[发明专利]计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法

摘要

本发明涉及风电场可靠性评估方法，具体为计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法，解决现有评估方法不能准确评估风险的问题，步骤：一、生成机组历史疲劳载荷时间序列和疲劳载荷谱；二、生成轴系材料性能S‑N曲线；三、对机组轴系进行疲劳分析；四、建立轴系疲劳失效率模型；五、建立计及传动系统疲劳的Markov模型；六、采用蒙特卡罗法进行可靠性分析。优点：在确定机组处于运行或停运状态时，考虑了机组传统轴系的疲劳损伤造成机组停运的可能性以及其出现的概率、造成的后果，从而在机组可靠性建模是提供更加精确且符合实际的机组停运概率模型，进而显著提高风电可靠性评估的准确性，且分析结果可间接用于指导风电场检修计划和运行计划。

主权项

1.计及风电机组传动系统疲劳的风电场可靠性评估方法，其特征在于：包括以下操作步骤：一、生成风电机组历史疲劳载荷时间序列和疲劳载荷谱；二、生成轴系材料性能S‑N曲线；三、采用ANSYS Workbench和nCode Designlife软件联合仿真，对风电机组传动轴系进行疲劳分析；四、建立传动轴系疲劳失效率模型：采用Weibull分布描述元件失效过程，根据Weibull分布的定义，轴系累计失效概率分布和疲劳失效率如下：，，上式中D为累计疲劳损伤，h和g分别为Weibull分布的形状参数和尺度参数度参数，估算方法如下：1）、收集一份同一型号风电机组的传动系统疲劳失效情况数据，包括所有正在服役的传动系统疲劳损伤值、失效的传动系统总数及各自失效前疲劳损伤值；2）、计算传动轴系对应于每一个疲劳损伤值的离散失效概率，然后计算相应的累积失效概率，对应于每一个疲劳损伤的离散失效概率等于元件处于这一损伤值时的恰好退役的元件数除以总暴露元件数；3）、建立失效数据表，每一组数据由传动系统疲劳损伤值和累计失效概率组成，并在表中增加两组数据，第一组为临近已失效元件疲劳损伤最小值的疲劳损伤，并假设与之对应的累计失效概率为0.001，第二组为最大疲劳损伤值，累计失效概率为所有组中的累计失效概率最大值；4）、采用最小二乘法估计Weibull分布的形状参数h和尺度参数g，，式中e_i是步骤3）中数据与Weibull分布模型之间的误差，函数表示所有数据组对应误差的平方和，形状参数h和尺度参数g可通过上式令∂L/∂h=0和∂L/∂g=0求得；五、建立计及传动系统疲劳的Markov状态模型：将疲劳失效状态作为单独的状态直接嵌入传统Markov模型中，构成计及疲劳失效的三状态Markov模型，三状态分别为运行状态、故障停运状态和疲劳失效状态，其中运行状态和停运状态可相互转换，转换频次由停运率和修复率描述，单位为次/年；运行状态和失效状态可相互转换，转换频次由失效率和替换率描述，单位为次/年；疲劳状态和停运状态之间不可直接转换；机组其他元件作为一个整体，计及降额运行状态，构成三状态Markov模型，降额运行状态可分别与降额状态和停运状态相互转换，转换频率单位均为次/年，但降额和停运状态之间不可直接转换；六、采用蒙特卡罗法进行可靠性分析，即可评估风电机组传动系统疲劳对风电场可靠性的影响。