【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电场的风机控制技术，具体涉及一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法及系统。
技术介绍
1、风能作为一种新能源，它具有可再生、无污染、能量储量大的优点。随着风力发电技术的快速发展，风电已成为重要的可再生能源作为清洁能源的一种，风电规模在近几年急剧增加，其有效利用对于资源的可持续发展、环境的保护等方面有着相当大的作用。随着风电场规模以及风电使用率的不断扩大，风力发电机的关键部位控制问题越来越受到广泛的关注。叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件，其性能好坏直接影响了整个机组的运行特性和成本。随着风力发电机组单机容量的不断增加，叶片长度也在不断的增长，目前机组的叶片长度己经超过，这对叶片的材料选取、结构设计、长途运输、加工工艺等提出了一系列更严格的要求。风力发电机组叶片设计涉及了包括空气动力学、结构动力学、复合材料、多体动力学、优化技术、工艺等多个学科。非机械连接的风机前后叶轮，是指同一台风机包括前后叶轮，且前后叶轮之间采用非机械连接连接方式，即各自有独立的机械主轴。针对非机械连接的风机前后叶轮而言，由于前后叶轮相互独立，这种情况下就需要针对前后叶轮进行软件同步，即利用软件控制的方法，来避免叶片之间因为存在偏差不同而导致的机组振动、噪音等问题，从而提高风电机组的可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法及系统，本专利技术旨在实现非机械连接的风机前后叶轮的软件同步，避免叶片之间因为存在偏差不同
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，包括采集风机中非机械连接的风机前叶轮和风机后叶轮的转速，将风机前叶轮和风机后叶轮的转速进行比较，如果两者之间的差值大于设定值，则分别针对风机前叶轮和风机后叶轮执行软件同步：
4、s101，基于预先构建的该叶轮的3d模型进行模态分析；
5、s102，从模态分析的结果中提取模态参数；
6、s103，加载叶轮的载荷文件，所述载荷文件中的载荷为结合当前的风速和叶轮的叶片结构参数进行载荷求解得到，初始化叶片截面单元n；
7、s104，基于提取的模态参数以及载荷文件中的载荷，为当前的n个叶片截面单元采用模态叠加算法进行模态叠加计算载荷下动力学参数和静力学参数，并根据计算得到的载荷下动力学参数和静力学参数采用指定的控制算法对叶轮的进行同步调整；
8、s105，判断风机是否进入稳态状态，若未进入稳态状态，则将n个叶片截面单元加上m，其中m为每个叶片截面单元的自由度数量，跳转步骤s104继续进行迭代；否则判定该叶轮的软件同步完成；所述叶片截面单元的自由度包括轴向、切向和径向的节点位移和速度。
9、可选地，步骤s101中进行模态分析之前，还包括基于预先构建的该叶轮的3d模型，利用叶轮的3d模型对包括塔底截面完全约束、附加质量所产生的误差在内的实验条件进行有限元模型分析以提高3d模型的精度。
10、可选地，步骤s102中提取模态参数时，提取的模态参数包括模态频率、模态质量、模态刚度和模态阻尼。
11、可选地，步骤s103之前还包括结合当前的风速和叶轮的叶片结构参数进行载荷求解载荷：
12、s201，根据风机的运行状态数据获取叶轮的叶片截面、转子参数以及当前的风速，所述转子参数包括转子的转速，切线速度和惯性矩；
13、s202，根据下式计算叶片截面的升力和阻力系数：
14、
15、上式中，f为叶片所受的升力，ρ为叶片密度，c为阻力系数，k为刚度系数，y为叶片距离中心线的距离，σ为叶片应力，my为叶片的y方向弯矩，qx为叶片的x方向弯矩，a为叶片截面的面积；
16、s203，初始化叶片数量m的值为1；
17、s204，判断叶片数量m小于预设实际叶片数量m是否成立，若成立则跳转步骤s209；否则跳转步骤s205；
18、s205，判断叶片元素截面的数量小于预设值n是否成立，若成立，则将叶片数量m加1，跳转步骤s204；否则跳转步骤s206；其中，叶片截面单元数量n的初始值为1；
19、s206，通过迭代求解表示转子的有效风速与实际风速之比的诱导系数；
20、s207，根据下式计算叶片元件的推力：
21、ft＝ρav2*cp，
22、上式中，ft为叶片元件的推力，ρ为叶片密度，a为叶片截面的面积，v为流体速度，cp为诱导系数；
23、s208，将叶片截面单元数量n加1，跳转步骤s205；
24、s209，通过对叶片元件的推力进行积分获得叶片的载荷，并将其保存到载荷文件中。
25、可选地，步骤s104中为当前的n个叶片截面单元采用模态叠加算法进行模态叠加计算载荷下动力学参数和静力学参数包括：通过有限元方法计算叶片结构在不同频率下振动形态的函数，计算叶片的质量矩阵和刚度矩阵，根据叶片的质量矩阵和刚度矩阵计算叶片结构的固有频率和阻尼比，将叶片载荷按照时域分解，分别对每个载荷进行模态叠加计算得到叶片结构在该载荷下的响应，然后对所有载荷下的响应进行线性组合，得到总载荷的动态响应，根据总载荷的动态响应和振动形态函数计算叶片结构包括在时域上的位移、速度、加速度在内的动力学参数，进而计算叶片结构包括应力和变形在内的静力学参数。
26、可选地，步骤s104中根据计算得到的载荷下动力学参数和静力学参数采用指定的控制算法对叶轮的进行同步调整的函数表达式为：
