一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法及装置与流程

1.本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法及装置。


背景技术：

2.风电机组整机设计流程主要包括以下几个步骤：1、基于市场调研定位机组的设计条件与适用范围；2、基于iec614000风力发电机组设计要求规范开展仿真载荷计算；3、基于整机载荷开展结构部件设计，并完成有限元强度校核；4、安装样机进行测试验证工作，完成闭环设计。其中风电机组测试与仿真计算验证是设计流程中重要的环节，测试数据是对仿真结果的验证与分析，同时可以完善设计仿真模型，提高机组设计的可靠性。
3.风电机组的测试一般要持续几个月，基于现场测试设备采集的数据，包括实测风况信息、机组载荷信息、结构振动信息以及功率数据等，开展数据分析，同时基于实测的风况条件，开展仿真对比分析，完成机组闭环设计验证流程。目前风电载荷仿真一般采用商业软件bladed，如何准确的模拟出现场的实际风况，包括风的时序、空气密度与风剪切，开展测试与仿真验证对比工作，是目前亟待解决的技术问题。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“风电机组测试载荷获取方法、与仿真载荷对比方法及装置”，其公告号：cn111859679a，公开了基于相关性验证的载荷对比方法，没有给出对于不同工况的具体对比方法。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法及装置，能够快速准确的模拟实测风况，批量完成测试工况的仿真对比，并且进行数据对比处理分析，以提高机组设计的可靠性。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法，包括如下步骤：
8.s1、仿真工况；
9.s2、计算工况；
10.s3、对比分析。
11.作为优选的，其特征在于，s1包括获取数据，数据包括风的平均与湍流统计值、空气密度与风剪切或者是风速的时序数据。
12.作为优选的，s1中仿真工况为对基于现场实测工况对应的仿真工况。给定工况风资源的统计条件，采用bladed自带定义生成风文件，通过算法程序批量生成所有仿真工况；对于给定风资源时序工况输入，则采用特定格式批量读写至txt文件，通过bladed软件开源读取自定义风批量生成风文件。
13.作为优选的，s2中通过算法程序批量生成对应的仿真计算工况。仿真工况所用机组模型与实测机组保持一致，批量更改湍流、空气密度以及风剪切命令来生成不同的仿真
工况，能够准确的模拟出实测风时序，保证了仿真工况能够复现实际测试工况的情况，提高了仿真的准确度。对于给定每个测试工况环境条件的统计数据，以特定的格式命名工况，其中编号分布表示平均风速、湍流、空气密度与工况编号，在风文件计算路径中，基于仿真机组的bladed软件自带风文件定义设置模板，设置内容包括：湍流风模型的大小与理论模型、仿真时长、随机风种子以及平均风速；基于风文件定义模板的命令流，通过算法程序批量生成所有仿真风文件中通过历遍风文件模板命令文件，不同仿真工况通过替换平均风速等特征命令实现批量生成风文件，该方法模拟的风文件在统计值上面能够与实测工况保持一致，能够满足部分对比需求；给定风资源时序工况输入中给定所有测试工况风文件的时序，以特定的格式读写风时序至txt文件中，通过bladed软件开源识别写入实测风时序，时序分别对于u、v、w三个方向的风速；定义风文件模板，通过算法程序批量生成所有仿真风文件，以上述方法进行工况命名。
14.作为优选的，s2中计算工况包括调用dtbladed功能开展仿真工况的计算。采用高性能处理器能够进行多核高速计算，基于程序多核调用dtbladed功能，能够提高全工况的计算效率。
15.作为优选的，s3对比分析中包括对比仿真工况数据与计算工况数据，并选取机组关键部件载荷对比。关键部件载荷对比包括叶片、塔架与主轴等关键部件，散点统计对比包括对仿真的所有工况进行统计，统计每一个工况的最大值、最小值、平均值以及标准差，以风速为依据进行风速bin区间处理，统计测试与仿真在不同风速bin区间内得到散点统计差异；通过雨流计数处理得到1hz等效疲劳统计分析，等效疲劳载荷同样以散点统计进行对比，所述雨流循环计算过程包括以下步骤：1)搜寻应力关系曲线以通过转折点的识别来确定相继的峰值与谷值；2)重新排序相继的峰值与谷值，以使该序列由应力关系曲线中的最高峰值打头；3)接着扫描峰值与谷值序列以确定雨流循环；4)当范围超过用户指定的最小范围时，记录一个雨流循环，记录每个雨流循环的均值和范围；5)根据循环的均值和范围将计算分为多个小段(bin)后进行雨流循环的计算6)定义分段(bins)的分布，需要设定应力最小和最大值及要用的bins的数目。
16.作为优选的，s3还包括通过结果导出模型，将处理完的对比结果导出。
17.一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现装置，包括一个或多个处理器，当特定程序被处理器执行，使得处理器实现上述一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法。
18.本发明的实施方式具有如下优点：
