[發明專利]一種基于功能年齡的風力發電機齒輪箱風險評估方法

在審

• 申請號: 202310356069.7
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116362090A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 梁定康;楊穎琪;韓肖清;李廷鈞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/18;G06Q10/0635;G06Q50/06;G06F113/04;G06F119/14;G06F119/12;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 侯小幸

本發明公開了一種基于功能年齡的風力發電機齒輪箱風險評估方法，涉及風電設備機械磨損和風電可靠性評估領域。運用機械學的磨損特征表征功能年齡，基于核密度估計法建立了以運行時間和磨損度為自變量的二維風險評估模型。在構建概率密度函數過程中，將核密度估計法和近似方法P相結合，得到擬合度更高的二維評估模型，提升了風險評估的準確度。本發明構建的風險評估模型具有實用價值，此模型不僅可以計算齒輪箱在評估時間內發生故障的概率，還可以分析齒輪箱達到某一給定磨損值的概率。拓展了風險評估模型的應用范圍。在此基礎上，本發明還提出了評估時間分段的評估模型此模型細化了齒輪箱風險評估的場景，降低了風險評估結果的誤差。

技術領域

本發明涉及風電設備機械磨損和風電可靠性評估領域，具體為一種基于功能年齡的風力發電機齒輪箱風險評估方法。

背景技術

齒輪箱作為風力發電機的重要組成部分，是最容易發生故障的部件之一。齒輪箱故障對風電機組的安全運行產生不利影響。因此，有必要對風力發電機組的齒輪箱進行故障風險評估。

傳統故障風險評估方法基于實際年齡評估故障概率。在評估海上風電機組可靠性時，可通過建立風電機組零件的時變故障概率模型，計算極端天氣下各零件的故障率。或者可以通過建立威布爾分布的評估模型，計算風力發電機各組件實際年齡達到某一定值時的故障概率。也可以通過建立風電場的故障評估模型，利用風電機組的故障概率估計其平均壽命和平均故障時間。由上述分析可知，設備的故障風險主要與三個因素有關：概率密度函數、設備年齡和風險的評估時間。一般來說，概率密度函數是相同的。由此可知，年齡相同的齒輪箱在相同的評估時間內發生故障的概率完全一致，可看出風險評估結果與實際運行結果不符。因此，傳統模型無法體現獨立風機齒輪箱在不同運行環境下故障概率的差異，導致風險評估結果不準確。

因此為了提升風險評估的準確性，需要改進現有的風力發電機齒輪箱風險評估方法。

發明內容

本發明為了解決傳統模型無法體現獨立風機齒輪箱在不同運行環境下故障概率的差異，導致風險評估結果不準確的問題，提供了一種基于功能年齡的風力發電機齒輪箱風險評估方法。

本發明引入功能年齡的概念。功能年齡描述了設備完成正常功能的能力，主要應用于壽命評估和故障評估，例如評估PCB中的嵌入式元件在高熱濕度環境下的功能參數，通過功能參數選擇壽命更高的元件。在分析IGBT模塊的外部參數和與功率循環數之間的關系，并由此建立老化程度模型，評估IGBT模塊的剩余壽命。或者建立服從威布爾分布的變壓器老化失效模型，通過狀態監測設備記錄反映變壓器磨損度的指標，利用其表征功能年齡，計算變壓器老化失效概率。也可以利用斷路器的磨損值建立功能年齡表達式，將功能年齡帶入故障概率模型，評估配電網可靠性。對于齒輪箱而言，磨損度可以表征功能年齡。若齒輪箱在風速波動較大的環境中運行，磨損度較高，對應的功能年齡較大，齒輪箱發生故障的概率較高。反之，齒輪箱的故障概率較小。本質上，功能年齡決定了風險評估時間內齒輪箱發生故障的概率。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種基于功能年齡的風力發電機齒輪箱風險評估方法，包括如下步驟：

S1：建立齒輪箱的力學分析模型，計算磨損度，并利用其表征齒輪箱的功能年齡；具體過程如下：

分析齒輪箱故障概率，主要研究齒輪箱功能年齡的表征方法以及故障概率的評估方法。磨損是導致齒輪箱故障的主要原因。每一個齒輪箱由于運行工況的不同，磨損程度是不同的。但是，根據Palmgren-Miner累積理論可知：齒輪箱磨損的故障臨界值是相同的。也就是說，當磨損程度超出臨界值時，齒輪箱發生故障。將齒輪箱的實際磨損值與故障臨界值之間的差值定義為磨損裕度。這意味著，齒輪箱的磨損裕度越大，其當前磨損程度較低，仍有較長的服役壽命。因此，用磨損裕度表征功能年齡。