一种基于Python的风力机塔架载荷后处理系统的制作方法

一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统
技术领域
1.本发明涉及风力发电机组载荷处理的技术领域，尤其是指一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统。


背景技术：

2.风力机是将风能转化为电能的动力机械，为了获得优质的风资源，利用塔架将风轮支撑到距离地面一定距离的高度。塔架作为风力发电机组的支撑结构，主要有全钢塔筒、钢混合塔筒以及全混凝土等技术形式，是保证风力发电机组结构安全和整机经济性的重要组成部分，因此，塔架的设计校核成为关键环节之一。塔架的设计校核需要详细的标准载荷输入，由于塔架形式的多样性和设计校核过程中规范化与标准化要求，载荷计算需要花费大量时间。
3.载荷计算由前处理，工况计算，后处理三个环节，其中前处理根据iec61400等相关风力机标准生成计算工况，工况计算可使用高性能仿真计算平台，但后处理需要人工完成，由于塔架形式的多样性和设计校核过程中规范化与标准化要求，载荷计算数据后处理过程异常繁琐，需要花费大量时间。


技术实现要素：

4.本发明目的在于克服现有技术中的不足与缺点，提供了一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，将载荷计算后处理过程实现自动化，能够有效地解决上述目前技术存在的问题，为更多用户提供便利。
5.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，该系统为基于python开发的风力机载荷后处理软件，包含：塔架截面选取模块、后处理文件生成模块、极限载荷提取模块和疲劳载荷提取模块；
6.所述塔架截面选取模块，能够自动读取载荷计算结果文件，将计算输出塔架截面展示出来，使用者能够自行选择需要处理的截面数量；
7.所述后处理文件生成模块，包括极限后处理和疲劳后处理，自动生成塔架设计需要载荷后处理文件；
8.所述极限载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的极限载荷，按照标准要求格式输出；
9.所述疲劳载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的疲劳载荷，按照标准要求格式输出。
10.进一步，所述后处理文件生成模块自动生成塔架设计需要载荷后处理文件流程如下：
11.根据载荷计算标准iec61400-1进行工况定义，生成具有明确参数定义的计算工况表，针对工况表进行相关计算；通过工况表完成后处理系统需要的输入参数表，具体参数包括工况对应安全系数、疲劳工况1年时间分布、使用寿命、疲劳载荷等效循环次数、钢混合塔
筒的混凝土段和钢段的分界截面高度、工况计算结果的存储路径和后处理文件的存储路径；
12.程序读取输入参数表的信息，将其展示在对应的用户交互界面，同时用户交互界面支持对应参数的修改，如果输入参数不完整，程序会自动产生错误提示；在塔架截面选取模块界面默认全选所有载荷计算工况已输出截面，同时用户交互界面支持使用者根据需要选取需要处理的塔架截面，通过调整使用寿命和钢混合塔筒的混凝土段和钢段的分界截面高度设置，完成塔架类型选择，如果分界截面高度等于0，塔架为钢塔或全混凝土塔架，如果分界截面高度不等于0，塔架为钢混合塔筒，小于分界截面高度为混凝土段，大于分界截面高度为钢段；选择截面完成后使用者能够自行勾选需要处理的载荷类型；
13.后处理文件生成选项包括极限后处理和疲劳后处理；所述极限后处理包括sf、sf_1.0、sf_n、dlc1.2工况和dlc6.4工况；其中，sf代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况；sf_1.0代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况，安全系数取1.0；sf_n代表输入参数表定义对应安全系数n的极限工况,安全系数取1.0；在生成dlc1.2后处理文件时，只需要勾选对应复选框，在生成dlc1.2和dlc6.4组合后处理文件时，需要同时勾选，安全系数取1.0；所述疲劳后处理包括雨流、ldd和等效均值；其中，雨流代表载荷计算中雨流计数，计算等效疲劳载荷，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为128bins填写，m值为3-12；ldd代表载荷持续分布，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为50bins填写；等效均值代表疲劳载荷等效平均值，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命填写；
14.根据疲劳工况1年时间和次数分布以及使用寿命，使用者按照自身需求勾选生成后处理生成框，点击生成按钮程序生成后处理文件；其中，当钢混合塔筒的钢段和混凝土段使用寿命不同，能够对应修改寿命参数；
