本發(fā)明涉及風電場監(jiān)測，尤其涉及一種海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)方案中通常采用以下技術(shù)方案對風電機組沖刷進行監(jiān)測：

2、1.多波束及聲吶圖像監(jiān)測技術(shù)方案。該方案主要包括聲吶數(shù)據(jù)采集、圖像生成與處理、高程變化監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析與預(yù)警等幾部分組成。通過圖像處理技術(shù)獲取海床的高程變化情況，從而掌握沖淤趨勢。

3、2.風機結(jié)構(gòu)固有頻率振動監(jiān)測方案。沖刷深度的增加會導(dǎo)致風機整體結(jié)構(gòu)的一階頻率下降，通過在風機塔筒不同位置布置加速度傳感器，監(jiān)測風機結(jié)構(gòu)的固有頻率變化來推斷基礎(chǔ)沖刷情況，因此，通過實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)振動頻率，分析振動頻率監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢，可以及時發(fā)現(xiàn)沖刷問題并采取相應(yīng)措施。

4、3.基于數(shù)值模型和傳感器技術(shù)的單樁基礎(chǔ)監(jiān)測檢測方案。該方案主要由多個加速度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)、一套多沖刷深度情況下有限元數(shù)據(jù)模型組成。有限元數(shù)據(jù)模型：建立一種海上風電機組結(jié)構(gòu)一體化仿真模型數(shù)據(jù)庫，該模型將機艙和轉(zhuǎn)子以集中質(zhì)量點的形式加在塔筒頂端，等效土體底部樁土約束為基底固定約束，土體外側(cè)為法向約束。結(jié)構(gòu)動力計算以沖刷深度為變量，考慮將樁土約束海上風電樁基結(jié)構(gòu)泥面以下不同約束情況下，分析得到等效約束有限元模型的一階頻率以及在全部測點的一階振型向量，構(gòu)成有限元模型數(shù)據(jù)庫；加速度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)：獲取在海工結(jié)構(gòu)水面以上的不同測點的振動加速度，提取海工結(jié)構(gòu)正常工作時固有頻率；將海上風機運行過程中提取到的塔筒實際固有頻率與有限元模型數(shù)據(jù)庫進行對比，基于匹配結(jié)果計算得到等效沖刷深度預(yù)測值。

5、但上述傳統(tǒng)方案具有以下技術(shù)問題：

6、①傳統(tǒng)海上風電基礎(chǔ)沖刷監(jiān)測主要依賴多波束運維船定期對風電基礎(chǔ)周邊海底地形進行多波束掃描，監(jiān)測周期較長。由于受海域條件及不同機位點沖刷情況差異影響，為保障監(jiān)測的持續(xù)性，該種檢測方式受監(jiān)測周期長，不能及時檢測到風機(風電機組)基礎(chǔ)受沖刷情況影響。

7、②海上風機基礎(chǔ)固有頻率和沖刷深度之間關(guān)系還沒有量化研究。

8、③受巖土差異性影響，不同風機點位基礎(chǔ)打入深度不同，通過有限元建立沖刷深度模型方法未能考慮各個風機點位差異性，導(dǎo)致模型結(jié)果與風機基礎(chǔ)實際沖刷情況偏差較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決背景技術(shù)中的至少一個技術(shù)問題，提供一種海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法和系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法，包括：

3、實時采集海上風電機組不同位置處振動加速度；

4、對實時采集的海上風電機組不同位置處振動加速度進行濾波和傅里葉轉(zhuǎn)換，得到風電機組固有頻率；

5、基于海上風電機組固有頻率和海上風電機組的沖刷極限深度，計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率；

6、根據(jù)海上風電機組固有頻率和海上風電機組臨界頻率進行計算，基于計算結(jié)果預(yù)判海上風電場中各海上風電機組的沖刷深度是否處于安全區(qū)間。

7、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述實時采集海上風電機組不同位置處振動加速度為：

8、在海上發(fā)電機組的塔筒不同高程處分別安裝加速度傳感器，通過各加速度傳感器獲取海上風電機組的塔筒不同位置處振動加速度。

9、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述基于海上風電機組固有頻率和海上風電機組的沖刷極限深度，計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率，包括：

