本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種風(fēng)電機(jī)組低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)方法及載荷分析方法。
背景技術(shù)：
：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中低速軸扭轉(zhuǎn)載荷是由風(fēng)輪氣動(dòng)扭矩經(jīng)過輪轂傳遞到低速軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力矩。水平軸雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈系統(tǒng)包括風(fēng)輪、低速軸、齒輪箱、高速軸和發(fā)電機(jī)，其中低速軸直接與風(fēng)輪連接，風(fēng)輪在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)由低速軸將扭轉(zhuǎn)載荷(即扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩)傳遞給齒輪箱，然后經(jīng)過齒輪箱和高速軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前針對(duì)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷的獲取，一種方法是基于理論的計(jì)算，該類方法是基于低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷是源于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，因而理論上是可以通過風(fēng)輪面上的風(fēng)速、葉片的翼型、空氣動(dòng)力學(xué)基本理論或風(fēng)輪方位角等進(jìn)行氣動(dòng)載荷計(jì)算，再通過載荷傳遞關(guān)系進(jìn)行計(jì)算獲取得到，但這類基于理論計(jì)算的方法，所需求的計(jì)算條件獲取困難，且計(jì)算復(fù)雜度高，不適用于實(shí)際工程應(yīng)用中；另外一種則是通過增設(shè)載荷測(cè)量設(shè)備以進(jìn)行直接測(cè)量，較為常用的方法即是在主軸承座上增加扭矩應(yīng)變采集裝置，通過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)方向的載荷，但所需針對(duì)載荷測(cè)試的設(shè)備并不是風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)配置，因而采用該述方式獲取低速軸扭轉(zhuǎn)載荷會(huì)帶來較大的成本投入。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜運(yùn)算、所需成本低且低速軸扭轉(zhuǎn)載荷獲取精度及效率高的風(fēng)電機(jī)組低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)方法及載荷分析方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種風(fēng)電機(jī)組低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)方法，步驟包括：1)預(yù)先建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型；2)實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)所述步驟1)建立的關(guān)系模型得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的具體步驟為：采用多體動(dòng)力學(xué)建模分析方法對(duì)風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化等效，建立得到風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型；構(gòu)建所述風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，基于構(gòu)建的所述動(dòng)力學(xué)方程建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的表達(dá)式為：Jt000J0000Jgθ··tθ··0θ··g+Clss-1NClss0-1NClss1N2Clss+Chss-Chss0-ChssChssθ·tθ·0θ·g+Klss-1NKlss0-1NKlss1N2Klss+Khss-Khss0-KhssKhssθtθ0θg=Tm0Tg]]>其中，Jt為葉片、輪轂和低速軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總所形成的第一等效質(zhì)量塊的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θt為所述第一等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移，J0為將齒輪箱折算到輸高速軸端時(shí)所形成的第二等效質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θ0為所述第二等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移，Jg為高速軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總所形成的第三等效質(zhì)量塊的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θg為所述第三等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移，Klss、Khss分別為低速軸、高速軸的彈性扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)，Clss、Chss分別為低速軸、高速軸的軸阻尼系數(shù)，N＝Nη且Nη為齒輪箱的變速比；、Tg為發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，Tm為低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷；以及ωt為所述第一等效質(zhì)量塊圓盤的角速度，ω0為所述第二等效質(zhì)量塊圓盤的角速度，ωg為所述第三等效質(zhì)量塊圓盤的角速度。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的建立步驟為：1.11)建立簡(jiǎn)化的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型：將風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中葉片、輪轂和低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總形成一個(gè)等效質(zhì)量塊圓盤，構(gòu)成所述第一等效質(zhì)量塊圓盤；將齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到輸出的高速軸端形成一個(gè)等效質(zhì)量塊圓盤，構(gòu)成所述第二等效質(zhì)量塊圓盤；以及將高速軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總為一個(gè)等效質(zhì)量圓盤，構(gòu)成所述第三等效質(zhì)量塊圓盤；1.12)構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程：對(duì)所述步驟1.11)建立的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程；基于所述第一等效質(zhì)量塊圓盤的廣義外力為低速端的扭轉(zhuǎn)載荷Tm建立第一方程：Jtdωtdt=Tm-(Klss(θt-θ0Nη)+Clss(ωt-ω0Nη))]]>基于所述第二等效質(zhì)量塊圓盤只有系統(tǒng)內(nèi)力、無系統(tǒng)外力建立第二方程：J0dω0dt=1Nη(Klss(θt-θ0Nη)+Clss(ωt-ω0Nη))-(Khss(θ0-θg)+Chss(ω0-ωg))]]>基于所述第三等效質(zhì)量塊圓盤的廣義外力為電磁轉(zhuǎn)矩-NpTe建立第三方程：Jgdωgdt=Khss(θ0-θg)+Chss(ω0-ωg)-NpTe]]>其中，Np為發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)；1.13)建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型：令Tg＝NpTe，并由所述步驟1.12)建立的第一方程、第二方程以及第三方程得到所述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)后、步驟2)前還包括模型驗(yàn)證步驟，具體步驟為：對(duì)所述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型進(jìn)行模態(tài)求解，得到基于模型的系統(tǒng)固有頻率；由系統(tǒng)的參考固有頻率對(duì)所述基于模型的系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟2)。