本發(fā)明涉及海上升壓站損傷識(shí)別，特別涉及基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、海上升壓變電站連接數(shù)十臺(tái)風(fēng)機(jī)，集匯聚、升壓、輸電功能于一體，具備將風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能高效輸送至陸地的重要作用，是海上風(fēng)電場(chǎng)中不可或缺的核心結(jié)構(gòu)物，其使用階段的健康狀態(tài)一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、海上升壓站常年暴露在非常高的海洋腐蝕環(huán)境中，海洋大氣環(huán)境比內(nèi)陸大氣環(huán)境對(duì)鋼鐵構(gòu)件的腐蝕程度要高4-5倍，浪濺區(qū)的腐蝕速度更要高出其他區(qū)域。升壓站上部結(jié)構(gòu)處于海洋大氣區(qū)，下部導(dǎo)管架位于浪濺區(qū)，海水誘發(fā)的腐蝕隨時(shí)會(huì)帶來(lái)鋼結(jié)構(gòu)桿件的斷裂，從而造成結(jié)構(gòu)性能的退化，損傷情況嚴(yán)重可能造成整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)的癱瘓，其維修相較陸上電力設(shè)施更加困難，成本更高。

3、海上升壓站鋼結(jié)構(gòu)表層的防腐涂層組成了海洋結(jié)構(gòu)的防腐蝕體系，海上環(huán)境極其復(fù)雜，鹽霧、大風(fēng)以及紫外線等對(duì)海上升壓站的防護(hù)涂料構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

4、常年經(jīng)受海水的沖刷，防腐體系會(huì)有損傷，銹蝕嚴(yán)重的部位金屬厚度變薄，已有實(shí)際的海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架斜撐被海水腐蝕發(fā)生斷裂的真實(shí)案例，需要借助缺陷識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷情況。

5、因此，海上惡劣的環(huán)境，腐蝕已經(jīng)成為了影響海上升壓站結(jié)構(gòu)安全和設(shè)備可靠性的重要因素。

6、然而，目前尚未建立成熟的基于海上升壓站結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)反演結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的方法，對(duì)海上升壓站這類頭重腳輕的結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法研究較少。

7、此外，海上升壓站一般為無(wú)人值守，定期安排專業(yè)人員對(duì)防腐蝕涂層進(jìn)行檢查和維護(hù)的成本非常高。

8、因此，如何實(shí)現(xiàn)海上升壓變電站在線損傷發(fā)生的判斷，建立基于結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷是否發(fā)生的判別成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)的目的是實(shí)現(xiàn)海上升壓變電站在線損傷發(fā)生的判斷，建立基于結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷是否發(fā)生的判別。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法；其特征在于，包括如下步驟:

3、步驟1、在有限元軟件中對(duì)海上升壓站進(jìn)行建模；

4、步驟2、在所述海上升壓站頂層和底層最外側(cè)的四個(gè)主柱上設(shè)置加速度傳感器；

5、步驟3、對(duì)所述海上升壓站施加外部隨機(jī)載荷進(jìn)行動(dòng)力特性分析；

6、步驟4、從施加了所述外部隨機(jī)載荷的所述海上升壓站的每一所述加速度傳感器提取相應(yīng)的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)；

7、步驟5、根據(jù)提取到的所述加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算輸出響應(yīng)的功率譜密度矩陣，具體如下：

8、

9、其中，gyy(jω)為信號(hào)y(t)的所述功率譜密度矩陣；λk為第k階極點(diǎn)；為λk的共軛復(fù)數(shù)；dk為常數(shù)；φk為模態(tài)振型向量；j為虛數(shù)；ω為結(jié)構(gòu)的自振頻率；φk為模態(tài)振型向量；為模態(tài)振型向量的共軛矩陣；為模態(tài)振型向量的轉(zhuǎn)置矩陣；

