本發(fā)明涉及海上風(fēng)塔監(jiān)測(cè)，具體為一種海上風(fēng)塔傾斜變形預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電是一種開發(fā)成本低，可大規(guī)模開發(fā)的可再生能源，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量和規(guī)模正在快速增長(zhǎng)。風(fēng)電場(chǎng)一般都設(shè)立在遠(yuǎn)離人煙的山谷或海上，海上風(fēng)電和陸上風(fēng)電相比，其基礎(chǔ)和塔筒不僅需要承受自身重力、風(fēng)推力、葉輪扭力及復(fù)雜多變負(fù)荷的影響，還需面對(duì)惡劣的海洋環(huán)境（如鹽霧腐蝕、海浪載荷、海冰沖撞、臺(tái)風(fēng)等因素）的影響，這些因素往往會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電塔筒的傾斜，進(jìn)而影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能和壽命。

2、風(fēng)電塔筒基本都處于無(wú)人值守的狀態(tài)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)也不能第一時(shí)間通知到管理人員進(jìn)行維修工作，且風(fēng)電塔筒的設(shè)備運(yùn)行狀況通過(guò)安排定期人工巡檢來(lái)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，這樣做會(huì)消耗大量的人力和財(cái)力。但風(fēng)電塔筒嚴(yán)重傾斜或變形會(huì)增加塔筒倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中也存在利用深度學(xué)習(xí)的方法對(duì)風(fēng)塔傾斜進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是由于海上情況復(fù)雜，會(huì)存在一些特殊情況下影響風(fēng)塔傾斜，而這些特殊情況的發(fā)生的頻率較低，導(dǎo)致獲取的樣本數(shù)量較少，這就是使得無(wú)法利用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，或者導(dǎo)致訓(xùn)練的模型不夠精準(zhǔn)，使得風(fēng)塔傾斜的預(yù)測(cè)度較低。

4、因此，需要對(duì)風(fēng)電塔筒的傾斜、變形狀態(tài)進(jìn)行更高精度的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種海上風(fēng)塔傾斜變形預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，利用機(jī)理模型生成較?粗的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練,?當(dāng)模型達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)后再基于少量的高精度真實(shí)樣本進(jìn)行精訓(xùn)練，得到更為精準(zhǔn)的傾斜預(yù)測(cè)模型。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種海上風(fēng)塔傾斜變形預(yù)測(cè)方法，其步驟包括：

4、確定海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子并獲取海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

5、實(shí)時(shí)采集傾角傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，確定待機(jī)狀態(tài)下塔基傾角大小和變化趨勢(shì)是否超出設(shè)定閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔傾斜的監(jiān)測(cè)，獲取海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子數(shù)據(jù)；對(duì)傾角傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不做詳細(xì)介紹；

6、建立物理預(yù)測(cè)模型，基于海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)物理預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔傾斜初步預(yù)測(cè)，并基于風(fēng)塔傾斜初步預(yù)測(cè)結(jié)果確定預(yù)訓(xùn)練集和預(yù)驗(yàn)證集；

7、基于預(yù)訓(xùn)練集和預(yù)驗(yàn)證集利用貝葉斯卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到傾斜預(yù)測(cè)模型，通過(guò)傾斜預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)塔傾斜預(yù)測(cè)。

8、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子包括風(fēng)塔傾斜方向與平均風(fēng)向的夾角、風(fēng)速大小、海浪數(shù)據(jù)。風(fēng)向也是影響海上風(fēng)塔傾斜的重要的影響因子之一，風(fēng)向不同對(duì)風(fēng)塔傾斜的影響程度也是不同的，因此將風(fēng)塔傾斜方向與平均風(fēng)向的夾角作為海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子。

9、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述物理預(yù)測(cè)模型：

10、；

11、式中，y表示傾斜度，表示風(fēng)塔傾斜方向與平均風(fēng)向的夾角，p為風(fēng)載荷與海浪載荷的耦合值，a、b、c為待定系數(shù)、t表示風(fēng)塔傾斜變形影響因子作用的時(shí)間。

12、根據(jù)上述技術(shù)方案，風(fēng)載荷與海浪載荷的耦合計(jì)算步驟包括：

13、確定風(fēng)速和海浪有效波高的關(guān)系：，表示脈動(dòng)風(fēng)；表示海浪有效波高，將風(fēng)荷載視為靜力風(fēng)(平均風(fēng))與動(dòng)力風(fēng)(脈動(dòng)風(fēng))，在機(jī)理模型中考慮到了風(fēng)載荷和波浪載荷的關(guān)系，能夠使機(jī)理模型更貼合實(shí)際。

14、基于風(fēng)速和海浪有效波高的關(guān)系利用morison方程計(jì)算風(fēng)塔受到的總的波浪水動(dòng)力載荷，所述總的波浪水動(dòng)力載荷也可以稱為所述海浪載荷；根據(jù)morison方程，單位高度上的波浪水動(dòng)力載荷表述為：

