風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)研究

1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的意義

風(fēng)力發(fā)電能夠緩解國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)緊張的局面,改善能源結(jié)構(gòu),對(duì)于國(guó)家環(huán)境保護(hù)和電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障已成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中存在的故障隱患:通過(guò)提取機(jī)組故障信息并進(jìn)行分析處理,能夠診斷機(jī)組故障發(fā)生的原因并制定有效的處理措施。這對(duì)于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性,促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)健康發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1技術(shù)特征分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常用的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法之一主要是從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)入手,通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的變化來(lái)判斷機(jī)組是否發(fā)生異常。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的運(yùn)行參數(shù)類(lèi)型多樣,大體分為可測(cè)量參數(shù)及計(jì)算參數(shù)兩大類(lèi)。其中,計(jì)算參數(shù)是指需要讀取可測(cè)量參數(shù),并使用一定的算法進(jìn)行計(jì)算,將計(jì)算所得結(jié)果作為運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況,按需選取合適的測(cè)量裝置或算法是進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)的重要前提。如測(cè)量裝置不匹配,將無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量相關(guān)電力參數(shù)能量狀態(tài)或數(shù)值大小的變化:如算法使用不當(dāng)或編寫(xiě)錯(cuò)誤,將會(huì)得出錯(cuò)誤的計(jì)算參數(shù)。這都將影響機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)。但不同種類(lèi)、不同廠家的測(cè)量裝置和各類(lèi)算法都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn),如何進(jìn)行選擇需要根據(jù)機(jī)組的實(shí)際需求確定。

2.2可測(cè)量參數(shù)異常監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可測(cè)量參數(shù)時(shí),需要掌握一定的方法和原則。一般需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn):（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)可測(cè)量參數(shù)大致包括電壓、電流、頻率、液壓壓力、溫度等,需根據(jù)可測(cè)量參數(shù)類(lèi)型選取不同的測(cè)量設(shè)備,多個(gè)測(cè)量設(shè)備相互配合。（2）分析確定可測(cè)量參數(shù)的上下限范圍,根據(jù)范圍選取合適量程的測(cè)量設(shè)備。（3）分析確定可測(cè)量參數(shù)的正常/異常值區(qū)間范圍及動(dòng)作觸發(fā)條件。

2.3計(jì)算參數(shù)異常監(jiān)測(cè)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的計(jì)算參數(shù)需要選擇合適的監(jiān)測(cè)技術(shù)和檢測(cè)方法,在實(shí)際操作過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn):

（1）在檢測(cè)計(jì)算參數(shù)的過(guò)程中選擇合適的算法。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有多種類(lèi)型,每種類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)多處需要用到各類(lèi)不同算法,而每類(lèi)算法中又有多種策略可供選擇。這要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際情況和需求來(lái)選擇合適的算法,因?yàn)椴煌乃惴ㄖ苯佑绊懽罱K的計(jì)算結(jié)果,選取合適的算法能夠顯著提高計(jì)算參數(shù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。（2）選擇合適的設(shè)備運(yùn)行算法。所謂合適的設(shè)備是指:1）算法穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行需要執(zhí)行設(shè)備本身的硬件條件支持:2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)需配置可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及測(cè)量設(shè)備,為算法的運(yùn)行提供計(jì)算依據(jù)及輸出渠道。

2.4測(cè)量設(shè)備異常監(jiān)測(cè)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的測(cè)量設(shè)備本身有出現(xiàn)故障的可能性,因此需要有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)機(jī)制進(jìn)行防范,常用的方法有:（1）部分測(cè)量設(shè)備隨附檢測(cè)觸點(diǎn),正常狀態(tài)下為常開(kāi)/常閉狀態(tài),異常情況下則為常閉/常開(kāi)狀態(tài)?？筛鶕?jù)觸點(diǎn)狀態(tài)的變化對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷。（2）在測(cè)量設(shè)備的輸入端與輸出端時(shí)分別另接一組信號(hào)進(jìn)入主控制系統(tǒng),同時(shí)主控制系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)與測(cè)量設(shè)備對(duì)應(yīng)的算法,時(shí)刻讀取輸入值與輸出值并進(jìn)行比對(duì),如輸出值與輸入值不符,則判斷監(jiān)測(cè)設(shè)備異常。

3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)