15.在后处理文件生成过程中，程序自动遍历工况计算结果的存储路径，通过读取计算文件、塔架载荷储存文件结果，按照载荷后处理要求格式生成对应的后处理格式文件，存放到指定后处理路径。
16.进一步，当选择了输入参数表，程序会自动读取表格中数据，自动填写展示时序run目录、后处理文件输出目录、塔架截面显示模块下载荷计算工况已输出塔架截面，以及疲劳载荷需要的参数会展示在疲劳载荷提取模块下；输出载荷表路径和markov/ldd输出路径，指定后处理结果文件的储存路径；除塔架截面外，以上参数和路径均能够在后处理系统界面上直接修改。
17.进一步，当程序在执行过程中产生错误，程序会产生对应错误提示，当程序在执行时发现没有输入参数表，会提示“请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在”；类似的错误提示包括：请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在、请确认
‘
时序run目录’是否输入或者是否存在、请确认
‘
输出目录’是否输入或者是否存在、时序run目录中未发现结果文件、请检查确认
‘
循环次数’参数、请检查确认
‘
寿命’参数、请检查确认
‘
分界截面高度’参数。
18.进一步，所述极限载荷提取模块的极限载荷提取流程如下：
19.选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果，即对应的统计文件，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件
中。
20.进一步，所述疲劳载荷提取模块的疲劳载荷提取流程如下：
21.选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果，包括雨流结果、markov矩阵数据、ldd结果、超越概率和等效均值结果，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；其中，雨流结果存储在载荷雨流计数后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；markov矩阵数据存放在雨流计数后处理结果文件中，后处理方式为：通过python中数据读取函数fread直接读取，将载荷区间按照从小到大等分128bins，第一列为载荷均值，第一行为载荷幅值，统计对应均值幅值范围内载荷出现次数为128*128矩阵，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；ldd结果存储在载荷概率密度后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，记录每个载荷bin出现的时间，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；超越概率是读取ldd结果，后处理方式为：通过python计算每个载荷bin出现的时间占总时间的概率，对每个bin的载荷取正，按照从小到大排列进行概率累加，当概率达到要求值时，取出对应载荷，即为对应超越概率下的对应载荷，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；等效均值结果存储在载荷基本统计后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中。
22.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
23.1、本发明系统满足iec61400等规范规定载荷计算工况后塔架载荷的后处理，支持用户交互界面参数修改，如果程序执行过程中出现错误，程序会自动产生对应报错提示；界面操作简单灵活，功能完善，提升了后处理效率，减少了人工处理出错的概率。
24.2、塔架截面选取模块支持载荷计算工况输出塔架截面自动显示，使用者可以根据需求自动选取需要处理的截面，默认选取所有输出截面，灵活性高。
25.3、后处理文件生成模块满足现有塔架设计所需载荷处理需求，使用者可以根据自身需要生成对应后处理文件。
26.4、极限载荷提取模块和疲劳载荷提取模块满足现有塔架设计所需载荷，使用者可以根据自身需要提取对应载荷。
附图说明
27.图1是风力机塔架载荷后处理系统界面图。
28.图2是塔架截面显示模块示意图。
29.图3是后处理文件生成模块示意图。
30.图4是极限载荷提取模块示意图。
31.图5是疲劳载荷提取模块示意图。
32.图6是输入参数不完整报错提示示意图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
34.参见图1至图6所示，本实施例提供了一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，该系统为基于python开发的风力机载荷后处理软件，包含五个部分：塔架截面选取模块、后处理文件生成模块、极限载荷提取模块和疲劳载荷提取模块。
