一种风电机组运行状态监测方法技术

本发明专利技术公开了一种风电机组运行状态监测方法。该方法包括：获取风电机组历史运行的传感器数据，所述传感器数据包括风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号；根据风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号分别构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型和转速、功率、应变、振动频谱监测模型；采集风电机组的实时运行数据，将所述风电机组的实时运行数据分别与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型、转速、功率、应变、振动频谱监测模型进行对比，确定所述风电机组的当前运行状态。本发明专利技术提供的风电机组运行状态监测方法，既能减少风电场的维护成本，又能及时发现故障或提前预测故障。

A Method of Wind Turbine Operation Monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组运行状态监测方法
本专利技术涉及风能发电
，特别是涉及一种风电机组运行状态监测方法。
技术介绍
随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。风力发电机组单机容量也由kW级别迅速增加到MW级别，近几年由1.5MW发展到3MW、6MW、8MW，目前单机容量还有扩大趋势。随着电厂自动化程度的增加，提高关键设备的有效性运行和可维护性也变得非常重要。传统的设备检修方式日益暴露出其局限性，设备故障带来的经济损失也日益受到发电企业的重视和关注。目前的监测主要是风机制造厂家增加的振动监测，功率超发监测等合成到机组安全系统中，后期的改造中，对叶片等大型部件粘贴传感器来监测其运行状态。在单机容量迅速扩展进程中，一些核心部件如电机、变流器、叶片等的技术可能存在一部分缺陷，而这些缺陷是由新产品在实际应用过程中发现的，这样增加了发电厂的维护成本。这一方面是由于产品质量不过关，另一方面是人们对自然界风况以及风作用于机组上的载荷的复杂性理解不深入。电厂生产过程的任何故障不仅直接影响电能产量和电能质量，而且还可能造成设备损毁和人身事故。要使发电机组设备能够安全、可靠、有效的运行，使其充分发挥作用，发展设备状态监控和故障预警技术是必经之路。
技术实现思路
本专利技术提供一种风电机组运行状态监测方法，既能减少风电场的维护成本，又能及时发现故障或提前预测故障。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种风电机组运行状态监测方法，所述方法包括：获取风电机组历史运行的传感器数据，所述传感器数据包括风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号；根据风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号分别构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型和转速、功率、应变、振动频谱监测模型；采集风电机组的实时运行数据，将所述风电机组的实时运行数据分别与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型、转速、功率、应变、振动频谱监测模型进行对比，确定所述风电机组的当前运行状态。可选的，所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型还用于对气动阻尼进行监测，具体包括：利用实时采集风电机组的转速和风速，计算风电机组的叶尖速比；根据计算的风电机组的叶尖速比评估叶片失速状态；根据叶片失速状态系数和实时采集风速计算当前状态的气动阻尼；根据当前状态的气动阻尼与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型中的标准气动阻尼进行对比，对风电机组的振动损伤进行评估。可选的，所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型还用于调节机组载荷和功率，具体包括：步骤1：对风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行第一次频谱转化；步骤2：将第一次频谱转化的结果输入至转速、功率、应变、振动频谱监测模型，根据监测结果调整风轮中至少一个叶片的变桨角；步骤3：对调整后的风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行第二次频谱转化；步骤4：将第二次频谱转化的结果与第一次频谱转化的结果进行比较，如果频谱密度降低、功率增加，则转向步骤5，否则，转向步骤2；步骤5：继续调整风轮中至少一个叶片的变桨角；步骤6：对调整后的风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行若干次频谱转化；步骤7：将若干次频谱转化的结果与第二次频谱转化的结果进行比较，如果频谱密度降低、功率增加，则转向步骤8，否则，转向步骤5；步骤8：监测结束。可选的，所述构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型，具体包括：利用最小二乘线性拟合法，将风电机组的转速、风速、变桨角、功率进行拟合，生成转速、风速、变桨角、功率相关的若干曲线；根据生成转速、风速、变桨角、功率相关的若干曲线建立风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型。可选的，所述建构转速、功率、应变、振动频谱监测模型，具体包括：根据所述风电机组的转速信号、功率信号、应变信号和振动信号随时间的变化分别绘制出风电机组的转速时序图、功率时序图、应变时序图和振动时序图；将所述风电机组的转速时序图、功率时序图、应变时序图和振动时序图分别经过傅里叶变换后得到转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图；根据所述转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图建立转速、功率、应变、振动频谱监测模型。可选的，所述采集风电机组的实时运行数据，将所述风电机组的实时运行数据分别与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型、转速、功率、应变、振动频谱监测模型进行对比，确定所述风电机组的当前运行状态，具体包括：利用传感器实时采集风电机组的风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号；将所述实时采集的风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型的标准风速、转速、变桨角、功率进行对比和将所述实时采集的转速信号、功率信号、应变信号、振动信号经过频谱分析后与所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型的标准转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图进行对比，对所述风电机组进行提示、报警或停机检查。