如下步骤s406-s407：
[0121]
s406，根据总疲劳损伤值，预测风力发电机组的剩余寿命。
[0122]
在一个可选的实施方式中，对于总疲劳损伤值d
n
，可通过如下方式预测风力发电机组的剩余寿命life
res
：
[0123][0124]
参数n的含义同前，为检测周期的数量。
[0125]
s407，在剩余寿命小于或等于寿命阈值时，发出预警信息。
[0126]
本技术实施例中的寿命阈值可根据实际需求或经验值预先设置，例如可设置为5年或8年，或其它时限。
[0127]
本技术实施例中的预警信息可以多种形式发出，例如灯光、声音、文字等形式。预警信息可帮助工程师及时了解剩余寿命的情况，从而有助于工程师及时对热点区域进行探伤检测，尽早排除隐患，保证风力发电机组的安全性。
[0128]
可选地，本技术实施例提供的风力发电机组疲劳损伤的检测方法，还包括：在所述总疲劳损伤值大于或等于损伤阈值时，在预设的停机条件下控制所述风力发电机组停机。
[0129]
本技术实施例中的损伤阈值和停机条件可以根据实际需求设置，例如可设置停机条件为在限电、技术改造及抽检等场景下控制部分风力发电机组停机，此时可将本技术实施例中确定出的大于或等于损伤阈值的风力发电机组作为控制停机的优先机组，使得在满足限电、技术改造及抽检等需求的同时降低此类风力发电机组的疲劳损耗。
[0130]
可选地，本技术实施例在获取发电机的偏心磁拉力载荷时序数据之后，还包括：
[0131]
在偏心磁拉力载荷时序数据中的任一偏心磁拉力载荷数据大于或等于载荷阈值时，调整风力发电机组的偏航参数和叶片桨距角中的至少一个参数，使风力发电机组的机舱偏航或叶片桨距角变化，直至偏心磁拉力载荷数据小于载荷阈值。
[0132]
根据本技术发明人的研究，偏心磁拉力载荷和热载荷是引起风力发电机组疲劳损伤的主要因素，本技术实施例通过对偏心磁拉力载荷设置载荷阈值，在该载荷阈值的基础上确定是否对风力发电机组的相应参数进行调整时，可在准确确定参数调整条件的同时减少计算量，提高数据处理速度。本技术实施例的载荷阈值可根据实际需求或经验值预先设
置。
[0133]
基于上述研究，本技术实施例还可基于热载荷数据采用相应的措施以降低风力发电机组的疲劳损耗，涉及的措施将在后续实施例中介绍。
[0134]
基于同一发明构思，本技术实施例提供的一种风力发电机组疲劳损伤的检测装置，如图8所示，该检测装置包括：数据获取模块801、第一疲劳确定模块802、第二疲劳确定模块803、第三疲劳确定模块804以及总疲劳确定模块805。
[0135]
数据获取模块801，用于获取发电机的扭矩载荷时序数据、温度时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据。
[0136]
第一疲劳确定模块802，用于根据扭矩载荷时序数据确定发电机的热点区域的结构应力时序数据，根据结构应力时序数据确定热点区域的第一疲劳损伤值。
[0137]
第二疲劳确定模块803，用于根据温度时序数据确定热点区域的热应力时序数据，根据热应力时序数据确定热点区域的第二疲劳损伤值。
[0138]
第三疲劳确定模块804，用于根据偏心磁拉力载荷时序数据，确定热点区域的第三疲劳损伤值。
[0139]
总疲劳确定模块805，用于根据第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值，确定热点区域的总疲劳损伤值。
[0140]
可选地，第二疲劳确定模块803具体用于：根据温度时序数据、以及温度和热应力之间的映射关系，确定热点区域的热应力时序数据。
[0141]
可选地，第二疲劳确定模块803具体用于：根据雨流计数法，确定热应力时序数据中不同的应力范围和平均应力的应力循环次数，作为热应力循环次数；对于热应力时序数据中的每个应力范围，根据该应力范围、以及应力范围与热应力循环次数的关系曲线，确定第二疲劳损伤值。
[0142]
可选地，第三疲劳确定模块804具体用于：根据偏心磁拉力载荷时序数据、以及偏心磁拉力载荷和偏心磁拉力载荷引起的疲劳损伤之间的关系曲线，确定第三疲劳损伤值。
[0143]
可选地，本技术实施提供的风力发电机组疲劳损伤的检测装置800，还包括：寿命预测模块和预警模块。
[0144]
寿命预测模块，用于根据总疲劳损伤值，预测风力发电机组的剩余寿命；预警模块，用于在剩余寿命小于或等于寿命阈值时，发出预警信息。
[0145]
可选地，本技术实施提供的风力发电机组疲劳损伤的检测装置800，还包括：参数调整模块。
[0146]
参数调整模块，用于在获取发电机的偏心磁拉力载荷时序数据之后，在偏心磁拉力载荷时序数据中的任一偏心磁拉力载荷数据大于或等于载荷阈值时，调整风力发电机组的偏航参数和叶片桨距角中的至少一个参数，使风力发电机组的机舱偏航或叶片桨距角变化，直至偏心磁拉力载荷数据小于载荷阈值。
[0147]
可选地，本技术实施提供的风力发电机组疲劳损伤的检测装置800，还包括：控制模块。
[0148]
控制模块，用于在总疲劳损伤值大于或等于损伤阈值时，在预设的停机条件下控制风力发电机组停机。
[0149]
本技术实施例的风力发电机组疲劳损伤的检测装置800可执行前面的任一种风力
发电机组疲劳损伤的检测方法，其实现原理相类似，本实施例中未详细示出的内容可参照前述的方面实施例，此处不再赘述。
[0150]
基于同一发明构思，本技术实施例提供了一种风力发电机组的检测系统，该检测系统包括：扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器和风电场的控制器(也可称为场级控制器)。