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模態(tài)求解的具體步驟為：1.21)將所述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型變換為第四方程：[M]{q··}+[k]{q}=0;]]>其中為質(zhì)量矩陣，為剛度矩陣，q為角位移，為加速度；1.22)將所述步驟1.21)變換得到的第四方程變形為第五方程：{[K]-ω2[M]}q‾=0]]>其中ω為角頻率，為角速度，為加速度；由所述第五方程求解得到基于模型的系統(tǒng)固有頻率f。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述模型驗(yàn)證步驟中對(duì)所述基于模型的系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行驗(yàn)證的具體步驟為：將所述基于模型的系統(tǒng)固有頻率與系統(tǒng)的參考固有頻率進(jìn)行比較，若兩者的偏差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則驗(yàn)證通過。作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)的具體步驟為：2.1)通過風(fēng)電機(jī)組中SCADA系統(tǒng)獲取風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行指令數(shù)據(jù)，得到發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩Tg、轉(zhuǎn)速以及低速軸的轉(zhuǎn)速、高速軸的轉(zhuǎn)速；2.2)根據(jù)所述步驟2.1)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)電機(jī)的扭轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度、低速軸的扭轉(zhuǎn)角位移和扭轉(zhuǎn)加速度以及高速軸的扭轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，得到所述第一等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θt、所述第二等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θ0以及所述第三等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θg；2.3)根據(jù)所述步驟2.2)得到的數(shù)據(jù)、所述步驟1)建立的關(guān)系模型得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種風(fēng)電機(jī)組載荷分析方法，步驟包括：按照上述監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中低速軸扭轉(zhuǎn)載荷；基于監(jiān)測(cè)到的低速軸扭轉(zhuǎn)載荷對(duì)目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行載荷分析。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1)本發(fā)明基于風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理，通過建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型，由建立的關(guān)系模型以及實(shí)時(shí)獲取到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，得到風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷，從而實(shí)現(xiàn)由傳動(dòng)系統(tǒng)中高速端發(fā)電機(jī)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩逆向獲取驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)扭矩，得到不便于測(cè)量的低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜運(yùn)算以及輔助檢測(cè)設(shè)備，所需成本低且所獲得的低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷精度及效率高；2)本發(fā)明進(jìn)一步通過多體動(dòng)力學(xué)建模分析方法建立風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型，并通過對(duì)建立的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程得到低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型，通過風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理以及動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，能夠建立得到可靠性高的模型；3)本發(fā)明進(jìn)一步直接以SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于風(fēng)電機(jī)組自運(yùn)行數(shù)據(jù)來獲取低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值，無需增加載荷測(cè)量傳感器或其他設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能夠最大程度減少低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)過程中所需對(duì)硬件條件的依賴；4)本發(fā)明通過對(duì)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)得到的實(shí)時(shí)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值，為傳動(dòng)系統(tǒng)中主軸、齒輪箱、彈性支撐等關(guān)鍵部件的承載和壽命損耗分析提供了載荷基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際載荷分析；基于載荷分析還可有效分析主軸、齒輪箱等關(guān)鍵部件的疲勞壽命損耗以及分析機(jī)組傳動(dòng)鏈壽命等。附圖說明圖1是本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。圖2是本實(shí)施例中所建立的簡(jiǎn)化的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型。具體實(shí)施方式以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)方法，步驟包括：1)預(yù)先建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型；2)實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)步驟1)建立的關(guān)系模型得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷。