[发明专利]计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法

说明书

本发明涉及风电场可靠性评估方法，具体为计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法，解决现有评估方法不能准确评估风险的问题，步骤：一、生成机组历史疲劳载荷时间序列和疲劳载荷谱；二、生成轴系材料性能S‑N曲线；三、对机组轴系进行疲劳分析；四、建立轴系疲劳失效率模型；五、建立计及传动系统疲劳的Markov模型；六、采用蒙特卡罗法进行可靠性分析。优点：在确定机组处于运行或停运状态时，考虑了机组传统轴系的疲劳损伤造成机组停运的可能性以及其出现的概率、造成的后果，从而在机组可靠性建模是提供更加精确且符合实际的机组停运概率模型，进而显著提高风电可靠性评估的准确性，且分析结果可间接用于指导风电场检修计划和运行计划。

技术领域

本发明涉及风电场可靠性评估方法，具体为计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法。

背景技术

随着风电并网容量的快速增长，风力发电对电力系统可靠运行带来了日益严峻的挑战。长期以来，风电机组机械传动系统的疲劳问题一直是风电领域的一大难题。风电机组通常安装于风能资源较丰富的偏远地区，其所处自然环境较为恶劣，大型风力发电机机舱通常安装于塔顶，且内部空间狭小，其设备零件一旦发生故障，修复将非常困难，同时也将造成较长的故障停机时间。据统计，风力发电各子系统年失效率中传动系统失效占比为31%，且传动系统主要失效形式是疲劳，失效后一般难以维修，需要更换新零件，造成的停机时间较长。而且，传动系统结构复杂，失效前几乎没有外在的、明显的塑性变形迹象，事先不易察觉，一旦失效将造成突发性的设备事故并对电网产生冲击，损坏风机设备以及危害电力系统稳定可靠运行。现有风电场可靠性评估方法中，风电机组元件失效率或采用统计量，或作为服役时间函数，均不能准确体现元件真实“年龄”与失效率的关系，同时也忽略了不同机组运行工况和使用强度的差别。为了精确化风电机组传动系统失效率，需结合其疲劳情况进行失效率建模。由于疲劳失效造成的机组停运风险不容忽视，而现有可靠性分析模型未能将电气领域的可靠性评估与机械领域的疲劳分析有机结合，这显然低估了风电并网带来的风险。因此有必要建立能将元件机械失效机理与可靠性结合的分析模型，提高含风电场的电力系统可靠性评估的准确性，研究一种计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法是具有重要现实意义的。

发明内容

本发明解决目前现有的风电场可靠性评估方法不能准确体现元件真实“年龄”与失效率的关系，忽略了不同机组运行工况和使用强度的差别，未能将电气领域的可靠性评估与机械领域的疲劳分析有机结合，不能预估机械疲劳给风电并网带来的风险的问题，提供一种计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法。

本发明是通过以下操作步骤实现的：计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法，包括以下操作步骤：

一、生成风电机组历史疲劳载荷时间序列和疲劳载荷谱；

二、生成轴系材料性能S-N曲线；

三、采用ANSYS Workbench和nCode Designlife软件联合仿真，对风电机组传动轴系进行疲劳分析；

四、建立传动轴系疲劳失效率模型：采用Weibull分布描述元件失效过程，根据Weibull分布的定义，轴系累计失效概率分布和疲劳失效率如下：，，上式中D为累计疲劳损伤，h和g分别为Weibull分布的形状参数和尺度参数度参数，估算方法如下：

1）、收集一份同一型号风电机组的传动系统疲劳失效情况数据，包括所有正在服役的传动系统疲劳损伤值、失效的传动系统总数及各自失效前疲劳损伤值；

2）、计算传动轴系对应于每一个疲劳损伤值的离散失效概率，然后计算相应的累积失效概率，对应于每一个疲劳损伤的离散失效概率等于元件处于这一损伤值时的恰好退役的元件数除以总暴露元件数；