CN107255978B - 基于cfd流场分析的可视化监控方法、装置及*** - Google Patents
基于cfd流场分析的可视化监控方法、装置及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于风电信息监控技术领域,尤其涉及一种基于CFD流场分析的可视化监控方法、装置及***,其中,该方法包括:获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,所述运行信息包括风速信息,所述设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;基于所述风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与所述风速信息对应的可视化CFD流场信息,用于实时显示;其中,所述可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息。本发明实现了风电场每台风力机的CFD流场信息及结构应力信息的可视化显示,更加直观的显示风力机设备的安全运行情况,便于监控人员进风机故障分析,发电量不足监控分析,震动故障分析,提高了运行人员监控的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于风电信息监控技术领域,尤其涉及一种基于CFD流场分析的可视化监控方法、装置及***。
背景技术
目前,风电信息监控一般采用SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition,数据采集与监视控制***)进行风场数据信息监控,由于数据信息量大,运行人员监控的工作量较大,效率较低,有待进一步改进。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种基于CFD流场分析的可视化监控方法、装置及***,增加CFD流场分析的可视化效果,实时的显示目前风电场的运行情况和每台风力机周围的湍流风况、流线信息、结构应力,更加直观的可视化显示风力机设备的安全运行情况。
本发明提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控方法,包括:
获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,运行信息包括风速、风向信息,设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
基于风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与风速信息对应的可视化CFD流场信息,用于实时显示;其中,可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息。
进一步地,该方法还包括对获取的运行信息进行初步诊断,若超出预设值,报警提示。
进一步地,该方法还包括基于风场历史数据和已统计的运行数据,分析可检测风速范围内的整个风场的CFD流场信息,提取各个风力机周围及叶片处的可视化数据,构建可视化CFD流场数据库;其中,可视化数据包括可视化流线数据。
进一步地,可检测风速范围基于计算量和实际风速受影响的程度,选取风速范围间隔为0.5m/s。
进一步地,该方法还包括获取对应风速下各个风力机结构应力信息,用于可视化实时显示。
进一步地,获取对应风速下各个风力机结构应力信息用于可视化实时显示,具体包括:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
本发明还提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控装置,包括:
信息获取模块,用于获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,运行信息包括风速、风向信息,设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
流场信息处理模块,用于基于所述风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与风速信息对应的可视化CFD流场信息,供显示装置实时可视化显示;其中,可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息。
进一步地,该装置还包括结构信息处理模块,结构信息处理模块用于获取对应风速下各个风力机结构应力信息,供实时装置实时可视化显示。
进一步地,结构信息处理模块具体用于:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
本发明还提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控***,包括风电信息监控***及可视化信息监控平台,风电信息监控***与可视化信息监控平台连接;可视化信息监控平台包括信息存储数据库、该可视化CFD流场数据库以及上述任一可视化监控装置。
借由上述方案,通过基于CFD流场分析的可视化监控方法、装置及***,实现了风电场每台风力机的CFD流场信息及结构应力信息的可视化显示,更加直观的显示风力机设备的安全运行情况,风场的每台风机,每一个时刻的风速、风向、发电量,结合CFD分析各个风机,便于监控人员进风机故障分析,发电量不足监控分析,震动故障分析,提高了运行人员监控的工作效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明基于CFD流场分析的可视化监控方法一实施例的流程图;
图2是本发明基于CFD流场分析的可视化监控装置一实施例的流程图的结构框图;
图3是本发明基于CFD流场分析的可视化监控***一实施例的结构框图;
图4是本发明基于CFD流场分析的可视化监控***可视化信息监控平台监控界面一实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参图1所示,本实施例提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控方法,包括:
步骤S1,获取风电场每台风力机的运行信息(SCADA数据)及设备信息;其中,运行信息包括风速、风向信息,设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
步骤S2,基于风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与风速信息对应的可视化CFD流场信息,用于实时显示在监控屏幕中;其中,可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息(围绕指定风力机的叶片周围的可视化流线信息)。
在本实施例中,该方法还包括对获取的运行信息进行初步诊断,若超出预设值,报警提示。
在本实施例中,该方法还包括基于风场历史数据和已统计的运行数据,分析可检测风速范围内的整个风场的CFD流场信息,提取各个风力机周围及叶片处的可视化数据,构建可视化CFD流场数据库;其中,可视化数据包括可视化流线数据。其中,可检测风速范围基于计算量和实际风速受影响的程度,选取风速范围间隔为0.5m/s。
在本实施例中,该方法还包括获取对应风速下各个风力机结构应力信息,用于可视化实时显示。具体包括:获取对应风速下各个风力机结构应力信息用于可视化实时显示,具体包括:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
参图2所示,本实施例还提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控装置,包括:
信息获取模块10,用于获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,运行信息包括风速、风向信息,设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
流场信息处理模块20,用于基于所述风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与风速信息对应的可视化CFD流场信息,供显示装置实时可视化显示;其中,可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息。
在本实施例中,该装置还包括结构信息处理模块,结构信息处理模块用于获取对应风速下各个风力机结构应力信息,供实时装置实时可视化显示。结构信息处理模块具体用于:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
参图4所示,本实施例还提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控***,包括风电信息监控***(SCADA)100及可视化信息监控平台200,风电信息监控***100与可视化信息监控平台200连接,可视化信息监控平台200包括信息存储数据库、该可视化CFD流场数据库以及上述任一可视化监控装置。
信息存储数据库用于存储一切数据,主要包含两部分,一是信息获取模块的历史运行数据,二是提前经过CFD计算的包含风力机的各种风况下的后处理数据,包含图片和视频。
本发明的具体实现方案包括:
1、基于风电场地形等高线信息和风力机规划安装位置及风力机的型号(高度、叶片长度)构建可用于CFD计算分析的风场模型。具体包括:
1)基于风电场地形等高线和粗糙度等数据,建立风电场物理模型,具体步骤是:
a、包含风电场区域的地形轮廓线数据(一般是DXF/DWG格式,即CAD文件),导入sketchup软件,精简数据,删除不需要的数据信息,比如建筑物、植被、文字标识等信息,然后利用其沙盒功能,将等高轮廓线数据转换成面数据;
b、输出sketchup格式文件(.skt)到rhinoceros软件,利用扫描表面为实体功能,将面网格数据转化为实体表面。输出文件为标准ACIS文件。
c、将输出的标准格式文件导入CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)前处理软件制作可用于CFD计算的网格文件。
2)根据风机规划位置或安装位置点坐标及风力机的高度信息,结合虚拟叶片模型(visual blade model),建立包含风力机旋转叶轮的风电场模型。虚拟叶片模型用于计算叶轮旋转效应,虚拟叶片模型不需要详细划分叶片几何的网格,使用叶片截面气动力数据代替叶片力,可在保证计算精度的前提下大幅减小计算成本。
具体步骤:
a、基于步骤1)完成的标准风电场几何(物理)模型,根据每台风力机的安装点坐标(x,y)和风力机的轮毂高度信息h,确定虚拟叶片的中心点坐标(x,y,h);根据叶片长度确定虚拟旋转叶轮的直径D;
b、根据风力机叶片长度,叶片沿展向方向划分N个截面,根据每个对应的截面翼型信息,给出-180度到180度范围内的气动力数据,用于虚拟叶片模型计算过程中叶片力的计算。
c、CFD求解器设定,将叶轮信息(旋转中心点,叶片长度,叶片数,转速,偏航角度等)和叶片信息(截面翼型,扭角,变桨)输入模型,完成模型设定
2、基于风场历史数据和已统计的运行数据,分析可检测风速范围内的整个风场的CFD流场信息,提取各个风力机周围及叶片处的流线等可视化数据(图片、动画),构建数据库。其中可分析的风速范围考虑计算量和实际风速可受影响的程度,选取风速范围间隔为0.5m/s,例如5m/s,5.5m/s,6.5m/s……15m/s,25m/s,35m/s。
3、基于步骤2计算的各个风况下的流场信息,计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态和累积疲劳信息,模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳用于诊断提示。
4、构建信息监控平台,包括上述基于CFD流场分析的可视化监控装置及监控界面。
参图4所示,监控界面分屏显示,左侧(1/2----2/3左右屏幕面积)实时监控统计画面;右侧(1/2----1/3左右屏幕面积)风力机CFD信息显示,点击左侧对应的单台风力机或选择几号风力机或多台风力机,右侧显示相应风力机运行风速下的结构应力、模态及叶片流场信息。右侧可上下分屏,上为结构CSD信息,包括振动模态和载荷应力信息;下为叶片周围的流线、湍流强度等信息;上下可互调。
本实施例通过提供了一种基于CFD流场分析的可视化监控方法、装置及***,实现了风电场每台风力机的CFD流场信息及结构应力信息的可视化显示,更加直观的显示风力机设备的安全运行情况,风场的每台风机,每一个时刻的风速、风向、发电量,结合CFD分析各个风机,便于监控人员进风机故障分析,发电量不足监控分析,震动故障分析,提高了运行人员监控的工作效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于CFD流场分析的可视化监控方法,其特征在于,包括:
获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,所述运行信息包括风速信息,所述设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
基于所述风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与所述风速信息对应的可视化CFD流场信息,用于实时显示;其中,所述可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息;
所述可视化监控方法还包括:
对获取的运行信息进行初步诊断,若超出预设值,报警提示;
基于风场历史数据和已统计的运行数据,分析可检测风速范围内的整个风场的CFD流场信息,提取各个风力机周围及叶片处的可视化数据,构建可视化CFD流场数据库;其中,所述可视化数据包括可视化流线数据;
获取对应风速下各个风力机结构应力信息,用于可视化实时显示,具体包括:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
2.根据权利要求1所述的基于CFD流场分析的可视化监控方法,其特征在于,所述可检测风速范围基于计算量和实际风速受影响的程度,选取风速范围间隔为0.5m/s。
3.一种基于CFD流场分析的可视化监控装置,其特征在于,包括:
信息获取模块,用于获取风电场每台风力机的运行信息及设备信息;其中,所述运行信息包括风速信息,所述设备信息包括安装位置、高度及风机型号信息;
流场信息处理模块,用于基于所述风速信息,从可视化CFD流场数据库中获取与所述风速信息对应的可视化CFD流场信息,供显示装置实时可视化显示;其中,所述可视化CFD流场信息包括各个风力机周围及叶片处的可视化流线信息;
结构信息处理模块,用于获取对应风速下各个风力机结构应力信息,供实时装置实时可视化显示,具体用于:计算分析对应风速下每台风力机塔架和叶片的承载信息,计算分析结构信息,包括振动模态及累积疲劳信息;其中,振动模态信息用于可视化显示叶片的受载振动幅度,累积疲劳信息用于诊断提示。
4.一种基于CFD流场分析的可视化监控***,其特征在于,包括风电信息监控***及可视化信息监控平台,所述风电信息监控***与所述可视化信息监控平台连接;所述可视化信息监控平台包括信息存储数据库、基于风场历史数据和已统计的运行数据,分析可检测风速范围内的整个风场的CFD流场信息,提取各个风力机周围及叶片处的可视化数据,构建的可视化CFD流场数据库;其中,所述可视化数据包括可视化流线数据,以及权利要求3所述的可视化监控装置。
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