15、；

16、其中，表示海水的密度，表示阻力系數(shù)，表示慣性力系數(shù)，表示海水的水平流速，表示海水的水平加速度，表示支撐結(jié)構(gòu)管徑；

17、根據(jù)海浪有效波高和單位高度上的波浪水動(dòng)力載荷確定波浪水動(dòng)力總載荷；海浪載荷是由海浪與海上風(fēng)塔支撐結(jié)構(gòu)的相互作用引起的載荷；

18、所述風(fēng)載荷為塔筒所受的風(fēng)載荷、機(jī)艙所受風(fēng)載荷和葉片整體所受風(fēng)載荷之和；

19、基于所述風(fēng)載荷和所述海浪載荷利用權(quán)重進(jìn)行耦合，得到p。

20、由于海上情況復(fù)雜，不同的海風(fēng)情況和海浪情況下，風(fēng)載荷和海浪載荷對(duì)風(fēng)塔傾斜的影響程度的占比是不同的，因此可以根據(jù)歷史獲取的是數(shù)據(jù)對(duì)相似場(chǎng)景下的風(fēng)載荷和海浪載荷對(duì)風(fēng)塔傾斜的影響程度的占比進(jìn)行計(jì)算，從而確定風(fēng)載荷和海浪載荷的權(quán)重；

21、；

22、其中，表示風(fēng)載荷的權(quán)重占比，表示海浪載荷的權(quán)重占比。

23、根據(jù)上述技術(shù)方案，基于海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及其海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子作用于風(fēng)塔的時(shí)間，利用物理預(yù)測(cè)模型進(jìn)行風(fēng)塔傾斜初步預(yù)測(cè)，并根據(jù)海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的初步預(yù)測(cè)的數(shù)值構(gòu)建預(yù)訓(xùn)練集合；將預(yù)訓(xùn)練集合劃分預(yù)訓(xùn)練集和預(yù)驗(yàn)證集。

24、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述傾斜預(yù)測(cè)模型構(gòu)建步驟：

25、獲取歷史海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子信息及其對(duì)應(yīng)的傾斜數(shù)據(jù)構(gòu)建精驗(yàn)證集；

26、基于預(yù)訓(xùn)練集利用貝葉斯卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練粗傾斜預(yù)測(cè)模型；基于預(yù)驗(yàn)證集對(duì)粗傾斜預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正調(diào)節(jié)；

27、基于精驗(yàn)證集對(duì)訓(xùn)練的粗傾斜預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正調(diào)整，得到傾斜預(yù)測(cè)模型，其中，將決定系數(shù)、均方根誤差和克林-古普塔效率系數(shù)作為判別標(biāo)準(zhǔn)，判斷傾斜預(yù)測(cè)模型或者粗傾斜預(yù)測(cè)模型是否滿足預(yù)報(bào)精度，若不滿足預(yù)報(bào)精度則繼續(xù)訓(xùn)練優(yōu)化調(diào)整傾斜預(yù)測(cè)模型或者粗傾斜預(yù)測(cè)模型直至滿足預(yù)報(bào)精度。

28、根據(jù)上述技術(shù)方案，在生成每個(gè)所述海上風(fēng)塔傾斜預(yù)測(cè)值時(shí)，按概率隨機(jī)丟棄已訓(xùn)練好的所述傾斜預(yù)測(cè)模型的部分神經(jīng)元，再基于余下神經(jīng)元獲得一個(gè)海上風(fēng)塔傾斜預(yù)測(cè)值。

29、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中的風(fēng)塔傾斜方向與平均風(fēng)向的夾角、風(fēng)速大小、海浪數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)海上風(fēng)浪的預(yù)測(cè)得到的。

30、一種海上風(fēng)塔傾斜變形預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

31、影響因子獲取模塊，用于確定海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子并獲取海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

32、傳感器數(shù)據(jù)獲取模塊，實(shí)時(shí)采集傾角傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，確定待機(jī)狀態(tài)下塔基傾角大小和變化趨勢(shì)是否超出設(shè)定閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔傾斜的監(jiān)測(cè)，獲取海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子信息；

33、機(jī)理模型建立模塊，建立物理預(yù)測(cè)模型，基于海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)物理預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)風(fēng)塔傾斜初步預(yù)測(cè)，海上風(fēng)塔傾斜變形影響因子預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于風(fēng)塔傾斜初步預(yù)測(cè)結(jié)果確定預(yù)訓(xùn)練集和預(yù)驗(yàn)證集；

34、傾斜預(yù)測(cè)模塊，基于預(yù)訓(xùn)練集和預(yù)驗(yàn)證集利用貝葉斯卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到傾斜預(yù)測(cè)模型，通過(guò)傾斜預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)塔傾斜預(yù)測(cè)。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明利用機(jī)理模型生成較?粗的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練,?當(dāng)模型達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)后再基于少量的高精度真實(shí)樣本進(jìn)行精訓(xùn)練，得到更為精準(zhǔn)的傾斜預(yù)測(cè)模型，針對(duì)一些觀測(cè)數(shù)據(jù)較少的特殊情況，也能夠利用深度學(xué)習(xí)的方法對(duì)進(jìn)行風(fēng)塔傾斜進(jìn)行預(yù)測(cè)，一定程度上也提高了風(fēng)塔傾斜預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。