風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術研究

1風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的意義

風力發(fā)電能夠緩解國內(nèi)能源供應緊張的局面,改善能源結(jié)構(gòu),對于國家環(huán)境保護和電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。隨著國內(nèi)風力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展,風力發(fā)電機組故障已成為一個不可忽視的問題。通過對風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測,能夠及時發(fā)現(xiàn)機組運行過程中存在的故障隱患:通過提取機組故障信息并進行分析處理,能夠診斷機組故障發(fā)生的原因并制定有效的處理措施。這對于提高風力發(fā)電機組運行可靠性,促進風力發(fā)電行業(yè)健康發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。

2風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測技術

2.1技術特征分析

風力發(fā)電機組常用的狀態(tài)監(jiān)測方法之一主要是從風力發(fā)電機組的各項運行參數(shù)入手,通過監(jiān)測機組運行參數(shù)的變化來判斷機組是否發(fā)生異常。風力發(fā)電機組中的運行參數(shù)類型多樣,大體分為可測量參數(shù)及計算參數(shù)兩大類。其中,計算參數(shù)是指需要讀取可測量參數(shù),并使用一定的算法進行計算,將計算所得結(jié)果作為運行參數(shù)。根據(jù)機組實際情況,按需選取合適的測量裝置或算法是進行風力發(fā)電機組狀態(tài)檢測的重要前提。如測量裝置不匹配,將無法準確測量相關電力參數(shù)能量狀態(tài)或數(shù)值大小的變化:如算法使用不當或編寫錯誤,將會得出錯誤的計算參數(shù)。這都將影響機組的正常運行狀態(tài)。但不同種類、不同廠家的測量裝置和各類算法都存在各自的優(yōu)缺點,如何進行選擇需要根據(jù)機組的實際需求確定。

2.2可測量參數(shù)異常監(jiān)測

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

2.3計算參數(shù)異常監(jiān)測

風力發(fā)電機組內(nèi)的計算參數(shù)需要選擇合適的監(jiān)測技術和檢測方法,在實際操作過程中需要注意以下幾個要點:

（1）在檢測計算參數(shù)的過程中選擇合適的算法。風力發(fā)電機組有多種類型,每種類型的風力發(fā)電機組內(nèi)多處需要用到各類不同算法,而每類算法中又有多種策略可供選擇。這要根據(jù)風力發(fā)電機組實際情況和需求來選擇合適的算法,因為不同的算法直接影響最終的計算結(jié)果,選取合適的算法能夠顯著提高計算參數(shù)監(jiān)測的準確性和計算效率。（2）選擇合適的設備運行算法。所謂合適的設備是指:1）算法穩(wěn)定、長期運行需要執(zhí)行設備本身的硬件條件支持:2）風力發(fā)電機組內(nèi)需配置可靠、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸設備及測量設備,為算法的運行提供計算依據(jù)及輸出渠道。

2.4測量設備異常監(jiān)測

風力發(fā)電機組內(nèi)的測量設備本身有出現(xiàn)故障的可能性,因此需要有相應的監(jiān)測機制進行防范,常用的方法有:（1）部分測量設備隨附檢測觸點,正常狀態(tài)下為常開/常閉狀態(tài),異常情況下則為常閉/常開狀態(tài)。可根據(jù)觸點狀態(tài)的變化對設備狀態(tài)進行判斷。（2）在測量設備的輸入端與輸出端時分別另接一組信號進入主控制系統(tǒng),同時主控制系統(tǒng)內(nèi)預先存儲與測量設備對應的算法,時刻讀取輸入值與輸出值并進行比對,如輸出值與輸入值不符,則判斷監(jiān)測設備異常。

3風力發(fā)電機組故障診斷技術

3.1故障診斷分析

對風力發(fā)電機組進行故障診斷時,要根據(jù)機組自身結(jié)構(gòu)的復雜性和機組運行環(huán)境的特殊性,綜合分析各種因素,提高故障診斷結(jié)果的準確性。風力發(fā)電機組運動部件多、結(jié)構(gòu)復雜,故障診斷比較困難。因此需要更新傳統(tǒng)診斷技術,積極應用新技術和新理念,準確診斷各種故障,為故障的解決提供依據(jù)。對于風力發(fā)電機組的故障診斷,需要準確掌握各類不同的故障現(xiàn)象,根據(jù)機組電力參數(shù)、振動、壓力、形變、磨損、溫度等性能特征進行綜合分析,完成故障診斷。