[0151]
扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器均与风电场的控制器通信连接。
[0152]
扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器，分别用于检测发电机的扭矩载荷、温度、偏心磁拉力载荷，得到扭矩载荷时序数据、温度时序数据、偏心磁拉力载荷时序数据。
[0153]
图9示出了一种风电场的示意图，在图9所示的示例中，扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器均通过风力发电机组的主控制器(也可称为单机控制器或风机控制器)与风电场的控制器通信连接，扭矩载荷探测器、温度探测器、偏心磁拉力载荷探测器将检测到的扭矩载荷时序数据、温度时序数据、偏心磁拉力载荷时序数据发送至风力发电机组的主控制器，风力发电机组的主控制器可将扭矩载荷时序数据、温度时序数据、偏心磁拉力载荷时序数据转发至风电场的控制器。
[0154]
可选地，本技术实施例的扭矩载荷探测器可集成于风力发电机组的主控制器中。
[0155]
可选地，本技术实施例的温度探测器包括至少两个温度传感器，在发电机的内部和外部分别设置至少一个温度传感器，分别用于检测发电机的内部温度和外部环境温度。
[0156]
在一个可选的实施方式中，当温度探测器包括两个温度传感器，可将一个温度传感器设置于发电机的内部，如铁芯背部、定子支架、转子支架处、磁钢、绕组等任意一处，用于实时检测发电机的内部温度；另一个设置于发电机的外部，用于实时检测发电机的外部环境温度。
[0157]
在另一个可选的实施方式中，当温度探测器包括三个以上的温度传感器时，可在发电机的内部和外部中的任意一处设置一个温度传感器，另一处设置两个以上的温度传感器，还可在发电机的内部和外部分别设置两个以上的温度传感器。设置两个以上的温度传感器的部分可以对多个位置点进行温度的实时检测，进而根据多个位置点的温度更准确地确定该部分的温度，例如根据多个位置点的平均温度确定该部分的温度。
[0158]
可选地，本技术实施例的温度探测器包括偏心磁拉力载荷探测器包括至少一个应变传感器，用于实时检测叶片的应力，该应力用于推导得到叶根弯矩，叶根弯矩可用于合成得到发电机的轮毂中心弯矩。
[0159]
在一个可选的实施方式，至少一个应变传感器可设置于叶片的根部(即叶根)或叶片的中部，以测量叶片的根部或中部的应力；在另一个可选的实施方式中，偏心磁拉力载荷探测器可通过测量叶片不同位置处的位移差来获取叶根弯矩。
[0160]
可选地，扭矩载荷探测器、温度探测器以及偏心磁拉力载荷探测器的采样频率可根据实际需求设置，例如，扭矩载荷探测器的采样频率可设置为1hz(赫兹)，温度探测器的采样频率可设置为0.1hz，偏心磁拉力载荷探测器的采样频率可设置为1hz。
[0161]
本技术实施例提供了一种风电场的控制器，该控制器包括：存储器和处理器，存储器与处理器电连接。
[0162]
存储器上存储有计算机程序，该计算机程序由处理器执行以实现本技术实施例所提供的任意一种风力发电机组的检测方法。
[0163]
本技术在一个可选实施例中提供了一种风电场的控制器，如图10所示，该控制器1000包括：存储器1001和处理器1002，存储器1001和处理器1002电连接，如通过总线1003连接。
[0164]
可选的，存储器1001用于存储执行本技术方案的应用程序代码，并由处理器1002来控制执行。处理器1002用于执行存储器1001中存储的应用程序代码，以实现本技术实施例提供的任意一种风力发电机组的检测方法。
[0165]
存储器1001可以是rom(read-only memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，可以是ram(random access memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是eeprom(electrically erasable programmable read only memory，电可擦可编程只读存储器)、cd-rom(compact disc read-only memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
[0166]
处理器1002可以是cpu(central processing unit，中央处理器)、通用处理器，dsp(digital signal processor，数据信号处理器)、asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)、fpga(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本技术公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器1002也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，dsp和微处理器的组合等。
[0167]
总线1003可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线可以是pci(peripheral component interconnect，外设部件互连标准)总线或eisa(extended industry standard architecture，扩展工业标准结构)总线。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0168]
