基于塔底信号的湍流识别方法、降载方法及识别系统与流程

1.本发明主要涉及风电技术领域，具体涉及一种基于塔底信号的湍流识别方法、降载方法及识别系统。


背景技术：

2.随着平价时代的到来，风电机组成本的压力越来越大，业主对风机可靠性的要求越来越高。目前对于湍流强度的求解方法，大多基于塔筒、叶根的测量载荷方，或者基于风速或根据推力等参数进行，在得到湍流强度后再调整风机运行参数实现降载。但是上述方式，在实际工程上根本无法应用或者应用成本高。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种实用性强的基于塔底信号的湍流识别方法、降载方法及识别系统。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种基于塔底信号的湍流识别方法，包括步骤：
6.1)获取风机的塔底信号及风机状态数据；所述塔底信号包括塔底变形量或塔底载荷；
7.2)根据所述风机的塔底信号及风机状态数据得到风机的湍流强度。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.在步骤1)中，通过粘贴在塔筒底部的应变片，再通过获取应变片输出的电压信号来得到塔底变形量或载荷。
10.在步骤1)中，所述风机状态数据则包括机舱风速，偏航误差，风机功率，风轮转速，发电机转速、发电机转矩、叶片桨距角、变桨速率中的一种或多种。
11.步骤2)的具体步骤为：
12.通过持续采集塔底应变片信号，得到一段时间内的塔底应变信号对应的湍流强度a；
13.结合仿真数据的分析结果，得到塔底的第一湍流强度和通过风速数据求得的第二湍流强度之间的关系；
14.通过将第一湍流强度和第二湍流强度之间的关系应用到湍流强度a上，得到风机真实运行过程中的湍流强度b。
15.本发明还公开了一种基于塔底信号的降载方法，包括步骤：
16.s1、通过如上所述的基于塔底信号的湍流识别方法，得到风机的湍流强度；
17.s2、将实时湍流强度与预设湍流强度进行比对，根据比对结果控制风机的运行模式以进行降载。
18.作为上述技术方案的进一步改进：
19.在步骤s2中，预设湍流强度对应有运行湍流曲线规划区间，具体是根据风机结构
的设计载荷与空气密度、湍流强度的对应关系，规划出风机安全运行的湍流曲线区间限值。
20.在步骤s2中，具体是将实时湍流强度与湍流曲线规划区间数据进行比对，通过确定风机当前处于何种湍流强度区间，进而确定风机的具体运行模式，输出对应的控制指令以控制风机的运行模式；其中运行模式包括降功率运行、顺桨停机、增加桨矩角、变桨高速响应模式中的一种或多种。
21.本发明进一步公开了一种基于塔底信号的湍流识别系统，包括：
22.第一模块，用于获取风机的塔底信号及风机状态数据；所述塔底信号包括塔底变形量或塔底载荷；
23.第二模块，用于根据所述风机的塔底信号及风机状态数据得到风机的湍流强度。
24.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于塔底信号的湍流识别方法的步骤。
25.本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于塔底信号的湍流识别方法的步骤。
26.与现有技术相比，本发明的优点在于：
27.本发明预先通过同型号机组的载荷实测数据，验证或修正塔底变形量/载荷与湍流强度的标定关系；从而在风机正常运行时，实时获取塔底变形量/载荷的基础上，实时获取风机的状态数据以得到湍流强度，后续再通过切换对应的风机控制模式来实现降载。
28.本发明通过增加少量成本极低的应变片，通过应变片的电压信号来估算湍流强度，可以摆脱应变片的标定工作，实现极低成本的机组湍流强度估算功能，实用性强。
附图说明
29.图1为本发明的方法在具体应用时的流程图。
30.图2为本发明的湍流强度-风速曲线图。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
32.如图1所示，本实施例的基于塔底信号的湍流识别方法，包括步骤：
33.1)获取风机的塔底信号及风机状态数据；其中塔底信号包括塔底变形量或塔底载荷；