本實(shí)施例基于風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理，通過建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型，由建立的關(guān)系模型以及實(shí)時(shí)獲取到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，得到風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷，從而實(shí)現(xiàn)由傳動(dòng)系統(tǒng)中高速端發(fā)電機(jī)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩逆向獲取驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)扭矩，得到不便于測(cè)量的低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜運(yùn)算，也不需要增設(shè)輔助檢測(cè)設(shè)備，所需成本低且所獲得的低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷精度及效率高。本實(shí)施例中，建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的具體步驟為：采用多體動(dòng)力學(xué)建模分析方法對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行參數(shù)化等效，建立得到風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型；構(gòu)建風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，基于構(gòu)建的所述動(dòng)力學(xué)方程建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型。通過利用風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理以及后續(xù)動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，能夠建立得到可靠性高的模型。本實(shí)施例中，低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的建立步驟為：1.11)建立簡(jiǎn)化的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型：如圖2所示，將風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中葉片、輪轂和低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總形成一個(gè)等效質(zhì)量塊圓盤，構(gòu)成第一等效質(zhì)量塊圓盤，Jt為葉片、輪轂和低速軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總所形成的第一等效質(zhì)量塊的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θt為第一等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移；將齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到輸出的高速軸端形成一個(gè)等效質(zhì)量塊圓盤，構(gòu)成第二等效質(zhì)量塊圓盤，J0為將齒輪箱折算到輸高速軸端時(shí)所形成的第二等效質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θ0為第二等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移；以及將高速軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總為一個(gè)等效質(zhì)量圓盤，構(gòu)成第三等效質(zhì)量塊圓盤，Jg為高速軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量集總所形成的第三等效質(zhì)量塊的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θg為第三等效質(zhì)量塊的絕對(duì)角位移；1.12)構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程：對(duì)步驟1.11)建立的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)模型構(gòu)建動(dòng)力學(xué)方程；由于傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能可表示為：Ek=12Jtωt2+12J0ω02+12Jgωg2---(1)]]>傳動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能可表示為：Ep=12Klss(θt-θ0N)2+12Khss(θ0-θg)2---(2)]]>傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗可表示為：Ed=12Clss(ωt-ω0N)2+12Chss(ω0-ωg)2---(3)]]>其中，Klss、Khss分別為低速軸、高速軸的彈性扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)，Clss、Chss分別為低速軸、高速軸的軸阻尼系數(shù)，N＝Nη且Nη為齒輪箱的變速比，ωt為第一等效質(zhì)量塊圓盤的角速度，ω0為第二等效質(zhì)量塊圓盤的角速度，ωg為第三等效質(zhì)量塊圓盤的角速度。具有完整理想約束的有N個(gè)廣義坐標(biāo)系統(tǒng)的拉格朗日方程(Lagrangeequation)為：ddt(∂Ek∂ωi)-∂Ek∂θi+∂Ed∂ωi+∂Ep∂θi=Fi---(4)]]>其中Ek、Ed、Ep分別為上述傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能、系統(tǒng)的勢(shì)能和系統(tǒng)的能耗，i＝t,0,g，qi表示廣義坐標(biāo)，F(xiàn)i表示廣義的力。則基于低速端的第一等效質(zhì)量塊圓盤的廣義外力為低速端的扭轉(zhuǎn)載荷Tm(即氣動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩)，按式(5)建立第一方程：Jtdωtdt=Tm-(Klss(θt-θ0Nη)+Clss(ωt-ω0Nη))---(5)]]>基于齒輪箱折算到高速軸端的第二等效質(zhì)量塊圓盤只有系統(tǒng)內(nèi)力、無系統(tǒng)外力，按式(6)建立第二方程：J0dω0dt=1Nη(Klss(θt-θ0Nη)+Clss(ωt-ω0Nη))-(Khss(θ0-θg)+Chss(ω0-ωg))---(6)]]>基于高速軸端的第三等效質(zhì)量塊圓盤的廣義外力為電磁轉(zhuǎn)矩-NpTe，其中Tg為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，按式(7)建立第三方程：Jgdωgdt=Khss(θ0-θg)+Chss(ω0-ωg)-NpTe---(7)]]>其中，Np為發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)；1.13)建立低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型：令Tg＝NpTe，并由步驟1.12)建立的第一方程、第二方程以及第三方程得到低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型表達(dá)式為：Jt000J0000Jgθ··tθ··0θ··g+Clss-1NClss0-1NClss1N2Clss+Chss-Chss0-ChssChssθ·tθ·0θ·g+Klss-1NKlss0-1NKlss1N2Klss+Khss-Khss0-KhssKhssθtθ0θg=Tm0Tg---(8)]]>由于為質(zhì)量矩陣、為剛度矩陣、為阻尼矩陣，均可根據(jù)設(shè)計(jì)階段的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)參數(shù)獲得，則可以根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)獲得，因而在獲取得到發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩后，由式(8)建立的低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型即可計(jì)算得到低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷。