专利名称：风力发电机组的故障预警方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种适用于风力发电机组的故障预警方法。
背景技术：
随着石油、煤等非可再生资源的消耗和环保意识的提高，人们已越来越重视可再生能源的应用。其中，风能作为一种清洁的可再生能源，在全球节能减排工作中的地位日益重要，相应地，能够将风能转换为电能的风力发电机组也已得到越来越多的重视和发展。通常，风力发电机组都安装于野外，其工作环境往往比较恶劣，因而容易出现故障。为了能够及时发现风力发电机组的故障，以防止运行异常的风力发电机组产生发电效
率降低、原件损坏等问题，通常会对风力发电机组的运行状况进行监控。由于风力发电机组的温度情况往往能够反映风力发电机组的运行状况，因而在实际应用中经常采用监控风力发电机组温度的方法来监控风力发电机组的运行状况。请参阅图1，其中示出了一种常用的通过监控风力发电机组的温度来监控风力发电机组运行状况的方法。在该方法中，首先采集诸如变桨系统和/或变流器等被监测点的温度数据，而后将所采集的温度数据与预先设定的相关温度阈值进行比较，若所采集的温度数据大于预先设定的相关温度阈值，则报警以提示风力发电机组运行异常；否则，表示该风力发电机组运行正常，并结束本方法流程。尽管图I所示方法目前被广泛采用，但是在实际应用中其仍然不可避免地存在下述问题其一，由于对应于每一个被监测点仅设定了一个温度阈值，因而，图I所示方法只能基于被监测点当前的温度是否超出该温度阈值来判断出风力发电机组的运行状态是正常还是异常，也就是说，图I所示方法只能将风力发电机组的运行状态划分为正常和异常两种，而无法进行更精细地划分，从而图I所示方法的评估精确度较低。在这种情况下，由于当风力发电机组的运行状态趋近于异常状态时，通过图I所示方法仍然判断当前风力发电机组的运行状态是正常的，导致无法及时发现风力发电机组的故障，从而使趋近异常状态的风力发电机组长期在高温下工作，以致产生使用寿命缩短、发电效率降低等问题。此夕卜，由于通过图I所示方法无法评估风力发电机组是远远偏离正常运行状态还是稍稍偏离正常状态，导致若风力发电机组处于稍稍偏离正常状态而仍可保持正常运行时，则仍会报警，从而使得操作人员或自动控制系统基于该报警而进行停机操作以进行检修，造成人力及物力成本的浪费，并严重影响风力发电机组的发电效率。其二，由于对应于每一个被监测点仅设定了一个温度阈值，因而，当该温度阈值本身设置得有问题和/或采集的温度数据有误时，仍然凭借所采集的温度与温度阈值之间的比较结果而评判风力发电机组的运行状态往往会导致误判，从而造成误报或者漏报，并因此而影响对风力发电机组所实施的后续操作措施，例如，当风力发电机组原本运行正常而出现误报时，操作人员或者自动控制系统将会基于该报警而使风力发电机组停机以进行检修，这将造成人力及物力成本的浪费，并严重影响风力发电机组的发电效率。而且，在漏报的情况下，风力发电机组会长期工作在不正常的温度下并最终产生故障，这样，不仅会因缩短风机的使用寿命，而且还会因停机维修而严重影响风力发电机组的发电效率。

发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机组的故障预警方法，其评估风力发电机组的健康状态精确度和准确度较高。为此，本发明提供了风 力发电机组的故障预警方法，其包括下述步骤10)在采样周期内采集N次被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据；20)将所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据输入预先确定的温度模型，计算得到被监测点的温度预测值，并将所述温度预测值作为被监测点的理论温度值P ；30)基于理论温度值P和实际温度值R而得到二者的温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC，其中，DEV = P_DATA-R_DATAMSE =拉 g (P_DATA(i)-R _DATA(i)f
NNN
NY/-DATA(J)R J)A TA(J)DA ΤΑ{ γ^Η _DATA(i)SCC= —ν ηΝT1 Ν,=1 Ν
_l)ATA{iy -(S^p_l)ATA{i)Y_1)Α Α( γ -(S^R_ηΑΤΑ( )γ
V/=I/=1V /=1/=1N为采样周期的采样总次数，i为采样序号，i = 1，2，. . .，N ;40)基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而评估风力发电机组的健康状态。优选地，在所述步骤10)和20)之间还包括步骤15):将所采集的被监测点的实际温度R以及与温度相关的参数数据分别与对应的设定阈值进行比较，若前者超出后者所限定的正常范围，则报警并结束本方法流程；若前者未超出后者所限定的正常范围，则进入后续评估过程。其中，所述被监测点包括位于η个不同的变桨电机上的被监测点。其中，在步骤15)中，若前者未超出后者所限定的正常范围，则计算η个不同的变桨电机的被监测点的温度平均值Τ，并计算η个不同的变桨电机中两个变桨电机的平均温度差值 SUB，其中，SUB = TrTr, j ^ r, j = 1,2, . . . , n, r = 1,2, . . .，η ;而后将变桨电机的温度差值SUB与设定的阈值进行比较，若前者大于设定阈值，则报警并结束本方法流程，否则转到步骤20)。 其中，所述被监测点包括位于变流器上的被监测点。其中，在步骤15)中，若前者未超出后者所限定的正常范围，则转到步骤20)。其中，在步骤40)中，将所述温度均方差MSE、相关系数SCC以及温度偏差DEV分别与相应的阈值进行比较，并判断前者是否超出相应的阈值，而后基于预先划分的健康状态等级评估风力发电机组的健康状态。