非IEC工况下风机风险快速评估方法、系统及装置与流程

非iec工况下风机风险快速评估方法、系统及装置
技术领域
1.本发明涉及风力发电技术领域，具体地涉及一种非iec工况下风机风险快速评估方法、一种非iec工况下风机风险快速评估系统、一种非iec工况下风机风险快速评估装置及一种机器可读存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着风机叶片大型化发展，其中，百米级叶片的几何非线性、结构弱刚性和流场复杂性导致旋转条件下的气弹耦合动态响应规律极其复杂，在复杂地形进行风电机组建设时，现有风能资源评估理论不满足我国机组评估安全性的需求，风切变、湍流等风资源评估面临失效的风险，暴露出非iec工况下机组风险识别准确性不足的弱点。iec工况是风机设计通用标准里面规定的标准工况，非iec工况则是与风机设计通用标准里面规定的标准工况不相符的工况。非iec工况下机组风险识别准确性不足会使得机组在风电场中出现扫塔风险，造成风机损坏。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种非iec工况下风机风险快速评估方法、系统及装置，该方法提出了利用风机本身的运行数据来计算湍流强度和阵风系数，并根据计算得到的湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，不需要增加额外的设备，能够根据风机实际运行场景来进行风险评估，减少机组安全隐患，降低风电场机组风险。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种非iec工况下风机风险快速评估方法，所述方法包括：
5.获取风机历史数据；
6.对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；
7.根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；
8.根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。
9.在本技术实施例中，对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据，包括：
10.对所述风机历史数据进行数据清洗，剔除异常数据；
11.根据风机运行状态字从清洗后的数据中筛选出机组运行过程中的数据；
12.根据桨距角条件从机组运行过程中的数据中筛选出目标桨距角区间的数据；
13.根据风速条件从目标桨距角区间的数据中筛选出目标风速区间段；
14.根据发电机转速预设条件从目标风速区间段中筛选出待分析数据。异常数据为不合规数据，属于无效数据，风机运行状态字表明了风机是否在运行中，而风机在由开始发电到风机满发的风速区间最容易产生异常，因此筛选这些数据作为待分析数据。
15.在本技术实施例中，所述异常数据包括：不满足桨距角条件、净空条件、净空距离条件、发电机转速条件、风轮转速条件以及电机转矩条件的数据；
16.所述桨距角条件为桨距角0～45
°
范围内；所述风速条件为风机开始发电到风机满
发的风速范围；所述发电机转速预设条件为发电机转速为发电机满发转速的90％-95％。
17.在本技术实施例中，根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数，包括：
18.将所述待分析数据按照不同的预设数据量进行分组，每一一组数组具有不同的预设数据量；
19.根据每一数组的数据计算该组数据对应的湍流强度和阵风系数。
20.在本技术实施例中，所述湍流强度通过如下公式计算：
[0021][0022][0023]
式中，ii为湍流强度，n为预设数据量，vj为第j个数据的风速，为第i组数据的平均风速，vj属于第i组数据；
[0024]
所述阵风系数通过如下公式计算：
[0025][0026]
其中，β为阵风系数，u(ti)为第i组数据中的最大瞬时风速；u(tj)...u(t
j+n-1
)为第i组数据中的所有瞬时风速，n为预设数据量。
[0027]
在本技术实施例中，根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，包括：
[0028]
根据风机的全部湍流强度和阵风系数获取湍流强度阈值和阵风系数阈值；
[0029]
统计每一风机湍流强度超过湍流强度阈值且所述阵风系数超过所述阵风系数阈值的危险工况次数；
[0030]
根据同一风场中同型号风机的危险工况次数识别出对应风场中存在风险的风机。在同一风场中的同型号的风机运行过程中所面对的风资源基本相同，其危险工况次数理应大致相同，在这种情况下，若风机的危险工况次数大于同一风场中同型号的其他风机的危险工况次数，则可以判定对应风机存在风险。
[0031]
在本技术实施例中，所述方法还包括：在获取湍流强度阈值和阵风系数阈值之后，判断所述湍流强度阈值和阵风系数阈值是否在风机对应的设计参数范围内；
[0032]
若是，则确定湍流强度阈值和阵风系数阈值为有效值，否则确定风机处于危险工况。获取的湍流强度阈值和阵风系数阈值属于实测值，而设计参数属于额定值，当实测值大于额定值说明风机具有较大的风险。
[0033]
本发明第二方面提供一种非iec工况下风机风险快速评估系统，所述系统包括：
