用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的檢測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 故障檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，以葉片為例，葉片是捕獲風(fēng)能的最重要部件，葉片狀態(tài)的好壞 直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量狀況，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片出現(xiàn)故障時(shí)如果能夠及時(shí) 得到預(yù)測和預(yù)警，這樣便能最大限度地保證機(jī)組的發(fā)電情況，以及避免出現(xiàn)因葉片故障未 及時(shí)處理而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組出現(xiàn)重大事故。
[0003] 目前，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測主要通過人工對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各組件進(jìn)行機(jī) 械性能測試以及對環(huán)境因素進(jìn)行測試，根據(jù)各組件機(jī)械性能的測試結(jié)果以及環(huán)境因素的測 試結(jié)果綜合確定，無法實(shí)現(xiàn)自動檢測，檢測效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法及裝置，可以對風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組的故障進(jìn)行智能檢測，安全高效。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法，所述 方法包括:根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第一組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際 風(fēng)能利用系數(shù)序列;根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第二組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的理論風(fēng)能利用系數(shù)序列；當(dāng)所述實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列相對于所述理論風(fēng)能利用系數(shù) 序列的變化率大于變化率閾值時(shí)，確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障。
[0006] 進(jìn)一步的，所述第一組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)包括所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率、外部風(fēng) 速和外部空氣密度；
[0007] 根據(jù)Cp = P/0.53iR2pv3計(jì)算所述風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)Cp，其中，P為所述風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，R為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪半徑，P為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部 空氣密度，V為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部風(fēng)速，所述實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列包含至少一個(gè)實(shí) 際風(fēng)能利用系數(shù)Cp。
[0008] 進(jìn)一步的，所述第二組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)包括所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角、葉片旋轉(zhuǎn) 角速度和外部風(fēng)速；
[0009] 根據(jù)
計(jì)算所述風(fēng) 電機(jī)組的理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp' ；
[0010] 或者，根據(jù)
計(jì)算所述風(fēng)電機(jī)組的 理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp，
toon]或者，根據(jù)
計(jì)算所述風(fēng)電機(jī)組的 理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp'，其中
；
[0012]上述各公式中，β為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角，λ= coR/ν,ω為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的葉片旋轉(zhuǎn)角速度，R為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪半徑，V為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部風(fēng) 速;所述理論風(fēng)能利用系數(shù)序列包括至少一個(gè)理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp '。
[0013] 進(jìn)一步的，所述方法在所述確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障步驟之后還包括:根 據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第三組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)和故障模型，對所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障 診斷并預(yù)警。
[0014] 進(jìn)一步的，所述第三組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)至少包括如下數(shù)據(jù)之一:所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的輸出功率、外部風(fēng)速、外部空氣密度、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角、葉片旋轉(zhuǎn)角速度、葉片 表面特性數(shù)據(jù)、葉片氣動性能數(shù)據(jù)、葉片振動頻率和葉片載荷。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測裝置， 所述裝置包括:實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列確定單元，用于根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第一組運(yùn) 行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列；理論風(fēng)能利用系數(shù)序列確 定單元，用于根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第二組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理 論風(fēng)能利用系數(shù)序列；以及，故障確定單元，用于當(dāng)所述實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列相對于所述 理論風(fēng)能利用系數(shù)序列的變化率大于變化率閾值時(shí)，確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障。
[0016] 進(jìn)一步的，所述第一組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)包括所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率、外部風(fēng) 速和外部空氣密度；
[0017] 所述實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列確定單元用于根據(jù):Cp = P/0.5JIRW計(jì)算所述風(fēng)電機(jī) 組的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)Cp，其中，P為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率，R為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的葉輪半徑，P為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部空氣密度，V為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部風(fēng)速速， 所述實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列包含至少一個(gè)實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)Cp。