其中，在所述预先划分的健康状态等级中，相对于所述温度偏差DEV设置m个不同范围的阈值区间，以得到进一步细化后的健康状态等级，其中，m为自然数；在步骤40)中，判断温度偏差DEV所在的阈值区间，并统计各个阈值区间内温度偏差DEV的数量，而后基于进一步细化后的健康状态等级评估风力发电机组的健康状态。其中，这样获取所述进一步细化后的健康状态等级，S卩，相对于温度均方差MSE、相关系数SCC分别设置均方差阈值MS、相关系数阈值SS ;相对于温度偏差DEV设置3个温度偏差阈值，分别为1S、2S和3S，其中，IS < 2S < 3S，并由所述3个温度偏差阈值由小至大划分出4个阈值区间，分别为(-°o，lS]、(1S，2S]、(2S，3S]以及(3S，+°o);并且基于所述均方差阈值MS、相关系数阈值SS以及4个阈值区间而将风力发电机组的健康状态等级由优至差划分为下述9个等级等级I :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS，且所采集的N次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级2 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-I次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级3 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有2次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，且所述的2次数据的采集行为不连续，其余N-2次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级4 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余N-I次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级5 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有2次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，且所述的2次数据的采集行为连续，其余N-2次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级6 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有3次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-3次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级7 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有4次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-4次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]；等级8 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ；并且在所采集的N次数据中有2次或3次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余数据的温度偏差DEV处于阈值区间(_-,1S]；等级9 :温度均方差MSE高于均方差阈值MS、相关系数SCC高于相关系数阈值SS、在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(3S，+吣)，和/或所采集的N次数据中至少有4次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余数据的温度偏差DEV处于阈值区间(_⑴，1S]。其中，在所述步骤40)中，基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而确定风力发电机组的健康状态等级，并且当风力发电机组的健康状态等级处于等级I至等级3时，判定当前风力发电机组、的运行状态为正常，并结束本方法流程；当风力发电机组的健康状态等级处于等级4至等级6时，判定当前风力发电机组的运行状态为偏离正常或趋于异常，并发出警告；当风力发电机组的健康状态等级处于等级7至等级9时，判定当前风力发电机组的运行状态为异常，并发出警报。优选地，在所述步骤10)之后，存储所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据。其中，所述与温度相关的参数数据包括风力发电机组的功率、电压、电流、风速以及环1 温度。本发明具有如下有益效果本发明提供的风力发电机组的故障预警方法，其通过预先建立温度模型，可以基于在采样周期内所采集的N次被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据而获得所采集的被监测点的温度预测值，用以作为被监测点的温度理论值P ;而后，基于温度理论 值P与实际温度值R而得到二者的温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC，并基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而评估风力发电机组的健康状态。借助于上述故障预警方法，可以基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而设定多个不同的温度阈值，这不仅可以提高设置温度阈值的准确度，从而提高评估风力发电机组的健康状态的准确度，进而减少甚至避免警报的误报或者漏报的情况；而且，可以进一步细化风力发电机组的健康状态等级，从而提高评估风力发电机组的健康状态的精确度，进而降低人力及物力成本，提高风力发电机组的发电效率。