3.2熱力參數(shù)分析

風力發(fā)電機組熱力參數(shù)分析,即通過分析風力發(fā)電機組在運行過程中各項溫度和濕度的變化,確定其運行狀態(tài)。

風力發(fā)電機組內(nèi)的溫度主要有:各大部件（如發(fā)電機、齒輪箱、發(fā)電機、運動電機、變流器等）的內(nèi)部溫度、機艙內(nèi)溫度、控制柜內(nèi)溫度、各項液壓油/潤滑油溫度。而風力發(fā)電機組內(nèi)的濕度主要有:機艙內(nèi)濕度、控制柜內(nèi)濕度等。

通過對風力發(fā)電機組內(nèi)的熱力參數(shù)進行監(jiān)控,能夠有效監(jiān)測機組的運行狀態(tài)。同時根據(jù)熱力參數(shù)的變化趨勢和反饋結(jié)果,能夠準確判斷機組內(nèi)產(chǎn)生故障的設備位置,能夠為分析故障原因提供充分詳實的依據(jù)。

3.3振動分析

振動分析的應用原理是在機組內(nèi)各大部件（如齒輪箱支架、發(fā)電機支架、主軸支架、機組機架）上安裝振動傳感器,這

些傳感器能夠準確測量機組內(nèi)各大部件的振動情況。通過對傳感器反饋的振動信號進行處理和分析,能夠快速、精準地判斷機組內(nèi)各部件的振動狀態(tài)以及運行趨勢,并以此分析振動來源和產(chǎn)生原因,判斷機組運行是否出現(xiàn)故障。

4大數(shù)據(jù)背景下風力發(fā)電機組的監(jiān)測和故障診斷

傳統(tǒng)風力發(fā)電機組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷主要是通過各類監(jiān)測設備對機組內(nèi)的相關參數(shù)進行監(jiān)測、分析和診斷。但是隨著大數(shù)據(jù)技術不斷發(fā)展,各種基于大數(shù)據(jù)的分析方法不斷被應用于風力發(fā)電機組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中。

4.1大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)技術是指從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中,通過算法提取數(shù)據(jù)背后隱含的具有價值的規(guī)律。大數(shù)據(jù)技術在風力發(fā)電行業(yè)中的應用有:收集并匯總一定區(qū)域內(nèi)或一定類型風力發(fā)電機組中的海量運行數(shù)據(jù),通過大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術,總結(jié)數(shù)據(jù)背后存在的顯著的統(tǒng)計因素,利用這些統(tǒng)計因素進一步判斷風力發(fā)電機組可能存在的故障類型以及故障發(fā)生的最大概率,建立相關區(qū)域或相關類型的風力發(fā)電機組故障模型,并根據(jù)故障模型提前制定處理策略。大數(shù)據(jù)挖掘和分析的技術手段有很多,常見的手段有基于最小二乘法或利用多元回歸模型來構(gòu)建大數(shù)據(jù)模型,然后進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用于風力發(fā)電機組狀態(tài)檢測和故障診斷。

4.2基于大數(shù)據(jù)技術的風力發(fā)電機組狀態(tài)檢測和故障診斷的優(yōu)勢

傳統(tǒng)方法對風力發(fā)電機組的狀態(tài)檢測和故障診斷是在少量數(shù)據(jù)的基礎上進行的,主要是依靠工程師自身技術經(jīng)驗積累以及相關的推論假設來完成對機組狀態(tài)的檢測和診斷。但是這種方法存在一定的風險,可分析數(shù)據(jù)不足或工程師自身經(jīng)驗存在缺陷,都將使檢測和診斷結(jié)果存在偏差。另一方面,傳統(tǒng)技術獲取的數(shù)據(jù)在采集、傳輸過程中會受到傳感器噪聲、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)通過分析后得到的檢測和診斷結(jié)果往往與實際情況不符。

而大數(shù)據(jù)分析技術可以有效彌補上述缺點。通過對大量的數(shù)據(jù)進行收集、分析和處理,使用數(shù)據(jù)挖掘技術去除潛在的干擾數(shù)據(jù),得到的結(jié)論往往更加可靠。另外,大數(shù)據(jù)技術還能夠發(fā)現(xiàn)風力發(fā)電機組運行過程中一些細微的狀態(tài)變化,能夠及時發(fā)現(xiàn)和提前修正機組中一些潛在的故障隱患,有效降低風力發(fā)電機組發(fā)生故障的概率,提高機組運行的安全性和可靠性。

5結(jié)語

綜上所述,風力發(fā)電機組由于運行環(huán)境及自身結(jié)構(gòu)所限,與傳統(tǒng)發(fā)電設備相比,故障產(chǎn)生概率較高,且故障產(chǎn)生原因復雜多樣。面對這種情況,需要對風力發(fā)電機組進行實時、全面、系統(tǒng)的監(jiān)測,同時采取多種分析診斷方法,及時發(fā)現(xiàn)并解決機組運行時的故障,避免造成巨大的經(jīng)濟損失。