本發(fā)明屬于風電場優(yōu)化，尤其涉及一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、風電行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，大型風機和大規(guī)模場站不斷投入運行，風力發(fā)電技術日益成熟。然而，尾流效應成為影響風電場效率的重要因素。當來流風經過上游風機時，部分動能被吸收轉化，導致下游風機的入流風速降低，進而影響其輸出功率。同時，風機尾流使得入流風的風速波動加劇，湍流強度增大，風機所受載荷的疲勞損傷也隨之增加。為了提升風電場的整體輸出功率并降低平均疲勞損傷，運行中可主動控制風機功率。

2、在現(xiàn)有的風電場有功與疲勞優(yōu)化模型中，累積疲勞損傷的計算方法主要有兩種。第一種是近似方法，由于傳統(tǒng)的雨流計數(shù)法無法實現(xiàn)實時計算，現(xiàn)有技術通常采用載荷(如轉軸扭矩)直接作為疲勞大小的指標，或者假設疲勞與風機出力成正比，定義疲勞系數(shù)作為疲勞指標。然而，這些近似方法的計算精度明顯不足。第二種方法是機器學習方法，它以雨流計數(shù)法計算的疲勞數(shù)據(jù)作為訓練集，通過離線訓練神經網絡來實現(xiàn)實時運行優(yōu)化。盡管這種方法在理論上具有一定的優(yōu)勢，但其對數(shù)據(jù)集的要求極高，依賴性大，且方法本身過于復雜，實際應用中存在諸多限制。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法及系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法，包括：

3、獲取當前時刻的載荷數(shù)據(jù)，其中所述載荷數(shù)據(jù)包括載荷值、載荷極值、滑動窗口的起始位置及原有累積疲勞損傷值；

4、根據(jù)所述載荷數(shù)據(jù)更新載荷極值，并判斷滑動窗口的終止位置是否發(fā)生變化；

5、若發(fā)生變化，則對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)法處理，提取載荷幅值、均值及循環(huán)次數(shù)；

6、對所述載荷幅值進行修正，并確定最大循環(huán)載荷次數(shù)，結合所述原有累積疲勞損傷值，得到當前時刻的累積疲勞損傷。

7、優(yōu)選地，更新載荷極值的公式：

8、

9、式中，xt表示為t時刻載荷，xmax和xmin表示為載荷極值，和分別表示為第j個滑動窗口的起止位置，lwin表示為窗口最大長度。

10、優(yōu)選地，對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)法處理包括：

11、對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行預處理，得到預處理載荷數(shù)據(jù)；

12、對所述預處理載荷數(shù)據(jù)進行剪切再造，得到載荷時間序列；

13、根據(jù)所述載荷時間序列，選取三點式窗口；

14、根據(jù)所述三點式窗口，判斷窗口內是否存在雨流閉合循環(huán)；

15、若存在雨流閉合循環(huán)，則提取每個雨流循環(huán)的幅值、均值和循環(huán)次數(shù)。

16、優(yōu)選地，得到當前時刻的累積疲勞損傷包括：

17、基于goodman曲線對所述載荷幅值進行修正，利用s-n曲線確定最大循環(huán)載荷次數(shù)，結合palmgren-miner線性累積損傷理論計算當前時刻t的疲勞損傷值并修正，并疊加所述原有累積疲勞損傷值，得到當前時刻的累積疲勞損傷。