本實(shí)施例中，步驟1)后、步驟2)前還包括模型驗(yàn)證步驟，具體步驟為：對(duì)低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型進(jìn)行模態(tài)求解，得到基于模型的系統(tǒng)固有頻率；由系統(tǒng)的參考固有頻率對(duì)基于模型的系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟2)。通過對(duì)建立的上述低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型進(jìn)行模態(tài)求解，以通過固有模態(tài)驗(yàn)證模型的有效性，以基于動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，能夠建立得到可靠性高的模型，從而確保所得到的低速軸扭轉(zhuǎn)載荷精度。本實(shí)施例中，模態(tài)求解的具體步驟為：1.21)將低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系模型的右側(cè)取0，并去除與模態(tài)頻率無關(guān)的阻尼項(xiàng)，變換為第四方程：[M]{q··}+[k]{q}=0---(9)]]>其中為質(zhì)量矩陣，為剛度矩陣，q為角位移；1.22)將步驟1.21)變換得到的第四方程可以變形為第五方程：{[K]-ω2[M]}q‾=0---(10)]]>其中ω為角頻率，為角速度；由第五方程求解得到基于模型的系統(tǒng)固有頻率根據(jù)設(shè)計(jì)階段的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)系統(tǒng)參數(shù)可以獲得質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，通過求解式(10)即可以獲得系統(tǒng)固有頻率，具體可采用matlab等軟件進(jìn)行求解。本實(shí)施例中，模型驗(yàn)證步驟中對(duì)基于模型的系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行驗(yàn)證的具體步驟為：將基于模型的系統(tǒng)固有頻率與系統(tǒng)的參考固有頻率進(jìn)行比較，若兩者的偏差在預(yù)設(shè)范圍(本實(shí)施例具體取5％)內(nèi)，則驗(yàn)證通過，即上述關(guān)系模型求解得到的固有頻率與參考固有頻率之間的偏差小于5％，則驗(yàn)證通過，認(rèn)為上述建立的關(guān)系模型有效。系統(tǒng)的參考固有頻率具體可按照以下兩種方式獲取得到：一種是利用Bladed和simpack等軟件獲得動(dòng)鏈頻率f1作為系統(tǒng)的參考固有頻率，風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)過程整機(jī)參數(shù)化模型均可以通過Bladed和simpack等軟件獲得；另一種是通過樣機(jī)階段的模型辨識(shí)獲得傳動(dòng)鏈的模態(tài)頻率f2作為系統(tǒng)的參考固有頻率。本實(shí)施例中，步驟2)的具體步驟為：2.1)通過風(fēng)電機(jī)組中SCADA系統(tǒng)獲取風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行指令數(shù)據(jù)，得到發(fā)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩Tg、轉(zhuǎn)速以及低速軸的轉(zhuǎn)速、高速軸的轉(zhuǎn)速；2.2)根據(jù)步驟2.1)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)電機(jī)的扭轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度、低速軸的扭轉(zhuǎn)角位移和扭轉(zhuǎn)加速度以及高速軸的扭轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，得到第一等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θt、第二等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θ0以及第三等效質(zhì)量塊圓盤的絕對(duì)角位移θg；2.3)根據(jù)步驟2.2)得到的數(shù)據(jù)、步驟1)建立的關(guān)系模型得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷。風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)會(huì)對(duì)機(jī)組動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行記錄，則由SCADA系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)給定轉(zhuǎn)矩Tg，低速軸轉(zhuǎn)速、高速軸轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，再通過微分和積分獲得低速軸扭轉(zhuǎn)角位移和扭轉(zhuǎn)加速度高速軸的扭轉(zhuǎn)角位移和扭轉(zhuǎn)加速度發(fā)電機(jī)扭轉(zhuǎn)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度代入上述式(8)的關(guān)系模型中即可得到低速軸扭轉(zhuǎn)載荷。本實(shí)施例直接以SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于風(fēng)電機(jī)組自運(yùn)行數(shù)據(jù)來獲取低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值，無需增加載荷測(cè)量傳感器或其他設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能夠最大程度減少低速軸扭轉(zhuǎn)載荷監(jiān)測(cè)過程中所需對(duì)硬件條件的依賴，從而提供給機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控、傳動(dòng)鏈部件等的健康診斷分析。本實(shí)施例通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低速軸的扭轉(zhuǎn)載荷，有利于對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行使用過程中傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如主軸、齒輪箱、齒輪箱彈性支撐等進(jìn)行實(shí)際動(dòng)載荷分析，并為這些部件疲勞損耗分析提供載荷來源以及為機(jī)組傳動(dòng)鏈壽命分析提供運(yùn)行承載數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本實(shí)施例進(jìn)一步包括風(fēng)電機(jī)組載荷分析方法，步驟包括：按照上述監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中低速軸扭轉(zhuǎn)載荷；基于監(jiān)測(cè)到的低速軸扭轉(zhuǎn)載荷對(duì)目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行載荷分析。本實(shí)施例基于上述監(jiān)測(cè)方式對(duì)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)得到的實(shí)時(shí)低速軸扭轉(zhuǎn)載荷值，為傳動(dòng)系統(tǒng)中主軸、齒輪箱、彈性支撐等關(guān)鍵部件的承載和壽命損耗分析提供了載荷基礎(chǔ)，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際載荷分析；基于載荷分析可有效分析主軸、齒輪箱等關(guān)鍵部件的疲勞壽命損耗以及分析機(jī)組傳動(dòng)鏈壽命。上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3