[发明专利]风力发电机组的塔架载荷建模方法和装置

说明书

本申请提供一种风力发电机组的塔架载荷建模方法和装置，包括：S21、针对多个运行工况，通过蒙特卡洛法仿真获得多个载荷数据集；S22、分析各运行工况对应的载荷数据集中的载荷值的概率分布；S23、根据各载荷数据集中的载荷值的概率分布，确定该载荷数据集的有效载荷值；S24、根据多个载荷数据集的有效载荷值及与有效载荷值相对应的工况参数的特征值，采用敏感性分析方法确定每个工况参数对塔架载荷的影响程度；S25、根据每个工况参数对塔架载荷的影响程度，确定多个工况参数中的有效影响工况参数；S26、根据多个载荷数据集的有效载荷值及对应的有效影响工况参数的特征值，通过多项式展开法对塔架载荷进行建模。

技术领域

本申请涉及风力发电机组领域，尤其涉及一种风力发电机组的塔架载荷建模方法和装置。

背景技术

风力发电机组的设计正在向着深远海、尺寸和容量大型化的方向发展，相较于陆上风力发电机组，海上风力发电机组塔筒支撑系统具有更强的柔性、更加严酷的风浪流耦合服役环境，其服役性能与安全性对经济高效的海上风能资源开发至关重要，因而对其精细化分析与整体可靠性设计提出了更高要求。风力发电机组包括桨叶、机舱、塔体、基础等部件，且存在转矩控制、桨叶控制与气动耦合等电-机结构非线性耦合效应，建立合理的海上风力发电机组统分析模型是进行整体可靠性分析与设计的基础。

与陆上风力发电机组不同的是，除气动载荷外海上风力发电机组还同时受到波浪和洋流载荷的影响(如图1所示)。在海上风电场的建设中，塔架-基础结构的成本占总造价的比例较高，根据海上风电场不同的场区的水文特征、地质条件、使用要求，选用不同的基础结构形式，是保证海上风力发电机组基础稳定性、可靠性和经济性的关键。多样的结构形式、复杂的海洋环境条件等因素使得基础结构研发和设计成为海上风电领域的重点和难点，了解各类环境、载荷参数对不同基础结构的影响规律，便可根据环境、载荷条件对风力发电机组机位、基础形式作出合理的选择。

目前，针对风电机组“桨叶-塔架-基础”建立的一体化模型主要采用模态分析法、多体动力学法和有限元分析法。对于模态分析法，叶轮面经历的气动载荷仅简单的通过额定风速和修正系数来确定，随后依据转子和塔体的变形相容性条件实现运动方程的耦合，使用该方法建立的一体化载荷模型方法自由度较少、计算方便，但存在精度较低，代数推导繁杂，且难以考虑具有较大形变的几何非线性等问题。多体动力学法可同时考虑刚体位移和弹性变形，能够满足一定的模拟精度，然而多体动力学法对细部力学分析较低，而这对诸如疲劳载荷评估和可靠性设计至关重要。对于有限元法，风电机组基于有限元的建模分为获得精确局部响应的细部建模和获得整体响应的整体建模，获得各个部件的刚度、质量阻尼矩阵，并通过叶片-塔筒的连接矩阵在轮毂处实现了叶片与塔筒的耦合，然而该一体化建模方法难以同时分析刚体运动和弹性变形问题及叶片的旋转效应。此外，上述一体化建模方法忽略了气动载荷、波浪载荷、洋流特征以及风力发电机组自身的控制器设计的相互影响等问题，这些因素都影响了一体化建模的精度，导致与风力发电机组支撑结构实际承受载荷情况有差异。

发明内容

本申请提供一种风力发电机组的塔架载荷建模方法和装置。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请实施例的第一方面，提供一种风力发电机组的塔架载荷建模方法，包括：

针对风力发电机组的多个运行工况，通过蒙特卡洛法仿真获得多个载荷数据集，多个所述运行工况与多个所述载荷数据集一一对应，各载荷数据集均包括塔架分别在对应运行工况的多个子工况下的载荷值，多个所述运行工况的至少一个工况参数的特征值的参考值大小不相等，每个运行工况的多个子工况对应包括该运行工况在不同时间段内的工况参数的特征值，每个运行工况的多个子工况的至少一个工况参数的特征值的变化范围不同，所述工况参数包括风浪流参数及所述风力发电机组的控制参数；

分析各载荷数据集中的载荷值的概率分布，所述概率分布用于表征各载荷值的概率大小；