[發(fā)明專利]基于溫度參數(shù)預(yù)測的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量評價方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811413999.7
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109583075B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王憲;趙前程
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N20/20;G06F17/18;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);王娟

本發(fā)明公開了一種基于溫度參數(shù)預(yù)測的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量評價方法，建立以風(fēng)力機(jī)輪轂轉(zhuǎn)速、外界風(fēng)速、環(huán)境溫度、輸出有功功率、葉片變槳角度為外部輸入變量，主軸承溫度、機(jī)艙溫度、輪轂溫度為自回歸預(yù)測變量的溫度參數(shù)時間序列預(yù)測模型；通過有放回的均勻隨機(jī)抽樣獲取5個訓(xùn)練樣本子集，獨(dú)立訓(xùn)練5個溫度參數(shù)時間序列預(yù)測模型；采用預(yù)測結(jié)果取均值的方式對5個模型進(jìn)行集成，建立溫度參數(shù)集成預(yù)測模型；依據(jù)集成預(yù)測模型的溫度參數(shù)預(yù)測誤差計(jì)算風(fēng)力機(jī)溫度體征服役質(zhì)量指標(biāo)并對風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時評價。本發(fā)明可為永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)在惡劣工作環(huán)境下的科學(xué)維護(hù)與高效運(yùn)行提供關(guān)鍵的技術(shù)保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與評估技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于溫度參數(shù)預(yù)測的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量評價方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為目前技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模化開發(fā)條件的綠色能源利用技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵裝備—風(fēng)力機(jī)是一個及其復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，通常坐落于偏僻的、交通不便的、環(huán)境惡劣的遠(yuǎn)郊地區(qū)以及沿海或近海區(qū)域，冰凍、低氣壓、沙塵、雷擊等惡劣的自然環(huán)境導(dǎo)致日常運(yùn)行狀態(tài)檢測困難，維護(hù)成本昂貴。發(fā)展風(fēng)力機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與評估技術(shù)，掌握風(fēng)力機(jī)健康狀態(tài)及發(fā)展趨勢，對于優(yōu)化機(jī)組維修計(jì)劃，節(jié)約運(yùn)維成本支出，避免惡性安全和生產(chǎn)事故發(fā)生，提升風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的競爭力具有重要的意義。

安裝數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCAD)系統(tǒng)是目前風(fēng)電場普遍采用的監(jiān)測風(fēng)力機(jī)實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)的措施，希望籍此達(dá)到提高風(fēng)電場運(yùn)行安全與經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。該系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)眾多,包括溫度、風(fēng)速、振動、電壓、電流、偏航角、電機(jī)控制等，由于無需在機(jī)組中安裝額外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)廠商和風(fēng)電場業(yè)主等都希望通過分析SCADA系統(tǒng)采集到的數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)健康狀態(tài)評估。

近年，國內(nèi)外專家在利用SCAD系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的風(fēng)力機(jī)故障預(yù)測和狀態(tài)評估領(lǐng)域開展了大量工作。華北電力大學(xué)郭鵬等采用非線性狀態(tài)估計(jì)技術(shù)作為建模方法，在對風(fēng)電機(jī)組塔架振動特性及其影響因素進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，建立了塔架振動模型，為后續(xù)擬開展的風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測和早期故障診斷打下了良好的基礎(chǔ)；愛荷華大學(xué)Kusiak等人通過分析SCADA數(shù)據(jù)，挖掘出了與風(fēng)電機(jī)組軸承、電機(jī)等關(guān)鍵零部件故障相關(guān)的信息，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型用于揭示主軸和塔架的振動與風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行參量間的關(guān)聯(lián)特性。北京交通大學(xué)王瑋等建立了基于SCAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)的風(fēng)力機(jī)變槳系統(tǒng)參數(shù)回歸模型，并據(jù)此提出了基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)劣化狀態(tài)在線辨識方法。與電氣、振動等信號相比、溫度信號是一種更為穩(wěn)定的狀態(tài)信號，已有學(xué)者嘗試探索基于SCAD系統(tǒng)溫度信號預(yù)測模型的風(fēng)力機(jī)短期可靠性評估方法，但這些研究沒有考慮對風(fēng)力機(jī)較長時間尺度的歷史狀態(tài)對溫度參數(shù)變化的影響，溫度參數(shù)預(yù)測模型的精度和風(fēng)力機(jī)狀態(tài)評價的準(zhǔn)確性無法保障。

上述卓有成效的工作均在一定程度上推進(jìn)了發(fā)展風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與評估技術(shù)水平，但大多關(guān)注風(fēng)力機(jī)的某一部件或運(yùn)行狀態(tài)下某一較短的時間段內(nèi)狀態(tài)評估及故障預(yù)警，不能滿足關(guān)注工程實(shí)際對風(fēng)力機(jī)全服役周期(包含運(yùn)行狀態(tài)與停機(jī)狀態(tài))內(nèi)整體狀態(tài)評估的技術(shù)需求；這些研究的具體對象通常為雙饋型風(fēng)力機(jī)，對于同樣廣泛應(yīng)用的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)涉及較少；還基本停留在理論研究階段，與實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。現(xiàn)有技術(shù)無法為風(fēng)力機(jī)，尤其是永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)在惡劣工作環(huán)境下的科學(xué)維護(hù)與高效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于溫度參數(shù)預(yù)測的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量評價方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)服役期全工況的動態(tài)健康狀態(tài)實(shí)時評估，為永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)在惡劣工作環(huán)境下的科學(xué)維護(hù)與高效運(yùn)行提供關(guān)鍵的技術(shù)保障。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于溫度參數(shù)預(yù)測的永磁直驅(qū)風(fēng)力機(jī)服役質(zhì)量評價方法，包括以下步驟：

1)建立溫度參數(shù)時間序列預(yù)測模型：建立以風(fēng)力機(jī)輪轂轉(zhuǎn)速、外界風(fēng)速、環(huán)境溫度、輸出有功功率、葉片變槳角度為外部輸入變量，主軸承溫度、機(jī)艙溫度、輪轂溫度為自回歸預(yù)測變量的溫度參數(shù)時間序列預(yù)測模型。