图I为常用的监控风力发电机组运行状况的方法的流程框图；图2为本发明提供的风力发电机组的故障预警方法的流程框图；以及图3为本发明提供的风力发电机组的变桨电机的故障预警方法的流程框图。
具体实施例方式为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的风力发电机组的故障预警方法进行详细说明。图2为本发明提供的风力发电机组的故障预警方法的流程框图。请参阅图2，风力发电机组的故障预警方法包括以下步骤步骤S10，在采样周期内采集N次被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据。其中，采样周期及采样次数可以根据实际情况设定，例如，可以将一个采样周期设定为2个小时，并且在2个小时内每10分钟采集I次风力发电机组的实际温度值R以及与温度相关的参数数据，共采集12次。在实际应用中，与温度相关的参数数据可以包括风力发电机组的功率、电压、电流、风速以及环境温度等与风力发电机组的温度有直接或间接关系的数据。步骤S20，将所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据输入预先确定的温度模型，计算得到被监测点的温度预测值，并将该温度预测值作为被监测点的理论温度值P。温度模型的建立方法具体为首先通过经验分析和数据挖掘而获得与影响风力发电机组的温度相关的变量；然后，利用所采集的风力发电机组正常运行时与变量相关的历史数据，采用人工智能的建模方法建立温度模型。借助温度模型，可以基于所采集的被监测点的与温度相关的参数数据而获得被监测点的温度预测值，并将其作为理论温度值P。步骤S30，基于理论温度值P和实际温度值R而得到二者的温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC，其中，DEV = P_DATA-R_DATA
权利要求
1.一种风力发电机组的故障预警方法，其特征在于包括下述步骤 10)在采样周期内采集N次被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据； 20)将所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据输入预先确定的温度模型，计算得到被监测点的温度预测值，并将所述温度预测值作为被监测点的理论温度值P ; 30)基于理论温度值P和实际温度值R而得到二者的温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC，其中，
2.根据权利要求I所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在所述步骤10)和20)之间还包括步骤15):将所采集的被监测点的实际温度R以及与温度相关的参数数据分别与对应的设定阈值进行比较，若前者超出后者所限定的正常范围，则报警并结束本方法流程；若前者未超出后者所限定的正常范围，则进入后续评估过程。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，所述被监测点包括位于η个不同的变桨电机上的被监测点。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在步骤15)中，若前者未超出后者所限定的正常范围，则计算η个不同的变桨电机的被监测点的温度平均值Τ，并计算η个不同的变桨电机中两个变桨电机的平均温度差值SUB，其中，SUB = TrTr,j ^ r, j = l，2，...，n，r = 1，2，···，η; 而后将变桨电机的温度差值SUB与设定的阈值进行比较，若前者大于设定阈值，则报警并结束本方法流程，否则转到步骤20)。
5.根据权利要求2所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，所述被监测点包括位于变流器上的被监测点。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在步骤15)中，若前者未超出后者所限定的正常范围，则转到步骤20)。
7.根据权利要求I所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在步骤40)中，将所述温度均方差MSE、相关系数SCC以及温度偏差DEV分别与相应的阈值进行比较，并判断前者是否超出相应的阈值，而后基于预先划分的健康状态等级评估风力发电机组的健康状态。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在所述预先划分的健康状态等级中，相对于所述温度偏差DEV设置m个不同范围的阈值区间，以得到进一步细化后的健康状态等级，其中，m为自然数； 在步骤40)中，判断温度偏差DEV所在的阈值区间，并统计各个阈值区间内温度偏差DEV的数量，而后基于进一步细化后的健康状态等级评估风力发电机组的健康状态。