CN107575346B - 一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法和装置，方法包括步骤：在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡。本发明所提供的技术方案，判断叶片变桨驱动电机的扭矩是否不平衡不需要获取大量的数据，算法比较简单，而且能够检测由于安装角度校核偏差引起的气动不平衡。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法和装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求也在迅猛增长。然而受限于碳排放等环境因素，以及存储量的日益消耗，作为不可再生能源的化石能源的使用受到一定程度的限制，所以人们正在积极的寻找其它清洁无污染的可再生能源，以替代传统的化石能源。
风能、太阳能等清洁能源，越来越受到人们的重视，尤其是风能，由于国家政策的大力支持，近几年风电机组的国产化程度逐渐提高。随着风电产业的发展，越来越多的风场建设在地形比较复杂的山区，复杂地形风场的湍流强度也相对较大，如果在湍流大的区域风轮气动不平衡，将急剧增加风力发电机组的疲劳载荷。
对于变速变桨机组而言，叶片安装角度的标定都会存在一定的测量误差，并且在变桨过程中各个叶片角度并不能保持完全同步，如果各叶片角度之间偏差大或者某个叶片发生破损，将导致各叶片受力不同，从而导致整个风轮气动不平衡，使整机载荷增加，影响机组寿命及运行安全。并且由于叶片没有同时保持在最佳气动位置，风力发电机组的发电效率也会降低。
常用的风轮不平衡检测方法是通过分析机舱的振动信号来判断是否存在不平衡，或者如申请公布号为CN102435394A的中国专利所公开的一种风力发电机组叶片气动不平衡检测方法及其装置，采用叶片在地面的成像判断风力是否平衡；但是这些方法需要对机组的历史数据进行分析对比，数据量大，计算复杂，并且无法检测由于安装角度校核偏差引起的气动不平衡。而且由于风况随机变化的原因，很难选取可靠的同类工况进行对比分析。
发明内容
本发明提供一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法和装置，用于解决现有技术中风力发电机组的风轮气动不平衡检测时算法复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，包括如下步骤：
(1)在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；
(2)根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；所述第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；
(3)当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡。
本发明所提供的技术方案，首先根据在第二设定时间各叶片变桨驱动电机扭矩的方差确定出受力异常的叶片，然后根据受力异常叶片扭矩与所有叶片平均扭矩之间的差值，判断出叶片变桨驱动电机的扭矩是否不平衡，判断过程中不需要获取大量的数据，算法比较简单，而且能够检测由于安装角度校核偏差引起的气动不平衡。
进一步的，判断叶片受力是否异常的步骤包括：
计算各叶片变桨驱动电机在第二设定时间段内的所有第一时间段扭矩值的方差；
判断在第二设定时间段内的所有第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片是否为同一叶片，扭矩值方差最小值所对应的叶片是否为同一叶片；
如果所述第二设定时间段内的各第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片为同一叶片，或者扭矩值方差最小值所对应的叶片为同一叶片，则判断在第二设定时间段内的所有第一设定时间段中，各叶片变桨驱动电机扭矩方差平均值中最大值与最小值之间的偏差是否满足第一设定条件；如果满足，则判断为这两个叶片受力异常。
进一步的，所述第一设定条件为
TorStd_max为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最大值，TorStd_min为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最小值；TorStdErr_Lim为第一设定值，在1.1～1.15之间取值。
进一步的，判断风机风轮是否受力不平衡的步骤包括：
判断在第二设定时间段内，各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值与平均值之间的偏差是否满足第二设定条件；如果不满足，则判断为风机风轮受力不平衡。
进一步的，所述第二设定条件为
其中Tor_mean_max为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值；Tor_mean_min为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最小值，AllTor_mean为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的平均值，TorMeanErr_Lim为第二设定值，在0.1～0.15之间取值。
一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，包括处理器，处理器连接有用于采集各叶片变桨驱动电机扭矩值的装置；所述处理器用于：
在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；
根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；所述第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；
当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡。
进一步的，判断受力异常叶片的步骤包括：
