[發明專利]一種基于軸變換粗細度分類的風機葉片結冰故障監測方法

有效

• 申請號: 201910496740.1
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110273818B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 趙春暉;荊華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03D80/40
• 分類號: F03D80/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發明公開了一種基于軸變換粗細度分類的風機葉片結冰故障監測方法。本發明方法創新的將SCADA系統中的風速變量作為參考進行離散化，并以風速作為節點進行劃數據片的操作，提出了“風速片”的概念，將大量的SCADA數據細化為不同的風速下的情況，從而有效地解決了風電數據量過大難以有效的對故障進行建模并進行及時的監測反饋的問題，有助于風場維護人員對葉片結冰的情況進行及時的診斷以及處理，從而保障了風力發電機組正常穩定的運行，同時提升了人員財產的安全保障系數。

技術領域

本發明屬于風力發電過程監測領域，特別是涉及一種基于軸變換粗細度分類的風機葉片結冰故障監測方法。

背景技術

自21世紀以來，全球人口、經濟持續增長，世界能源需求增長強勁，油氣資源競爭激烈，生態環境壓力變大，全球氣候變化備受關注。能源領域具有投資大、周期長、關聯多、慣性強的發展規律。

未來二三十年，將是能源生產消費方式和能源結構調整變革的關鍵時期。風力和太陽能等可再生能源將快速增長，從而形成天然氣、石油、煤炭、核能、可再生能源為五大支柱的能源新格局。其中，風能作為一種由空氣流動所產生的能量，在我國有著廣闊的開發前景。目前，根據國際上對風能資源技術開發量的評價指標，考慮了自然因素和政策因素的限制后，我國陸地70m高度層年平均風功率密度達到300W/m²以上的風能資源技術可開發量為2.6TW，70m高度層年平均風功率密度達到200W/m²以上的風能資源技術可開發量為3.6TW。不僅陸地，海上風能也有極大的開發潛力，我國沿海水深不超過50M的海上風力發電實際可裝機容量約為500GW。在如此大的發展背景下，風機的裝機量保持了每年10％—16％的增長率。風機的快速發展導致了故障的發生數量也大量增加，但由于風機的發電原理以及設計等原因，導致其都處于一種低溫高風速的運行環境中，這也就使得風機極易出現一些利用普通手段難以監測的細微故障，這些故障的發生往往會導致風力發電機無法達到額定的工作點，例如風機葉片結冰，葉片結冰會導致風機產生無法并網的電能，造成了資源的浪費甚至對電網的穩定運行造成干擾，更有甚者，結冰程度較為嚴重時會導致冰塊脫落，這往往會威脅到風場人員財產，同時因為風機的發電結構較為精細，因而需要較多的測點，從而導致了數據量的劇增，對此類故障的分析以及監測造成了負面影響。

綜上所述，風力發電產業是一個發展極為迅速的新型產業，其工作環境復雜多變，并且由于其需要并入電網運行，因而對發電機運行的穩定性要求較高，并且需要及時的人員維護。由此可知，風力發電過程發生故障的機率較高，若不及時檢測并排除故障就會導致風場無法正常運行，隨之而來的就是一大筆資金使得工程重新正常運行。例如：2016年2月16日和2月20日，大唐河北烏登山風場和山西偏關水泉風場接連發生風機倒塔，造成設備損壞的事件。河北烏登山風場110號風機倒塔事故的直接原因是葉片質量出現問題，在運行中開裂，氣流不平穩而引起風機的劇烈搖晃，山西偏關水泉風場項目14號風機倒塔事故的直接原因則是風機振動值嚴重超標，造成法蘭疲勞開裂導致的風機倒塔。

針對風機的數據量大，數據特性不穩定導致的工況特征難以確定的情況，還未能有前人做出有效的處理，現階段的風機葉片結冰等故障的監測主要依靠人工觀察，或是通過二維的數據，即觀察功率在對應的風速點是否達標從而判斷是否結冰等其他故障，但這樣往往忽略了其他變量數據帶來的有效信息，從而難以有效的及時監測到風機的初期故障。

發明內容

本發明的目的在于利用風速作為主要關注變量，并通過不同風速將風電數據劃分為不同工況，詳細的劃分了風力發電機組在不同風速下的數據特性，然后根據得到的不同的數據特性，建立不同工況下的監測模型，提高了風電數據利用效率，并提供了一種基于軸變換粗細度分類的風機葉片結冰故障監測方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種基于軸變換粗細度分類的風機葉片結冰故障監測方法，該方法包括以下步驟：

(1)離線建立監測模型，該步驟主要由以下子步驟實現：