[0034]
数据获取单元，用于获取风机历史数据；
[0035]
数据预处理单元，用于对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；
[0036]
计算单元，用于根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；
[0037]
风险判断单元，用于根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。
[0038]
本发明第三方面提供一种非iec工况下风机风险快速评估装置，所述装置包括：
[0039]
处理器，所述处理器被配置为执行所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。
[0040]
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。
[0041]
通过上述技术方案，能够基于非iec工况的数据对风机扫塔风险进行快速评估，该方法结合机组运行的风资源情况对该机位点进行快速系统的风资源风险评估，该方法耗时短，稳定性高，为风电场选址风资源评估和风电机组风险评估技术提供支撑。
[0042]
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0043]
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
[0044]
图1是本发明一种实施方式提供的非iec工况下风机风险快速评估方法流程图；
[0045]
图2是本发明一种实施方式提供的非iec工况下风机风险快速评估方法数据预处理流程图；
[0046]
图3是本发明一种实施方式提供的非iec工况下风机风险快速评估系统框图。
具体实施方式
[0047]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0048]
图1是本发明一种实施方式提供的非iec工况下风机风险快速评估方法流程图。如图1所示，所述方法包括：
[0049]
s1：获取风机历史数据，在本技术实施例中，为了保障风机风险评估的准确定，需要获取至少3个月的风机历史数据，若数据量少于3个月容易影响数据评估的准确性。在本技术实施例中，风机历史数据需要包括桨距角、机舱位置、风向、风速、发电机转速、风轮转速、电磁转矩、机舱前后振动加速度、机舱左右振动值、净空状态、净空距离等数值。其中各项数值应该符合以下条件：(1)桨距角应满足0-90
°
范围内，若是弧度制应满足0-1.571范围内；(2)净空状态值应满足0-1范围内；(3)净空距离应该满足0-设计参数范围内；(4)发电机转速、风轮转速、电磁转矩等应为正值。
[0050]
s2：对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据，如图2所示，具体包括：
[0051]
s201：对所述风机历史数据进行数据清洗，剔除异常数据，根据上述的数据条件，异常数据至少包括：桨距角小于0
°
或大于90
°
的数据、净空状态小于0或大于1的数据、净空距离小于0m或大于设计参数的数据、发电机转速、风轮转速或电机转矩为负值的数据。
[0052]
s202：根据风机运行状态字从清洗后的数据中筛选出机组运行过程中的数据，分
析危险工况应为机组运行状态，因此，需要筛选出风机运行状态字为机组运行的数据。
[0053]
s203：根据桨距角条件从机组运行过程中的数据中筛选出目标桨距角区间的数据，当桨距角完全打开时，叶片受力迅速下降，以降低风险，因此，为了提取危险工况数据，桨距角不应该完全打开，桨距角条件应为0～45
°
范围内，若对应弧度制，应为0～0.8。
[0054]
s204：根据风速条件从目标桨距角区间的数据中筛选出目标风速区间段，经分析大量净空距离与风速之间的相关关系，可知当风速处于满发状态时，机组净空最小，当风速进一步增大，桨距角打开，净空反而增大，因此，在分析扫塔风险时，主要分析的是风机开始发电到风机满发的风速范围，风机满发时的风速根据不同的风机型号会有不同。
[0055]
s205：根据发电机转速预设条件从目标风速区间段中筛选出待分析数据，在本实施例中，以发电机满发转速的90％-95％作为发电机转速预设条件来筛选待分析数据。异常数据为不合规数据，属于无效数据，风机运行状态字表明了风机是否在运行中，而风机在由开始发电到风机满发的风速区间最容易产生异常，因此筛选这些数据作为待分析数据。
[0056]
s3：根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数，具体包括：
[0057]
s301：将所述待分析数据按照不同的预设数据量进行分组，每一组数组具有不同的预设数据量，在本技术实施例中，由于运行数据为秒级数据，且经研究发现5s、10s、15s的数据分组方式即不会平滑掉危险工况，也不会增加太多计算量，因此预设数据量为5、10和15。将待分析数据按照5个一组分组后得到第一组数组，再按10个一组分组后得到第二组数组，再按15个一组分组后得到第三组数组。
[0058]
s302：根据每一数组的数据计算该组数据对应的湍流强度和阵风系数，同一预设数据量得到多个湍流强度和阵风系数。
[0059]