10、以沖刷深度達到1.3d為海上風電機組的沖刷極限深度；

11、將l+1.3d作為海上風電機組在沖刷極限深度時露出泥面的極限長度；

12、基于海上風電機組固有頻率和極限長度計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率為：

13、

14、式中，f為海上風電機組固有頻率，e為海上風電機組的塔筒材料彈性模量；m1為海上風電機組的機艙和風輪質(zhì)量；m2為海上風電機組的泥面以上的塔筒自重；l為輪轂中心至泥面的高度；d為塔筒中間部位外徑；d為塔筒中間部位內(nèi)徑；x為沖刷深度，當x＝1.3d時，計算得到的海上風電機組固有頻率f為海上風電機組臨界頻率。

15、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，根據(jù)海上風電機組固有頻率和海上風電機組臨界頻率進行計算，基于計算結(jié)果預(yù)判海上風電場中各海上風電機組的沖刷深度是否處于安全區(qū)間，包括：

16、將(海上風電機組固有頻率-海上風電機組臨界頻率)/海上風電機組固有頻率的結(jié)果定義為α；

17、當α大于0.2時，判定海上風電機組的沖刷深度處于安全區(qū)間；

18、當α介于[0.2，0]時，判定海上風電機組的沖刷深度為待出海測量確認的沖刷深度；

19、當α小于0時，判定海上風電機組的沖刷深度處于非安全區(qū)間。

20、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

21、振動加速度采集模塊，實時采集海上風電機組不同位置處振動加速度；

22、固有頻率獲取模塊，對實時采集的海上風電機組不同位置處振動加速度進行濾波和傅里葉轉(zhuǎn)換，得到風電機組固有頻率；

23、臨界頻率計算模塊，基于海上風電機組固有頻率和海上風電機組的沖刷極限深度，計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率；

24、沖刷深度監(jiān)控模塊，根據(jù)海上風電機組固有頻率和海上風電機組臨界頻率進行計算，基于計算結(jié)果預(yù)判海上風電場中各海上風電機組的沖刷深度是否處于安全區(qū)間。

25、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括處理器、存儲器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法。

26、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法。

27、根據(jù)本發(fā)明的方案，本發(fā)明對海上風機基礎(chǔ)和固有頻率和沖刷深度之間關(guān)系展開定量分析，提出基于海上風電機組固有頻率和極限長度公式，綜合考慮到風電場不同點位差異性，從而獲取海上各風電機組臨界頻率。海上在線監(jiān)測傳感器能夠?qū)崟r對風機固有頻譜進行分析，利用例如信息及處理終端系統(tǒng)能夠?qū)崟r將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及臨界沖刷固有頻率進行對比分析，海上風電運維人員能夠在陸上控制中心實時獲取海上風電場機組沖刷情況，規(guī)避傳統(tǒng)檢測方式受外部環(huán)境影響限制不利因素，大幅度減少不必要的現(xiàn)場監(jiān)測作業(yè)。

技術(shù)特征：

1.海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法，其特征在于，所述實時采集海上風電機組不同位置處振動加速度為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法，其特征在于，所述基于海上風電機組固有頻率和海上風電機組的沖刷極限深度，計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法，其特征在于，根據(jù)海上風電機組固有頻率和海上風電機組臨界頻率進行計算，基于計算結(jié)果預(yù)判海上風電場中各海上風電機組的沖刷深度是否處于安全區(qū)間，包括：

5.海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器、存儲器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-4中任一項所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法。

7.計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-4中任一項所述的海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及風電場監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，提供一種海上風電機組基礎(chǔ)沖刷深度監(jiān)測方法和系統(tǒng)，其中方法包括：實時采集海上風電機組不同位置處振動加速度；對實時采集的海上風電機組不同位置處振動加速度進行濾波和傅里葉轉(zhuǎn)換，得到風電機組固有頻率；基于海上風電機組固有頻率和海上風電機組的沖刷極限深度，計算海上風電場中各海上風電機組臨界頻率；根據(jù)海上風電機組固有頻率和海上風電機組臨界頻率進行計算，基于計算結(jié)果預(yù)判海上風電場中各海上風電機組的沖刷深度是否處于安全區(qū)間。本發(fā)明能夠建立風電廠樁基防沖刷時間預(yù)警體系，及時判斷海上風電機組的沖刷深度，而且保證判斷結(jié)果準確無誤，保證海上風電場長期安全穩(wěn)定地運行。

技術(shù)研發(fā)人員：王云鵬,喻西崇,劉超,劉小燕,韓旭亮,李晶,吳雨霏,秦夢飛,顧天悅
受保護的技術(shù)使用者：中海石油（中國）有限公司北京新能源分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10