35.所述塔架截面选取模块，可以自动读取载荷计算结果文件，将计算输出塔架截面展示出来，使用者能够自行选择需要处理的截面数量；
36.所述后处理文件生成模块，包括极限后处理和疲劳后处理，自动生成塔架设计需要载荷后处理文件；
37.所述极限载荷提取模块，可以根据使用者的选择，自动提取需要的极限载荷，按照标准要求格式输出；
38.所述疲劳载荷提取模块，可以根据使用者的选择，自动提取需要的疲劳载荷，按照标准要求格式输出。
39.进一步，所述后处理文件生成模块自动生成塔架设计需要载荷后处理文件流程如下：
40.根据载荷计算标准进行工况定义，生成具有明确参数定义的计算工况表，针对工况表进行相关计算；通过工况表完成后处理系统需要的输入参数表，具体参数包括工况对应安全系数、疲劳工况1年时间分布、使用寿命、疲劳载荷等效循环次数、钢混合塔筒的混凝土段和钢段的分界截面高度、工况计算结果的存储路径和后处理文件的存储路径；
41.程序读取输入参数表的信息，将其展示在对应的用户交互界面，同时用户交互界面支持对应参数的修改，如果输入参数不完整，程序会自动产生错误提示；在塔架截面选取模块界面默认全选所有载荷计算工况已输出截面，同时用户交互界面支持使用者根据需要选取需要处理的塔架截面，通过调整使用寿命和钢混合塔筒的混凝土段和钢段的分界截面高度设置，完成塔架类型选择，如果分界截面高度等于0，塔架为钢塔或全混凝土塔架，如果分界截面高度不等于0，塔架为钢混合塔筒，小于分界截面高度为混凝土段，大于分界截面高度为钢段；选择截面完成后使用者能够自行勾选需要处理的载荷类型；
42.后处理文件生成选项包括极限后处理和疲劳后处理；所述极限后处理包括sf、sf_1.0、sf_n、dlc1.2工况和dlc6.4工况；其中，sf代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况；sf_1.0代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况，安全系数取1.0；sf_n代表输入参数表定义对应安全系数n的极限工况,安全系数取1.0；在生成dlc1.2后处理文件时，只需要勾选对应复选框，在生成dlc1.2和dlc6.4组合后处理文件时，需要同时勾选，安全系数取1.0；所述疲劳后处理包括雨流、ldd和等效均值；其中，雨流代表载荷雨流计数，计算等效疲劳载荷，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为128bins填写，m值为3-12；ldd代表载荷持续分布，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为50bins填写；等效均值代表疲劳载荷等效平均值，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命填写；
43.根据疲劳工况1年时间和次数分布以及使用寿命，使用者按照自身需求勾选生成后处理生成框，点击生成按钮程序生成后处理文件；其中，当钢混合塔筒的钢段和混凝土段使用寿命不同，能够对应修改寿命参数；
44.在后处理文件生成过程中，程序自动遍历工况计算结果的存储路径，通过读取计算文件、塔架载荷储存文件结果，按照载荷后处理要求格式生成对应的后处理文件，存放到
指定后处理路径。
45.如图1所示，当选择了输入参数表，程序会自动读取表格中数据，自动填写展示时序run目录、后处理文件输出目录、塔架截面显示模块下载荷计算工况已输出塔架截面，以及疲劳载荷需要的参数会展示在疲劳载荷提取模块下；输出载荷表路径和markov/ldd输出路径，指定后处理结果文件的储存路径；除塔架截面外，以上参数和路径均可以在后处理系统界面上直接修改。
46.如图6所示，当程序在执行过程中产生错误，程序会产生对应错误提示，当程序在执行时发现没有输入参数表，会提示“请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在”；类似的错误提示包括：请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在、请确认
‘
时序run目录’是否输入或者是否存在、请确认
‘
输出目录’是否输入或者是否存在、时序run目录中未发现结果文件、请检查确认
‘
循环次数’参数、请检查确认
‘
寿命’参数、请检查确认
‘
分界截面高度’参数。
47.进一步，所述极限载荷提取模块的极限载荷提取流程如下：
48.选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果(对应的统计文件)，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中。
49.进一步，所述疲劳载荷提取模块的疲劳载荷提取流程如下：