在本技术实施例中，所述湍流强度通过如下公式计算：
[0060][0061][0062]
式中，ii为湍流强度，n为预设数据量，vj为第j个数据的风速，为第i组数据的平均风速，vj属于第i组数据；
[0063]
所述阵风系数通过如下公式计算：
[0064][0065]
其中，β为阵风系数，u(ti)为第i组数据中的最大瞬时风速；u(tj)...u(t
j+n-1
)为第i组数据中的所有瞬时风速，n为预设数据量。
[0066]
假定待分析数据总量为300个，则分组后以5个数据为一组的数组为60个，以10个数据为一组的数组为30，以15个数据为一组的数组为20个。这些数组分别计算湍流强度和
阵风系数，共得到90个湍流强度和90个阵风系数。
[0067]
s4：根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，在本技术实施例中，考虑到可用数据量，可以将统一风场中同一型号的多台风机进行合并计算，具体的，
[0068]
首先，根据同一风场中同一型号的多台风机的全部湍流强度和阵风系数获取湍流强度阈值和阵风系数阈值，湍流强度阈值和阵风系数阈值是能够涵盖正常运行风机组95％以上且小于100％的湍流强度数据或阵风系数数据的值，在本实施例中取涵盖正常运行机组99.9％数据的湍流强度作为阈值，涵盖正常运行机组99.9％数据的湍流强度作为阈值。
[0069]
然后，统计每一风机湍流强度超过湍流强度阈值且所述阵风系数超过所述阵风系数阈值的危险工况次数；
[0070]
根据同一风场中同型号风机的危险工况次数识别出对应风场中存在风险的风机。
[0071]
需要说明的是，正常风机的危险工况次数也会在一定范围内波动，存在风险的风机的危险工况次数大于正常风机的危险工况次数，且波动较大，因此，可以根据危险工况次数绘制曲线图，从曲线图中识别出与其他值相差明显的危险工况次数所对应的风机，该风机即存在风险。
[0072]
在同一风场中的同型号的风机运行过程中所面对的风资源基本相同，其危险工况次数理应大致相同，在这种情况下，若风机的危险工况次数大于同一风场中同型号的其他风机的危险工况次数，则可以判定对应风机存在风险。
[0073]
实施例二
[0074]
本实施例提供一种非iec工况下风机风险快速评估方法，所述方法包括：
[0075]
s1：获取风机历史数据；
[0076]
s2：对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；
[0077]
s3：根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；
[0078]
s4：根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，在本技术实施例中，若数据量足够，可以以单台风机的数据来获取不同风机对应的阈值，然比较得到危险工况次数。
[0079]
具体的，首先，根据每一风机的全部湍流强度和阵风系数获取湍流强度阈值和阵风系数阈值，湍流强度阈值和阵风系数阈值是能够涵盖正常运行风机组95％以上且小于100％的湍流强度数据或阵风系数数据的值，在本实施例中取涵盖正常运行机组99.9％数据的湍流强度作为阈值，涵盖正常运行机组99.9％数据的湍流强度作为阈值。
[0080]
然后，统计每一风机湍流强度超过对应的湍流强度阈值且所述阵风系数超过对应的所述阵风系数阈值的危险工况次数；
[0081]
根据同一风场中同型号风机的危险工况次数识别出对应风场中存在风险的风机。
[0082]
需要说明的是，正常风机的危险工况次数也会在一定范围内波动，存在风险的风机的危险工况次数大于正常风机的危险工况次数，且波动较大，因此，可以根据危险工况次数绘制曲线图，从曲线图中识别出与其他值差值相差明显的危险工况次数所对应的风机，该风机即存在风险。
[0083]
在本技术实施例中，在获取湍流强度阈值和阵风系数阈值之后，将所述湍流强度阈值和阵风系数阈值与风机设计参数进行比较，若所述湍流强度阈值和阵风系数阈值在风机设计参数范围内，则湍流强度阈值和阵风系数阈值为有效值，否则风机处于危险工况。获
取的湍流强度阈值和阵风系数阈值属于实测值，而设计参数属于额定值，当实测值大于额定值说明风机具有较大的风险。
[0084]
本发明第二方面提供一种非iec工况下风机风险快速评估系统，如图3所示，所述系统包括：
[0085]
数据获取单元，用于获取风机历史数据；
[0086]
数据预处理单元，用于对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；
[0087]
计算单元，用于根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；
[0088]
风险判断单元，用于根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。
[0089]
本发明第三方面提供一种非iec工况下风机风险快速评估装置，所述装置包括：
[0090]
处理器，所述处理器被配置为执行所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。
[0091]
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。