19.(1)能够准确的模拟出实测风时序；(2)便于对比结果的可视化分析，为设计机组的对比验证提供支持；(3)能够快速准确的模拟实测风况，批量完成测试工况的仿真对比，并且进行数据对比处理分析，以提高机组设计的可靠性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
21.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
22.图1是本发明实施例中流程框图。
23.图2为本发明实施例中批量仿真工况生成集成程序界面示意图。
24.图3为本发明实施例中仿真与测试风时序对比示意图。
25.图4为本发明实施例中载荷散点对比示意图。
26.图5为本发明的方法步骤图。
具体实施方式
27.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1-4所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法，包括：
29.以某兆瓦机组基于实测风况仿真进行仿真对比作为参考实例，输入风资源条件为风时序工况，操作流程包括：
30.步骤s1、对于给定风资源时序工况输入，给定所有测试工况风文件的时序，以特定的格式读写风时序至txt文件中，通过bladed软件开源识别写入实测风时序，时序分别对于u、v、w三个方向的风速。定义风文件模板，通过算法程序批量生成所有仿真风文件，以上述方法进行工况命名。该方法能够准确的模拟出实测风时序，保证了仿真工况能够复现实际测试工况的情况，测试与仿真模拟风时序对比如图3所示，可以看出差异非常小，该方法能够准确模拟出现场的风况。
31.步骤s2、基于上述风文件，通过算法程序批量生成对应的仿真工况，先定义工况计算模型模板，再通过历遍模型命令流读取风文件以及更新参数，批量生成仿真工况，集成化程序界面如图2所示，需输入风文件计算路径、仿真工况路径以及定义主要参数，即可快速批量生成仿真工况。
32.步骤s3、通过调用dtbladed功能开展仿真工况的计算，采用高性能处理器能够进行多核高速计算，基于程序多核调用dtbladed功能，提高全工况的计算效率。
33.步骤s4、基于计算完成仿真工况的结果以及测试工况结果开展对比分析，统计关键部件的极限载荷与疲劳载荷，对比内容包括载荷散点统计、1hz等效疲劳散点统计、工况标准差统计以及频谱分析，图4给出了载荷散点统计对比示意图。
34.步骤s5、通过结果导出模块，模块基于算法程序包装，能直接将将理完的对比结果输出至标准word文档，同时包含图表结果。
35.在另一个实施例中，实测数据以10min时长作为一个工况，每个工况以10min的输入条件开展仿真对比。针对仅有工况统计数值的风况条件输入情况(即每个工况的平均风速、湍流、空气密度以及风剪切)。
36.根据给定每个测试工况环境条件的统计数据，以特定的格式编译在txt文件中，格式内容如下：
37.9.498
ꢀꢀ
0.141 1.009 9.498_0.141_1.009_1
38.10.709 0.101 1.005 10.709_0.101_1.005_2
39.10.407 0.195 1.005 10.407_0.195_1.005_3
40.......
41.8.032 0.143 1.037 8.032_0.143_1.037_100
42.在风文件计算路径中，基于仿真机组的bladed软件自带风文件定义设置模板，设置内容包括：湍流风模型的大小与理论模型、仿真时长、随机风种子以及平均风速。基于风文件定义模板的命令流，通过算法程序历遍风文件模板命令文件，批量生成所有仿真风文件，不同仿真工况通过替换平均风速等特征命令实现批量生成风文件，该方法模拟的风文件在统计值上面能够与实测工况保持一致。
43.对于给定风资源时序工况输入，给定所有测试工况风文件的时序，以特定的格式读写风时序至txt文件中，通过bladed软件开源识别写入实测风时序，时序分别对于u、v、w三个方向的风速。定义风文件模板，通过算法程序批量生成所有仿真风文件，以上述方法进行工况命名。该方法能够准确的模拟出实测风时序，保证了仿真工况能够复现实际测试工况的情况。
44.基于上述风文件，通过算法程序批量生成对应的仿真工况，先定义工况计算模型模板，再通过历遍模型命令流读取风文件以及更新参数，批量生成仿真工况。
45.通过调用dtbladed功能开展仿真工况的计算，采用高性能处理器能够进行多核高速计算，基于程序多核调用dtbladed功能，提高全工况的计算效率。
46.基于测试与仿真结果数据开展对比，选取机组关键部件载荷对比，包括叶片、塔架与主轴等关键部件。散点统计对比包括对仿真的所有工况进行统计，统计每一个工况的最大值、最小值、平均值以及标准差，以风速为依据进行风速bin区间处理，统计测试与仿真在不同风速bin区间内得到散点统计差异；通过雨流计数处理得到1hz等效疲劳统计分析，等效疲劳载荷同样以散点统计进行对比。
47.通过结果导出模型，将处理完的对比结果导出到标准word文档中，内容包括对比图片以及数据表格形式。
48.一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现装置，包括一个或多个处理器，当特定程序被处理器执行，使得处理器实现上述一种基于风电机组测试数据的模型仿真对比实现方法。
49.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。