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，这样获取所述进一步细化后的健康状态等级，即，相对于温度均方差MSE、相关系数SCC分别设置均方差阈值MS、相关系数阈值SS ;相对于温度偏差DEV设置3个温度偏差阈值，分别为1S、2S和3S，其中，IS < 2S < 3S，并由所述3个温度偏差阈值由小至大划分出4个阈值区间，分别为(-°o，lS]、(1S，2S]、(2S，3S]以及(3S，+°o);并且基于所述均方差阈值MS、相关系数阈值SS以及4个阈值区间而将风力发电机组的健康状态等级由优至差划分为下述9个等级 等级I :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS，且所采集的N次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(-m，lS]； 等级2 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-I次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_°o，lS]； 等级3 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有2次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，且所述的2次数据的采集行为不连续，其余N-2次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_-,IS]； 等级4 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余N-I次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_°o，lS]； 等级5 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS,相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有2次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，且所述的2次数据的采集行为连续，其余N-2次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_-,IS]； 等级6 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有3次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-3次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_°o，lS]； 等级7 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有4次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(1S，2S]，其余N-4次数据的温度偏差DEV均处于阈值区间(_°o，lS]； 等级8 :温度均方差MSE低于均方差阈值MS，相关系数SCC低于相关系数阈值SS ;并且在所采集的N次数据中有2次或3次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余数据的温度偏差DEV处于阈值区间(_ -,IS]； 等级9 :温度均方差MSE高于均方差阈值MS、相关系数SCC高于相关系数阈值SS、在所采集的N次数据中有I次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(3S，+⑴)，和/或所采集的N次数据中至少有4次数据的温度偏差DEV处于阈值区间(2S，3S]，其余数据的温度偏差DEV处于阈值区间(-m，is]。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在所述步骤40)中，基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而确定风力发电机组的健康状态等级，并且当风力发电机组的健康状态等级处于等级I至等级3时，判定当前风力发电机组的运行状态为正常，并结束本方法流程；当风力发电机组的健康状态等级处于等级4至等级6时，判定当前风力发电机组的运行状态为偏离正常或趋于异常，并发出警告；当风力发电机组的健康状态等级处于等级7至等级9时，判定当前风力发电机组的运行状态为异常，并发出警报。
11.根据权利要求I所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，在所述步骤10)之后，存储所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的风力发电机组的故障预警方法，其特征在于，所述与温度相关的参数数据包括风力发电机组的功率、电压、电流、风速以及环境温度。
全文摘要
本发明提供了一种风力发电机组的故障预警方法，其包括下述步骤10)在采样周期内采集N次被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据；20)将所采集的被监测点的实际温度值R以及与温度相关的参数数据输入预先确定的温度模型，计算得到被监测点的温度预测值，并将所述温度预测值作为被监测点的理论温度值P；30)基于理论温度值P和实际温度值R而得到二者的温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC；40)基于温度偏差DEV、温度均方差MSE以及相关系数SCC而评估风力发电机组的健康状态。借助上述故障预警方法，可以提高评估风力发电机组的健康状态的精确度和准确度。
文档编号G01R31/34GK102721924SQ20121021391
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者王金祥, 银磊 申请人:新疆金风科技股份有限公司