[0092]
本技术提供了一种用于快速寻找风场的隐患机组的方法，该方法运行耗时短，稳定性高，为风电场选址风资源评估和风电机组风险评估技术提供支撑。
[0093]
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0094]
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0095]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

技术特征：
1.一种非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，所述方法包括：获取风机历史数据；对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。2.根据权利要求1所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据，包括：对所述风机历史数据进行数据清洗，剔除异常数据；根据风机运行状态字从清洗后的数据中筛选出机组运行过程中的数据；根据桨距角条件从机组运行过程中的数据中筛选出目标桨距角区间的数据；根据风速条件从目标桨距角区间的数据中筛选出目标风速区间段；根据发电机转速预设条件从目标风速区间段中筛选出待分析数据。3.根据权利要求2所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，所述异常数据包括：不满足桨距角条件、净空条件、净空距离条件、发电机转速条件、风轮转速条件以及电机转矩条件的数据；所述桨距角条件为桨距角0～45
°
范围内；所述风速条件为风机开始发电到风机满发的风速范围；所述发电机转速预设条件为发电机转速为发电机满发转速的90％-95％。4.根据权利要求1所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数，包括：将所述待分析数据按照不同的预设数据量进行分组，每一组数组具有不同的预设数据量；根据每一数组的数据计算该组数据对应的湍流强度和阵风系数。5.根据权利要求4所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，所述湍流强度通过如下公式计算：强度通过如下公式计算：式中，i
i
为湍流强度，n为预设数据量，v
j
为第j个数据的风速，为第i组数据的平均风速，v
j
属于第i组数据；所述阵风系数通过如下公式计算：
其中，β为阵风系数，u(t
i
)为第i组数据中的最大瞬时风速；u(t
j
)...u(t
j+n-1
)为第i组数据中的所有瞬时风速，n为预设数据量。6.根据权利要求1所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，包括：根据风机的全部湍流强度和阵风系数获取湍流强度阈值和阵风系数阈值；统计每一风机湍流强度超过湍流强度阈值且所述阵风系数超过所述阵风系数阈值的危险工况次数；根据同一风场中同型号风机的危险工况次数识别出对应风场中存在风险的风机。7.根据权利要求6所述的非iec工况下风机风险快速评估方法，其特征在于，所述方法还包括：在获取湍流强度阈值和阵风系数阈值之后，判断所述湍流强度阈值和阵风系数阈值是否在风机对应的设计参数范围内；若是，则确定湍流强度阈值和阵风系数阈值为有效值，否则确定风机处于危险工况。8.一种非iec工况下风机风险快速评估系统，其特征在于，所述系统包括：数据获取单元，用于获取风机历史数据；数据预处理单元，用于对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；计算单元，用于根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；风险判断单元，用于根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。9.一种非iec工况下风机风险快速评估装置，其特征在于，所述装置包括：处理器，所述处理器被配置为执行权利要求1-7中任一项所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-7中任一项所述的非iec工况下风机风险快速评估方法。

技术总结
本发明提供一种非IEC工况下风机风险快速评估方法、系统及装置，属于风力发电技术领域。所述方法包括：获取风机历史数据；对所述风机历史数据进行预处理，得到待分析数据；根据所述待分析数据计算预设数据量的湍流强度和阵风系数；根据所述湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险。该方法提出了利用风机本身的运行数据来计算湍流强度和阵风系数，并根据计算得到的湍流强度和阵风系数判断风机是否存在扫塔风险，不需要增加额外的设备，能够根据风机实际运行场景来进行风险评估，减少机组安全隐患，降低风电场机组风险。降低风电场机组风险。降低风电场机组风险。


技术研发人员：张亦澄 王兴宇 袁飞 夏德喜 汪正军
受保护的技术使用者：国电联合动力技术有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/24