10、步驟6、對(duì)所述功率譜密度矩陣進(jìn)行奇異值分解；

11、步驟7、繪制所述海上升壓站出現(xiàn)損傷前后的最大奇異值曲線，確定出現(xiàn)損傷前后的自振頻率；

12、步驟8、計(jì)算損傷指標(biāo)di；

13、步驟9、判斷所述損傷指標(biāo)di是否在5％以上；若是，則表示發(fā)生了損傷；若否，則表示未發(fā)生損傷。

14、優(yōu)選的，在步驟2中，所述海上升壓站包括四根均豎直設(shè)置的所述主柱；每一所述主柱位于底層和頂層的梁柱節(jié)點(diǎn)位置均設(shè)有所述加速度傳感器。

15、優(yōu)選的，在步驟3中，所述外部隨機(jī)載荷包括地震激勵(lì)、風(fēng)、浪和流荷載的聯(lián)合作用。

16、優(yōu)選的，在步驟6中，對(duì)所述功率譜密度矩陣進(jìn)行奇異值分解，則非零奇異值的數(shù)量就等于對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)有貢獻(xiàn)的模態(tài)的數(shù)量，取第一奇異值作為功率譜密度矩陣的奇異值曲線的y軸變量，將第一奇異值的曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的x軸坐標(biāo)，即為系統(tǒng)的固有頻率。

17、優(yōu)選的，在步驟8中，所述損傷指標(biāo)di的計(jì)算公式具體如下：

18、

19、其中，為健康狀況下的第i階自振頻率；為損傷狀況下的第i階自振頻率。

20、優(yōu)選的，所述損傷指標(biāo)di的計(jì)算選用前n階模態(tài)進(jìn)行累加，或者指定相應(yīng)模態(tài)進(jìn)行累加。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、本發(fā)明通過(guò)布置最少的加速度傳感器數(shù)量，有效對(duì)結(jié)構(gòu)損傷情況進(jìn)行判斷，提醒維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行維修，確保海上升壓站結(jié)構(gòu)的正常使用，降低故障的風(fēng)險(xiǎn)。

23、以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

技術(shù)特征：

1.基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法；其特征在于，包括如下步驟:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，其特征在于，在步驟2中，所述海上升壓站包括四根均豎直設(shè)置的所述主柱(1)；每一所述主柱(1)位于底層和頂層的梁柱節(jié)點(diǎn)位置均設(shè)有所述加速度傳感器(2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，其特征在于，在步驟3中，所述外部隨機(jī)載荷包括地震激勵(lì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，其特征在于，在步驟6中，對(duì)所述功率譜密度矩陣進(jìn)行奇異值分解，則非零奇異值的數(shù)量就等于對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)有貢獻(xiàn)的模態(tài)的數(shù)量，取第一奇異值作為功率譜密度矩陣的奇異值曲線的y軸變量，將第一奇異值的曲線的峰值所對(duì)應(yīng)的x軸坐標(biāo)，即為系統(tǒng)的固有頻率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，其特征在于，在步驟8中，所述損傷指標(biāo)di的計(jì)算公式具體如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，其特征在于，所述損傷指標(biāo)di的計(jì)算選用前n階模態(tài)進(jìn)行累加，或者指定相應(yīng)模態(tài)進(jìn)行累加。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于簡(jiǎn)易傳感系統(tǒng)的海上升壓站結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法，包括如下步驟:1、在有限元軟件中對(duì)海上升壓站進(jìn)行建模；2、在海上升壓站頂層和底層最外側(cè)的四個(gè)主柱上設(shè)置加速度傳感器；3、對(duì)海上升壓站施加外部隨機(jī)載荷進(jìn)行動(dòng)力特性分析；4、從施加了外部隨機(jī)載荷的海上升壓站的每一加速度傳感器提取相應(yīng)的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)；5、根據(jù)提取到的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算輸出響應(yīng)的功率譜密度矩陣；6、對(duì)功率譜密度矩陣進(jìn)行奇異值分解；7、繪制海上升壓站出現(xiàn)損傷前后的最大奇異值曲線，確定出現(xiàn)損傷前后的自振頻率；8、計(jì)算損傷指標(biāo)DI；9、判斷損傷指標(biāo)DI是否在5％以上。本發(fā)明通過(guò)布置最少的加速度傳感器數(shù)量，有效對(duì)結(jié)構(gòu)損傷情況進(jìn)行判斷。

技術(shù)研發(fā)人員：班鑫磊,王宇衛(wèi),彭益成,徐康乾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海電力設(shè)計(jì)院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21