50.选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果，包括雨流结果、markov矩阵数据、ldd结果、超越概率和等效均值结果，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；其中，雨流结果存储在载荷雨流计数后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；markov矩阵数据存放在雨流计数后处理结果文件中，后处理方式为：通过python中数据读取函数fread直接读取，将载荷区间按照从小到大等分128bins，第一列为载荷均值，第一行为载荷幅值，统计对应均值幅值范围内载荷出现次数为128*128矩阵，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；ldd结果存储在载荷概率密度后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，记录每个载荷bin出现的时间，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；超越概率是读取ldd结果，后处理方式为：通过python计算每个载荷bin出现的时间占总时间的概率，对每个bin的载荷取正，按照从小到大排列进行概率累加，当概率达到要求值时，取出对应载荷，即为对应超越概率下的对应载荷，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；等效均值结果存储在载荷基本统计后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中。
51.以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，该系统为基于python开发的风力机载荷后处理软件，包含：塔架截面选取模块、后处理文件生成模块、极限载荷提取模块和疲劳载荷提取模块；所述塔架截面选取模块，能够自动读取载荷计算结果文件，将计算输出塔架截面展示出来，使用者能够自行选择需要处理的截面数量；所述后处理文件生成模块，包括极限后处理和疲劳后处理，自动生成塔架设计需要载荷后处理文件；所述极限载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的极限载荷，按照标准要求格式输出；所述疲劳载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的疲劳载荷，按照标准要求格式输出。2.根据权利要求1所述的一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，所述后处理文件生成模块自动生成塔架设计需要载荷后处理文件流程如下：根据载荷计算标准iec61400-1进行工况定义，生成具有明确参数定义的计算工况表，针对工况表进行相关计算；通过工况表完成后处理系统需要的输入参数表，具体参数包括工况对应安全系数、疲劳工况1年时间分布、使用寿命、疲劳载荷等效循环次数、钢混合塔筒的混凝土段和钢段的分界截面高度、工况计算结果的存储路径和后处理文件的存储路径；程序读取输入参数表的信息，将其展示在对应的用户交互界面，同时用户交互界面支持对应参数的修改，如果输入参数不完整，程序会自动产生错误提示；在塔架截面选取模块界面默认全选所有载荷计算工况已输出截面，同时用户交互界面支持使用者根据需要选取需要处理的塔架截面，通过调整使用寿命和钢混合塔筒的混凝土段和钢段的分界截面高度设置，完成塔架类型选择，如果分界截面高度等于0，塔架为钢塔或全混凝土塔架，如果分界截面高度不等于0，塔架为钢混合塔筒，小于分界截面高度为混凝土段，大于分界截面高度为钢段；选择截面完成后使用者能够自行勾选需要处理的载荷类型；后处理文件生成选项包括极限后处理和疲劳后处理；所述极限后处理包括sf、sf_1.0、sf_n、dlc1.2工况和dlc6.4工况；其中，sf代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况；sf_1.0代表输入参数表定义对应安全系数的极限工况，安全系数取1.0；sf_n代表输入参数表定义对应安全系数n的极限工况,安全系数取1.0；在生成dlc1.2后处理文件时，只需要勾选对应复选框，在生成dlc1.2和dlc6.4组合后处理文件时，需要同时勾选，安全系数取1.0；所述疲劳后处理包括雨流、ldd和等效均值；其中，雨流代表载荷计算中雨流计数，计算等效疲劳载荷，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为128bins填写，m值为3-12；ldd代表载荷持续分布，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命，载荷区间为50bins填写；等效均值代表疲劳载荷等效平均值，按照输入参数表程序自动完成疲劳工况1年时间分布、使用寿命填写；根据疲劳工况1年时间和次数分布以及使用寿命，使用者按照自身需求勾选生成后处理生成框，点击生成按钮程序生成后处理文件；其中，当钢混合塔筒的钢段和混凝土段使用寿命不同，能够对应修改寿命参数；在后处理文件生成过程中，程序自动遍历工况计算结果的存储路径，通过读取计算文件、塔架载荷储存文件结果，按照载荷后处理要求格式生成对应的后处理格式文件，存放到