[0018] 進(jìn)一步的，所述第二組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)包括所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角、葉片旋轉(zhuǎn) 角速度和外部風(fēng)速，所述理論風(fēng)能利用系數(shù)序列確定單元用于：
[0019]根據(jù)
：十算所述風(fēng)電 機(jī)組的理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp' ；
[0020] 或者，根據(jù)
計(jì)算所述風(fēng)電機(jī)組的 理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp'，其中
[0021] 或者，根據(jù)
計(jì)算所述風(fēng)電機(jī)組的 理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp'，其中
[0022]上述各公式中，β為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角，λ= coR/ν,ω為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組的葉片旋轉(zhuǎn)角速度，R為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪半徑，v為所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部風(fēng) 速;所述理論風(fēng)能利用系數(shù)序列包括至少一個(gè)理論風(fēng)能利用系數(shù)Cp '。
[0023]進(jìn)一步的，所述裝置還包括:與所述故障確定單元連接的故障診斷單元，用于根據(jù) 所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第三組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)和故障模型，對所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障診 斷并預(yù)警，所述第三組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)至少包括如下數(shù)據(jù)之一:所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功 率、外部風(fēng)速、外部空氣密度、所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角、葉片旋轉(zhuǎn)角速度、葉片表面特性 數(shù)據(jù)、葉片氣動性能數(shù)據(jù)、葉片振動頻率和葉片載荷。
[0024]進(jìn)一步的，所述用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測裝置集成在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主 控制器或者主控PLC中。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例提供的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法及裝置，相對于人工對風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組的各組件進(jìn)行機(jī)械性能測試以及環(huán)境因素測試的方式，分別根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的不同運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列和理論風(fēng)能利用系數(shù)序列，當(dāng)實(shí)際風(fēng)能 利用系數(shù)序列相對于理論風(fēng)能利用系數(shù)序列的變化率大于變化率閾值時(shí)，自動確定風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組故障，可以對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障進(jìn)行智能檢測，節(jié)省大量的人力物力和財(cái)力的投 入，保證了時(shí)效性，安全高效。
【附圖說明】
[0026] 圖1是示出本發(fā)明示例性實(shí)施例一的一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法流程 圖；
[0027] 圖2是示出本發(fā)明示例性實(shí)施例三的一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測裝置結(jié)構(gòu) 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法及裝 置進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的各個(gè)部件以及子系統(tǒng)之間存在相互聯(lián)系的復(fù)雜系統(tǒng)，通過風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA) 以及安裝在各個(gè)部件上的傳感器所采集到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)中必然會包含 著風(fēng)電機(jī)組各個(gè)部件及子系統(tǒng)之間的關(guān)系。
[0030]本實(shí)施例可以在選定風(fēng)場以隨機(jī)抽樣的方式選取一定數(shù)量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并在 選定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上通過專門的傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)，其中采集的數(shù)據(jù)包括 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)。運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括但不限于:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出 功率、葉片旋轉(zhuǎn)角速度、葉片槳距角、葉片表面特性數(shù)據(jù)、葉片氣動性能數(shù)據(jù)、葉片振動頻率 和/或葉片載荷等;環(huán)境數(shù)據(jù)包括但不限于:空氣密度和/或風(fēng)速等。
[0031 ] 實(shí)施例一
[0032]圖1是示出本發(fā)明示例性實(shí)施例一的一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法流程 圖。
[0033] 參照圖1，一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障檢測方法，包括S110、S120和S130。
[0034]在S110,根據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第一組運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)序列。
[0035] 在本實(shí)施例中，可以通過包括但不限于以下的傳感器獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行/ 環(huán)境數(shù)據(jù)。例如:在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片中使用測量載荷、振動、角速度以及槳距角等葉片參 數(shù)的應(yīng)變片;在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片中單獨(dú)安裝振動傳感器、載荷傳感器、槳距角傳感器或者 葉片角速度傳感器;在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片中同時(shí)安裝振動傳感器、載荷傳感器、槳距角傳感 器以及角速度傳感器等。
[0036] 運(yùn)行/環(huán)境數(shù)據(jù)從傳感器或者數(shù)據(jù)采集設(shè)備向控制器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸方式可以包 括但不限于:通過光纖進(jìn)行傳輸、通過電纜進(jìn)行傳輸、通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸和/或在數(shù)據(jù)傳 輸過程中采用TCP協(xié)議等。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，可以傳輸模擬信號也可以傳輸數(shù)字信號。 [00 37] 在本實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可編程邏輯控制器（Programma