3.1故障診斷分析

對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障診斷時(shí),要根據(jù)機(jī)組自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和機(jī)組運(yùn)行環(huán)境的特殊性,綜合分析各種因素,提高故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障診斷比較困難。因此需要更新傳統(tǒng)診斷技術(shù),積極應(yīng)用新技術(shù)和新理念,準(zhǔn)確診斷各種故障,為故障的解決提供依據(jù)。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障診斷,需要準(zhǔn)確掌握各類(lèi)不同的故障現(xiàn)象,根據(jù)機(jī)組電力參數(shù)、振動(dòng)、壓力、形變、磨損、溫度等性能特征進(jìn)行綜合分析,完成故障診斷。

3.2熱力參數(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組熱力參數(shù)分析,即通過(guò)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中各項(xiàng)溫度和濕度的變化,確定其運(yùn)行狀態(tài)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的溫度主要有:各大部件（如發(fā)電機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)電機(jī)、變流器等）的內(nèi)部溫度、機(jī)艙內(nèi)溫度、控制柜內(nèi)溫度、各項(xiàng)液壓油/潤(rùn)滑油溫度。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的濕度主要有:機(jī)艙內(nèi)濕度、控制柜內(nèi)濕度等。

通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的熱力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,能夠有效監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)熱力參數(shù)的變化趨勢(shì)和反饋結(jié)果,能夠準(zhǔn)確判斷機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生故障的設(shè)備位置,能夠?yàn)榉治龉收显蛱峁┏浞衷攲?shí)的依據(jù)。

3.3振動(dòng)分析

振動(dòng)分析的應(yīng)用原理是在機(jī)組內(nèi)各大部件（如齒輪箱支架、發(fā)電機(jī)支架、主軸支架、機(jī)組機(jī)架）上安裝振動(dòng)傳感器,這

些傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量機(jī)組內(nèi)各大部件的振動(dòng)情況。通過(guò)對(duì)傳感器反饋的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理和分析,能夠快速、精準(zhǔn)地判斷機(jī)組內(nèi)各部件的振動(dòng)狀態(tài)以及運(yùn)行趨勢(shì),并以此分析振動(dòng)來(lái)源和產(chǎn)生原因,判斷機(jī)組運(yùn)行是否出現(xiàn)故障。

4大數(shù)據(jù)背景下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)和故障診斷

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷主要是通過(guò)各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)機(jī)組內(nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和診斷。但是隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷發(fā)展,各種基于大數(shù)據(jù)的分析方法不斷被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中。

4.1大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中,通過(guò)算法提取數(shù)據(jù)背后隱含的具有價(jià)值的規(guī)律。大數(shù)據(jù)技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用有:收集并匯總一定區(qū)域內(nèi)或一定類(lèi)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的海量運(yùn)行數(shù)據(jù),通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù),總結(jié)數(shù)據(jù)背后存在的顯著的統(tǒng)計(jì)因素,利用這些統(tǒng)計(jì)因素進(jìn)一步判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可能存在的故障類(lèi)型以及故障發(fā)生的最大概率,建立相關(guān)區(qū)域或相關(guān)類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障模型,并根據(jù)故障模型提前制定處理策略。大數(shù)據(jù)挖掘和分析的技術(shù)手段有很多,常見(jiàn)的手段有基于最小二乘法或利用多元回歸模型來(lái)構(gòu)建大數(shù)據(jù)模型,然后進(jìn)行回歸分析得到影響變量的主要因素,這些因素可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷。

4.2基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷是在少量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,主要是依靠工程師自身技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累以及相關(guān)的推論假設(shè)來(lái)完成對(duì)機(jī)組狀態(tài)的檢測(cè)和診斷。但是這種方法存在一定的風(fēng)險(xiǎn),可分析數(shù)據(jù)不足或工程師自身經(jīng)驗(yàn)存在缺陷,都將使檢測(cè)和診斷結(jié)果存在偏差。另一方面,傳統(tǒng)技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)在采集、傳輸過(guò)程中會(huì)受到傳感器噪聲、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)以及外部干擾的影響。這樣的數(shù)據(jù)通過(guò)分析后得到的檢測(cè)和診斷結(jié)果往往與實(shí)際情況不符。

而大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以有效彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)。通過(guò)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和處理,使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)去除潛在的干擾數(shù)據(jù),得到的結(jié)論往往更加可靠。另外,大數(shù)據(jù)技術(shù)還能夠發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中一些細(xì)微的狀態(tài)變化,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和提前修正機(jī)組中一些潛在的故障隱患,有效降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障的概率,提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于運(yùn)行環(huán)境及自身結(jié)構(gòu)所限,與傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備相比,故障產(chǎn)生概率較高,且故障產(chǎn)生原因復(fù)雜多樣。面對(duì)這種情況,需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)、全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè),同時(shí)采取多種分析診斷方法,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決機(jī)組運(yùn)行時(shí)的故障,避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。