一种风电机组运行状态监测方法的控制系统，包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、第一提示装置、第一报警装置、第一停机装置、第二提示装置、第二报警装置、第二停机装置、风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型和转速、功率、应变、振动频谱监测模型，所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型包括第一控制器，所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型包括第二控制器，所述第一数据采集模块、第二数据采集模块分别与所述第一控制器、第二控制器的输入端相连接，所述第一控制器的输出端分别与所述第一提示装置、第一报警装置、第一停机装置相连接，所述第二控制器的输出端分别与所述第二提示装置、第二报警装置、第二停机装置相连接。可选的，根据所述第一采集模块实时采集的风速、转速、变桨角、功率信号值与所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型中的标准风速、转速、变桨角、功率信号值进行对比，当所述实时采集的风速、转速、变桨角、功率信号值与标准风速、转速、变桨角、功率信号值之间的偏差值大于第一设定值时，对所述风电机组发出提示信号；当所述实时采集的风速、转速、变桨角、功率信号值与标准风速、转速、变桨角、功率信号值之间的偏差值大于第二设定值时，对所述风电机组发出报警信号；当所述实时采集的风速、转速、变桨角、功率信号值与标准风速、转速、变桨角、功率信号值之间的偏差值大于第三设定值时，对所述风电机组发出停机信号。可选的，所述第一控制器包括第一设定值、第二设定值和第三设定值，所述第一设定值为5％，第二设定值为10％，第三设定值为20％。可选的，将所述第二采集模块实时采集的风速、转速、变桨角、功率信号值经过频谱分析后与所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型的标准转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图进行比对，当对比结果是原频谱能量增加时，对所述风电机组发出提示、报警、停机信号；当对比结果是新频谱能量产生时，对所述风电机组发出提示、报警、停机报警信号；当对比结果是产生频谱偏移时，对所述风电机组发出提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取风电机组历史运行的传感器数据，所述传感器数据包括风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号；根据风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号分别构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型和转速、功率、应变、振动频谱监测模型；采集风电机组的实时运行数据，将所述风电机组的实时运行数据分别与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型、转速、功率、应变、振动频谱监测模型进行对比，确定所述风电机组的当前运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取风电机组历史运行的传感器数据，所述传感器数据包括风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号；根据风速信号、转速信号、变桨角信号、功率信号、应变信号和振动信号分别构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型和转速、功率、应变、振动频谱监测模型；采集风电机组的实时运行数据，将所述风电机组的实时运行数据分别与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型、转速、功率、应变、振动频谱监测模型进行对比，确定所述风电机组的当前运行状态。2.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型还用于对气动阻尼进行监测，具体包括：利用实时采集风电机组的转速和风速，计算风电机组的叶尖速比；根据计算的风电机组的叶尖速比评估叶片失速状态；根据叶片失速状态系数和实时采集风速计算当前状态的气动阻尼；根据当前状态的气动阻尼与所述风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型中的标准气动阻尼进行对比，对风电机组的振动损伤进行评估。3.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述转速、功率、应变、振动频谱监测模型还用于调节机组载荷和功率，具体包括：步骤1：对风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行第一次频谱转化；步骤2：将第一次频谱转化的结果输入至转速、功率、应变、振动频谱监测模型，根据监测结果调整风轮中至少一个叶片的变桨角；步骤3：对调整后的风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行第二次频谱转化；步骤4：将第二次频谱转化的结果与第一次频谱转化的结果进行比较，如果频谱密度降低、功率增加，则转向步骤5，否则，转向步骤2；步骤5：继续调整风轮中至少一个叶片的变桨角；步骤6：对调整后的风电机组的转速、功率、应变和振动信号进行实时采集，并将采集到的转速、功率、应变和振动信号进行若干次频谱转化；步骤7：将若干次频谱转化的结果与第二次频谱转化的结果进行比较，如果频谱密度降低、功率增加，则转向步骤8，否则，转向步骤5；步骤8：监测结束。4.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述构建风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型，具体包括：利用最小二乘线性拟合法，将风电机组的转速、风速、变桨角、功率进行拟合，生成转速、风速、变桨角、功率相关的若干曲线；根据生成转速、风速、变桨角、功率相关的若干曲线建立风速、转速、变桨角、功率匹配性监测模型。5.根据权利要求1所述的风电机组运行状态监测方法，其特征在于，所述建构转速、功率、应变、振动频谱监测模型，具体包括：根据所述风电机组的转速信号、功率信号、应变信号和振动信号随时间的变化分别绘制出风电机组的转速时序图、功率时序图、应变时序图和振动时序图；将所述风电机组的转速时序图、功率时序图、应变时序图和振动时序图分别经过傅里叶变换后得到转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图；根据所述转速频谱图、功率频谱图、应变频谱图和振动频谱图建立转速、功率、应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，
申请(专利权)人：保定绿动风电设备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13