4 黄蓉-大型化机组全寿命周期载荷评估和控制系统20230402.pdf

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1、MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED大型化机组全寿命周期载荷评估和控制系统明阳智慧能源集团股份公司黄蓉 控制算法室 副主任2023.0401全寿命周期载荷预估02疲劳损伤在线预测03模型训练04健康度监测系统05动态优化控制系统MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED明阳使命:创新清洁能源，造福人类社会我国陆上风电已经全面进入平价时代，伴随着风机的大型化，风力发电机组在运行过程中存在振动或者外部自然环境的影响，所承受的载荷不确定，导致风力发电机组疲劳问题很复杂。风载是风电机组的外部载荷来源，由于风的随机性，风电机组的受载状态很复杂

2、，载荷交变特性明显，因此需要对在役机组关键部件进行疲劳损伤预测，为开发更有利于机组安全稳定运行的控制策略提供依据，具有重要的研究意义。课题背景明阳智能不仅在设计现代大型风力发电机组的部件过程中，深入分析疲劳载荷，采用先进高效的降载控制策略；而且采用先进可靠的载荷测量系统，对在役机组进行疲劳检测，开发基于载荷寿命预估的先进算法，并建立风电机组整机及子部件的健康监测模型，保证机组运行的稳定性，进行动态功率调度优化，实现全场发电量最优，攻破平价时代风电大基地开发建设经济性难题。01全寿命周期载荷预估MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED疲劳损伤是机械结构部件和零件的主

3、要失效形式，通常机械部件会受不同强度的周期性波动载荷，建立部件可靠的累积损伤模型，可以有效提高疲劳寿命的预测精度。风力发电机组的使用寿命主要取决于主要零部件的疲劳寿命，如叶片、塔筒、轮毂、偏航等；为了估算出各个部件的疲劳寿命，则需要获取其相应的载荷幅值，进而获得应力幅值分布，再结合疲劳寿命曲线进行寿命估算。疲劳损伤预估可根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则进行计算，当累积疲劳损伤值等于1时，部件发生疲劳破坏，即：，式中：为第i个载荷循环幅值区间内的循环个数，由雨流计数法得到；为对应的疲劳破坏循环次数，由S-N曲线得到。01 全寿命周期载荷预估MINGYANG SMART ENERG

4、Y GROUP LIMITED动态仿真不同风况时间序列改进的雨流计数法计算载荷循坏次数、平均应力和应力范围产生部件疲劳载荷谱NSSn1Sn2N2N1疲劳损伤计算1.0iiinNiniNMINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED01 全寿命周期载荷预估MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED01采 集 及 处 理 数 据每个风电场选择一台机组作为标杆机组标杆机组，在标杆机组的叶根、塔筒顶部、塔筒底部安装光纤载荷传感器，测量三个部件的弯矩载荷。每个风场的升压站安装一台高性能服务器高性能服务器，以采集、存储全场机组的运行数据，其中运行数据包括

5、发电机功率、发电机转速、三个叶片的桨距角、机舱前后加速度、机舱侧向加速。高性能服务器将全场机组的运行数据按照10分钟划分，统计每台机组运行数据的10分钟统计值，10分钟统计值包括最大值、最小值、变化范围（最大值减去最小值）、平均值、标准差。02在 线 计 算 疲 劳 损 伤 值标杆机组的主控PLC利用改进的雨流计数法，将实时测量得到的各个部件载荷数据按10分钟分段，转化成各个部件载荷的雨流计数结果，根据各个部件的材料对应的S-N曲线、各个部件载荷的雨流计数结果，计算得到10分钟内各个部件的疲劳损伤值。载荷采集设备运行状态与部件载荷损伤深度学习训练MINGYANG SMART ENERGY GR

6、OUP LIMITED01 全寿命周期载荷预估MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED采 集 及 处 理 数 据MINGYANG SMART ENERGY GROUP LIMITED020040060080010001200140016001800-18000180036005400Blade root 1 MyBlade root 2 MyBlade root 3 MyBlade root 1 MxBlade root 2 MxBlade root 3 MxTime s1E-131E-121E-111E-101E-91E-81E-71E-61E-51E-41E-