计算各叶片变桨驱动电机在第二设定时间段内的所有第一时间段扭矩值的方差；
判断在第二设定时间段内的所有第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片是否为同一叶片，扭矩值方差最小值所对应的叶片是否为同一叶片；
如果所述第二设定时间段内的各第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片为同一叶片，或者扭矩值方差最小值所对应的叶片为同一叶片，则判断在第二设定时间段内的所有第一设定时间段中，各叶片变桨驱动电机扭矩方差平均值中最大值与最小值之间的偏差是否满足第一设定条件；如果满足，则判断为这两个叶片受力异常。
进一步的，所述第一设定条件为
TorStd_max为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最大值，TorStd_min为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最小值；TorStdErr_Lim为第一设定值，在1.1～1.15之间取值。
进一步的，判断风机风轮是否受力不平衡的步骤包括：
判断在第二设定时间段内，各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值与平均值之间的偏差是否满足第二设定条件；如果不满足，则判断为风机风轮受力不平衡。
进一步的，所述第二设定条件为
其中Tor_mean_max为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值；Tor_mean_min为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最小值，AllTor_mean为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的平均值，TorMeanErr_Lim为第二设定值，在0.1～0.15之间取值。
附图说明
图1为实施例中风力发电机组风轮气动不平衡检测装置检测方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法和装置，用于解决现有技术中风力发电机组的风轮气动不平衡检测时算法复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，包括如下步骤：
(1)在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；
(2)根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；所述第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；
(3)当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本实施例提供一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，包括处理器，处理器上连接有扭矩传感器，扭矩传感器用于采集各叶片变桨电机的扭矩并发送给处理器，处理器根据扭矩传感器采集到的数据对风力发电机组风轮气动不平衡进行判断，判断方法的流程如图1所示，步骤如下：
(1)将第二设定时间段T划分为多个连续的第一设定时间段t，在每个第一设定时间段，每隔设定的时间间隔采集一次，在第一设定时间段t内采集n次各叶片变桨电机的扭矩值；
本实施例中，时间T为30min，第一设定时间段t的取值范围为20s～40s；
(2)计算各第一设定时间段t内，叶片1、叶片2和叶片3所对应变桨电机扭矩值的方差B1TorStdt、B2TorStdt、B3TorStdt；判断在第二设定时间段T内各第一设定时间段t中，扭矩值方差最大值所对应的叶片是否为同一叶片，以及扭矩值方差最小值所对应的叶片是否为同一叶片；
(3)判断处受力异常的叶片；
如果在第二设定时间段T中，有些第一时间段t内扭矩值方差最大值所对应的叶片为叶片1，有些第一时间段t内扭矩值方差最大值所对应的叶片不是叶片1；或者有些第一时间段t内扭矩值方差最小值对应的叶片为叶片1，有些第一时间段t内扭矩值方差最小值所对应的叶片不是叶片1，就判断为各叶片没有出现受力异常，其它叶片也采用类似的判断方法；
如果在第二设定时间段T内各第一设定时间段t中，扭矩值方差最大值所对应的叶片均为叶片1，或者扭矩值方差最小值所对应的叶片均为叶片1，那么先计算第二设定时间段T中，各第一设定时间段t内叶片1、叶片2和叶片3所对应变桨驱动电机扭矩值方差的平均值AveT(B1TorStdt)、AveT(B2TorStdt)和AveT(B3TorStdt)，设这三个数值中最大值为TorStd_max，最小值为TorStd_min，然后判断TorStd_min和TorStd_min是否满足关系式
其中TorStdErr_Lim为第一设定阈值，取值范围为1.1～1.15；
如果不满足，则判断为各叶片没有出现受力异常；如果满足，则判断为风机的三个叶片受力异常；
(3)当判断叶片受力异常后，计算叶片1、叶片2和叶片3所对应的变桨电机扭矩分别在第二设定时间段T中的平均值AveT(B1Tor)、AveT(B2Tor)和AveT(B3Tor)，设这三个数值的最大值为Tor_mean_max，最小值为Tor_mean_min，平均值为AllTor_mean，判断是否满足如下关系式：
其中TorMeanErr_Lim为第二设定阈值，其取值范围为0.1～0.15；
如果不满足上述关系式，则可判断为风机风轮受力不平衡。
本实施例中，第一设定时间段t的取值范围为20s～40s；作为其他实施方式，第一设定时间段t的取值范围可根据实际的需求设定。
本实施例中，第二设定时间段T为30min；作为其他实施方式，第一设定时间段T可以为40min或45min等其他时间值。
本实施例中，第一设定阈值为1.1～1.15，第二设定阈值为0.1～0.15；作为其他实施方式，第一设阈值和第二设定阈值可根据风力发电机组的性能选择其他值。
Claims (8)
1.一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；