34.2)根据所述风机的塔底信号及风机状态数据得到风机的湍流强度。
35.由于风机运行过程中的所有载荷、载荷波动都会反映到塔底变形量或载荷上，而且影响风机载荷、风机寿命的关键环境变量为湍流强度；在风机正常运行时，实时获取塔底变形量或载荷和风机状态数据的基础上，得到湍流强度，后续再通过切换对应的风机控制模式来实现降载。
36.本实施例中，在步骤1)中，通过粘贴在塔筒底部的应变片，再通过获取应变片输出的电压信号来得到塔底变形量或载荷，其中塔底变形量x到塔底载荷y之间是一个1次函数关系。应变变形属于直接的测试量，塔底载荷属于间接的转换量。通过增加少量成本极低的应变片，通过应变片的电压信号来估算湍流强度，可以摆脱应变片的标定工作(其中应变片
测量得到的都是应变信号。正常都需要通过标定过程，把应变信号通过y＝kx b关系转换为载荷。但是对于湍流来说，其求解公式为：一组数据的标准偏差/这组数据的平均值。去掉斜率常数k和截距b后，应变信号和载荷信号的波动趋势是一致的。作为求解湍流强度的需求来说，无需知道具体的载荷值，只需根据湍流计算公式获取湍流即可)，实现极低成本的机组湍流强度估算功能，实用性强。
37.本实施例中，在步骤1)中，风机状态数据则包括机舱风速，偏航误差，风机功率，风轮转速，发电机转速、发电机转矩、叶片桨距角、变桨速率中的一种或多种。
38.本实施例中，在步骤2)中，根据获取的塔底应变片信号和风机状态数据，基于内置的湍流强度算法，通过塔底应变片的电压信号波动情况(如幅值、变化率等)，计算得到风机实时的湍流强度。
39.详细具体步骤为：通过持续采集塔底应变片信号，以600s数据为滑窗窗口，根据湍流计算公式，求得这个时间窗口内的塔底应变信号对应的湍流强度a；
40.再结合大量仿真数据的分析结果，得到塔底第一湍流强度和通过风速数据求得的第二湍流强度之间的关系；
41.通过将第一湍流强度和第二湍流强度之间的关系应用到湍流强度a上，得到风机真实运行过程中的风速湍流强度b。
42.在上述湍流识别方法的基础上，本发明进一步公开了一种降载方法，具体包括：
43.s1、通过如上所述的湍流识别方法得到风机的实时湍流强度；
44.s2、将实时湍流强度与预设湍流强度进行比对，根据比对结果控制风机的运行模式以进行降载。
45.本实施例中，在步骤s2中，上述预设湍流强度对应有运行湍流曲线规划区间，具体是根据风机结构的设计载荷与空气密度、湍流强度的对应关系，规划出风机安全运行的湍流曲线区间限值。其中风机关键部件的载荷与风机所处的空气密度、湍流强度、风速大小实时相关。在设计阶段，通过大量载荷计算，可以得到一系列曲线，如图2所示：x轴为风速，y轴为湍流强度，系列曲线为空气密度。
46.进一步地，在步骤s2中，具体是将实时湍流强度，与湍流曲线规划区间数据进行比对，通过确定风机当前处于何种湍流强度区间，进而确定风机的具体运行模式(如降功率运行、顺桨停机、增加桨矩角、变桨高速响应模式等)，输出对应的控制指令以控制风机的运行模式。上述一系列曲线规划好了风机运行的安全区间，当实时数据点x，y的组合超出区间范围(曲线下方为安全区间)，风机则采取后续动作实施降载。
47.再进一步地，将输出的运行模式与风机当前所处的运行模式进行对比；若两者一致，则继续维持当前运行状态，若两者不一致，则切换为指定的运行模式，实现风机的降载。
48.本发明还公开了一种基于塔底信号的湍流识别系统，包括：
49.第一模块，用于获取风机的塔底载荷及风机状态数据；
50.第二模块，用于根据所述风机的塔底载荷及风机状态数据，得到风机的湍流强度。
51.本发明的识别系统，用于执行如上所述的识别方法，同样具有如上识别方法所述的优点。
52.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于塔底信号的湍流识别方法的步骤。本发明进一
步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的基于塔底信号的湍流识别方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
53.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。