指定后处理路径。3.根据权利要求2所述的一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，当选择了输入参数表，程序会自动读取表格中数据，自动填写展示时序run目录、后处理文件输出目录、塔架截面显示模块下载荷计算工况已输出塔架截面，以及疲劳载荷需要的参数会展示在疲劳载荷提取模块下；输出载荷表路径和markov/ldd输出路径，指定后处理结果文件的储存路径；除塔架截面外，以上参数和路径均能够在后处理系统界面上直接修改。4.根据权利要求2所述的一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，当程序在执行过程中产生错误，程序会产生对应错误提示，当程序在执行时发现没有输入参数表，会提示“请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在”；类似的错误提示包括：请确认
‘
输入参数表’文件是否输入或者是否存在、请确认
‘
时序run目录’是否输入或者是否存在、请确认
‘
输出目录’是否输入或者是否存在、时序run目录中未发现结果文件、请检查确认
‘
循环次数’参数、请检查确认
‘
寿命’参数、请检查确认
‘
分界截面高度’参数。5.根据权利要求1所述的一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，所述极限载荷提取模块的极限载荷提取流程如下：选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果，即对应的统计文件，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中。6.根据权利要求1所述的一种基于python的风力机塔架载荷后处理系统，其特征在于，所述疲劳载荷提取模块的疲劳载荷提取流程如下：选择输入参数表和载荷表输出路径，按照使用者勾选程序会自动遍历载荷计算完成的后处理结果，包括雨流结果、markov矩阵数据、ldd结果、超越概率和等效均值结果，将结果保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；其中，雨流结果存储在载荷雨流计数后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；markov矩阵数据存放在雨流计数后处理结果文件中，后处理方式为：通过python中数据读取函数fread直接读取，将载荷区间按照从小到大等分128bins，第一列为载荷均值，第一行为载荷幅值，统计对应均值幅值范围内载荷出现次数为128*128矩阵，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；ldd结果存储在载荷概率密度后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，记录每个载荷bin出现的时间，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；超越概率是读取ldd结果，后处理方式为：通过python计算每个载荷bin出现的时间占总时间的概率，对每个bin的载荷取正，按照从小到大排列进行概率累加，当概率达到要求值时，取出对应载荷，即为对应超越概率下的对应载荷，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中；等效均值结果存储在载荷基本统计后处理结果文件中，通过python中数据读取函数fread直接读取，进行数据编辑保存到已经完成格式预定义的excel模板文件中。

技术总结
本发明公开了一种基于Python的风力机塔架载荷后处理系统，包含：塔架截面选取模块，能够自动读取载荷计算结果文件，将计算输出塔架截面展示出来，使用者能够自行选择需要处理的截面数量；后处理文件生成模块，包括极限后处理和疲劳后处理，自动生成塔架设计需要载荷后处理文件；极限载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的极限载荷，按照标准要求格式输出；疲劳载荷提取模块，能够根据使用者的选择，自动提取需要的疲劳载荷，按照标准要求格式输出。本发明将载荷计算后处理过程实现自动化，能够有效地解决现有技术存在的问题，为更多用户提供便利。为更多用户提供便利。为更多用户提供便利。


技术研发人员：郭俊凯 韦佳铭 王伟 卢军 王赢政 瞿沐淋 邓淏元 曹春瑜
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/6/3