(2)根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；所述第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；
(3)当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡；
判断叶片受力是否异常的步骤包括：
计算各叶片变桨驱动电机在第二设定时间段内的所有第一时间段扭矩值的方差；
判断在第二设定时间段内的所有第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片是否为同一叶片，扭矩值方差最小值所对应的叶片是否为同一叶片；
如果所述第二设定时间段内的各第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片为同一叶片，或者扭矩值方差最小值所对应的叶片为同一叶片，则判断在第二设定时间段内的所有第一设定时间段中，各叶片变桨驱动电机扭矩方差平均值中最大值与最小值之间的偏差是否满足第一设定条件；如果满足，则判断为这两个叶片受力异常。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，其特征在于，所述第一设定条件为
TorStd_max为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最大值，TorStd_min为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最小值；TorStdErr_Lim为第一设定值，在1.1～1.15之间取值。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，其特征在于，判断风机风轮是否受力不平衡的步骤包括：
判断在第二设定时间段内，各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值与平均值之间的偏差是否满足第二设定条件；如果不满足，则判断为风机风轮受力不平衡。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测方法，其特征在于，所述第二设定条件为
其中Tor_mean_max为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值；Tor_mean_min为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最小值，AllTor_mean为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的平均值，TorMeanErr_Lim为第二设定值，在0.1～0.15之间取值。
5.一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，其特征在于，包括处理器，处理器连接有用于采集各叶片变桨驱动电机扭矩值的装置；所述处理器用于：
在第一设定时间段内，每隔设定时间间隔采集一次各叶片变桨驱动电机的扭矩值，并计算出第一设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差；
根据第二设定时间段内各第一设定时间段中各叶片变桨驱动电机扭矩值的方差，判断叶片是否受力异常；所述第二设定时间段包括设定数量个连续的第一设定时间段；
当叶片受力异常时，根据各叶片的变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值和平均值，判断风机风轮是否受力不平衡；
判断叶片受力是否异常的步骤包括：
计算各叶片变桨驱动电机在第二设定时间段内的所有第一时间段扭矩值的方差；
判断在第二设定时间段内的所有第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片是否为同一叶片，扭矩值方差最小值所对应的叶片是否为同一叶片；
如果所述第二设定时间段内的各第一时间段中，扭矩值方差最大值所对应的叶片为同一叶片，或者扭矩值方差最小值所对应的叶片为同一叶片，则判断在第二设定时间段内的所有第一设定时间段中，各叶片变桨驱动电机扭矩方差平均值中最大值与最小值之间的偏差是否满足第一设定条件；如果满足，则判断为这两个叶片受力异常。
6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，其特征在于，所述第一设定条件为
TorStd_max为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最大值，TorStd_min为第二设定时间段内所有第一设定时间段中扭矩值方差平均值的最小值；TorStdErr_Lim为第一设定值，在1.1～1.15之间取值。
7.根据权利要求5所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，其特征在于，判断风机风轮是否受力不平衡的步骤包括：
判断在第二设定时间段内，各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值、最小值与平均值之间的偏差是否满足第二设定条件；如果不满足，则判断为风机风轮受力不平衡。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组风轮气动不平衡检测装置，其特征在于，所述第二设定条件为
其中Tor_mean_max为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最大值；Tor_mean_min为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的最小值，AllTor_mean为第二设定时间段内各叶片变桨驱动电机扭矩值平均值的平均值，TorMeanErr_Lim为第二设定值，在0.1～0.15之间取值。
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