27、y′＝ay+bu+d，
28、上式中，y′为调整后的转速或叶片偏转角，y是调整前的转速或叶片偏转角，u为输入的转速或叶片偏转角的调整量，a,b为参数，d为扰动项。
29、可选地，步骤s105中判断风机是否进入稳态状态的函数表达式为：
30、
31、上式中，yin是叶轮在最终时刻n第i次结点上的位移，yi0是风机叶轮在初始化时刻第i次结点上的位移，ε为预设的允许误差，所述结点是指用于估算叶片在特定加载和约束条件下位移的离散点。
32、可选地，所述非机械连接的风机前叶轮和风机后叶轮是指风机中风机前叶轮和风机后叶轮两者具有独立的变速箱和永磁同步发电机，以使得风机前叶轮和风机后叶轮两者传动轴相互独立。
33、此外，本专利技术还提供一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法。
34、此外，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法。
35、和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：...
【技术保护点】
1.一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，包括采集风机中非机械连接的风机前叶轮和风机后叶轮的转速，将风机前叶轮和风机后叶轮的转速进行比较，如果两者之间的差值大于设定值，则分别针对风机前叶轮和风机后叶轮执行软件同步：
2.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S101中进行模态分析之前，还包括基于预先构建的该叶轮的3D模型，利用叶轮的3D模型对包括塔底截面完全约束、附加质量所产生的误差在内的实验条件进行有限元模型分析以提高3D模型的精度。
3.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S102中提取模态参数时，提取的模态参数包括模态频率、模态质量、模态刚度和模态阻尼。
4.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S103之前还包括结合当前的风速和叶轮的叶片结构参数进行载荷求解载荷：
5.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S104中为当前的n个叶片截面单元采用模态叠加算法进行模态叠
6.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S104中根据计算得到的载荷下动力学参数和静力学参数采用指定的控制算法对叶轮的进行同步调整的函数表达式为：
7.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤S105中判断风机是否进入稳态状态的函数表达式为：
8.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，所述非机械连接的风机前叶轮和风机后叶轮是指风机中风机前叶轮和风机后叶轮两者具有独立的变速箱和永磁同步发电机，以使得风机前叶轮和风机后叶轮两者传动轴相互独立。
9.一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法。
...【技术特征摘要】
1.一种非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，包括采集风机中非机械连接的风机前叶轮和风机后叶轮的转速，将风机前叶轮和风机后叶轮的转速进行比较，如果两者之间的差值大于设定值，则分别针对风机前叶轮和风机后叶轮执行软件同步：
2.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤s101中进行模态分析之前，还包括基于预先构建的该叶轮的3d模型，利用叶轮的3d模型对包括塔底截面完全约束、附加质量所产生的误差在内的实验条件进行有限元模型分析以提高3d模型的精度。
3.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤s102中提取模态参数时，提取的模态参数包括模态频率、模态质量、模态刚度和模态阻尼。
4.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤s103之前还包括结合当前的风速和叶轮的叶片结构参数进行载荷求解载荷：
5.根据权利要求1所述的非机械连接的风机前后叶轮软件同步方法，其特征在于，步骤s104中为当前的n个叶片截面单元采用模态叠加算法进行模态叠加计算载荷下动力学参数和静力学参数包括：通过有限元方法计算叶片结构在不同频率下振动形态的函数，计算叶片的质量矩阵和刚度矩阵，根据叶片的质量矩阵和刚度矩阵计算叶片结构的固有频率和阻尼比，将叶片载荷按照时域分解，分别对每个载荷进行模态叠加...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏达，黄晟，黄守道，吕铭晟，廖武，王洛斌，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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