可选地，控制器1000还可以包括收发器1004。收发器1004可用于信号的接收和发送。收发器1004可以允许电子设备1000与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。需要说明的是，实际应用中收发器1004不限于一个。
[0169]
可选地，控制器1000还可以包括输入单元1005。输入单元1005可用于接收输入的数字、字符、图像和/或声音信息，或者产生与电子设备1000的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输入单元1005可以包括但不限于触摸屏、物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆、拍摄装置、拾音器等中的一种或多种。
[0170]
可选地，控制器1000还可以包括输出单元1006。输出单元1006可用于输出或展示经过处理器1002处理的信息。输出单元1006可以包括但不限于显示装置、扬声器、振动装置等中的一种或多种。
[0171]
虽然图10示出了具有各种装置风电场的控制器1000，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
[0172]
基于同一的发明构思，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本技术实施例所提供的任意一种风力发电机组的检测方法。
[0173]
该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom、ram、eprom(erasable programmable read-only memory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
[0174]
本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质适用于上述任意一种风力发电机组的检测方法，在此不再赘述。
[0175]
应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
[0176]
1)本技术实施例可获取实时采集得到的风力发电机的多种载荷时序数据(具体包括扭矩载荷时序数据、热载荷时序数据和偏心磁拉力载荷时序数据)，根据该多种载荷时序数据，可得到扭矩载荷作用下的第一疲劳损伤值、热载荷作用下的第二疲劳损伤值、偏心磁拉力载荷作用下的第三疲劳损伤值，进而可得到第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值基础上的总疲劳损伤值；基于该过程，本技术实施例可获取引起疲劳损伤的多种载荷的真实载荷数据，并对该多种载荷的真实载荷数据进行综合处理和计算，从而确定风力发电机组的总疲劳损伤值，为风力发电机组的剩余寿命预测提供了精确度较高的疲劳损伤数据支持，有助于实时且精确地掌握风力发电机组的疲劳状态，以避免疲劳断裂事故的发生。
[0177]
2)本技术实施例可基于得到的总疲劳损伤值对风力发电机组的剩余寿命进行实时且精确的预测，并基于预测结果发出预警信息，对可能出现的危险进行提醒，以便于及时采取措施防治危险，提高风力发电机组的安全性，为风力发电机延寿。
[0178]
3)本技术实施例可根据风力发电机组的总疲劳损伤值，对疲劳损伤较大的风力发电机组进行负荷管理，以实现更精确的现场级调度管理，使风电场的各风力发电机组能够均衡使用。
[0179]
4)本技术实施例可建立各类载荷数据和应力数据之间映射关系，基于建立的映射关系以及实测的各载荷时序数据，可较为准确地确定对应的应力时序数据，进而根据应力时序数据确定各疲劳损伤分量(即第一疲劳损伤值、第二疲劳损伤值和第三疲劳损伤值)。
[0180]
5)本技术实施例可通过解析法或有限元方法建立载荷数据和应力数据之间(如扭矩载荷和结构应力之间、温度和热应力之间)的映射关系，可适用于简单数据规则以及复杂数据规则的多种应用场景，适用范围较广；在确定出应力数据后，结合雨流计数法，可快速确定出发电机的在相应的载荷作用下的疲劳损伤分量(如第一疲劳损伤值和第二疲劳损伤值)。
[0181]
6)本技术实施例可基于发电机在实际运行过程中的实测载荷数据(如偏心磁拉力载荷时序数据)和疲劳损伤数据，确定相应的载荷数据及其引起的疲劳损伤之间的关系，得到相应的关系曲线，进而在该关系曲线的基础上对任意实测载荷数据引起的疲劳损伤值(如第三疲劳损伤值)进行计算，从而可得到发电机在实际运行过程中的疲劳损伤值。
[0182]
本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各
种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0183]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0184]
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0185]
以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。