18、優(yōu)選地，基于goodman曲線對所述載荷幅值進行修正包括：

19、在平均載荷不為0時，采用goodman曲線進行修正，修正表達式為：

20、

21、式中，sai為循環(huán)幅值；si為等效均值為0時的載荷幅值；smi為循環(huán)均值；σb為材料在拉伸斷裂時的最大載荷值。

22、優(yōu)選地，利用s-n曲線確定最大循環(huán)載荷次數(shù)的公式為：

23、sm×n＝c

24、式中，s為載荷幅值；n為該載荷幅值下的最大循環(huán)載荷次數(shù)；m為wohler指數(shù)，c為常數(shù)。

25、優(yōu)選地，palmgren-miner線性累積損傷理論：

26、

27、式中，ni為載荷幅值si下的循環(huán)次數(shù)，d為累積疲勞損傷程度；

28、dt＝k×d+dt-1

29、式中，dt為t時刻的累積疲勞損傷，dt-1為上一時刻的累積疲勞損傷，k為損傷修正系數(shù)，與lwin相同。

30、第二方面，本申請還提供了一種用于風電場的疲勞損傷實時評估系統(tǒng)，包括：

31、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取當前時刻的載荷數(shù)據(jù)，其中所述載荷數(shù)據(jù)包括載荷值、載荷極值、滑動窗口的起始位置及原有累積疲勞損傷值；

32、極值更新模塊，用于根據(jù)所述載荷數(shù)據(jù)更新載荷極值，并判斷滑動窗口的終止位置是否發(fā)生變化；

33、雨流計數(shù)模塊，用于對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)法處理，提取載荷幅值、均值及循環(huán)次數(shù)；

34、疲勞損傷計算模塊，用于對所述載荷幅值進行修正，并確定最大循環(huán)載荷次數(shù)，結合所述原有累積疲勞損傷值，得到當前時刻的累積疲勞損傷。

35、第三方面，本發(fā)明還公開了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面所述方法的步驟。

36、第四方面，本發(fā)明還公開了一種計算機程序產品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)第一方面所述方法的步驟。

37、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

38、本發(fā)明提供了一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法，包括：首先獲取當前時刻的載荷數(shù)據(jù)，其中所述載荷數(shù)據(jù)包括載荷值、載荷極值、滑動窗口的起始位置及原有累積疲勞損傷值；其次根據(jù)所述載荷數(shù)據(jù)更新載荷極值，并判斷滑動窗口的終止位置是否發(fā)生變化；若發(fā)生變化，則對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)法處理，提取載荷幅值、均值及循環(huán)次數(shù)；最后對所述載荷幅值進行修正，并確定最大循環(huán)載荷次數(shù)，結合所述原有累積疲勞損傷值，得到當前時刻的累積疲勞損傷。

39、本發(fā)明將動態(tài)滑動窗口法與雨流計數(shù)法相結合，解決了傳統(tǒng)雨流計數(shù)法無法實時計算的問題，在保證精度的基礎上，可實現(xiàn)風機累積疲勞損傷的快速實時計算。本發(fā)明方法可用于風電場優(yōu)化中疲勞的量化，計算準確性高，優(yōu)化效果好。

技術特征：

1.一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，

6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，

7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，

8.一種用于風電場的疲勞損傷實時評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-7任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機程序產品，包括計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-7任一項所述方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于風電場的疲勞損傷實時評估方法及系統(tǒng)，方法包括：獲取當前時刻的載荷數(shù)據(jù)，其中所述載荷數(shù)據(jù)包括載荷值、載荷極值、滑動窗口的起始位置及原有累積疲勞損傷值；根據(jù)所述載荷數(shù)據(jù)更新載荷極值，并判斷滑動窗口的終止位置是否發(fā)生變化；若發(fā)生變化，則對滑動窗口內的載荷數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)法處理，提取載荷幅值、均值及循環(huán)次數(shù)；對所述載荷幅值進行修正，并確定最大循環(huán)載荷次數(shù)，結合所述原有累積疲勞損傷值，得到當前時刻的累積疲勞損傷。本發(fā)明將動態(tài)滑動窗口法與雨流計數(shù)法相結合，解決了傳統(tǒng)雨流計數(shù)法無法實時計算的問題，在保證精度的基礎上，可實現(xiàn)風機累積疲勞損傷的快速實時計算。

技術研發(fā)人員：車延博,姜楠,齊寓乾,張尚源
受保護的技術使用者：天津大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15