CN109188227A - 一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法及系统，对待评估双馈型风力发电机进行绝缘电阻、介质损耗和局部放电检测试验，并收集该电机三项试验的初始数据；通过试验结果和初始数据得到所定义的多参量模糊综合评估七个评估参量值；首先对检测试验结果进行单参量阈值判断，评估绝缘是否发生严重劣化；再将得到的评估参量值带入多参量模糊综合评估模型中，根据最大隶属度原则，得到模糊综合评判结果，实现对风力发电机绝缘状态良好、预警和危险三个等级的分级评估；本发明采用单参量阈值判断和多参量综合评估，克服了单一参量的缺陷与不足，提高了评估结果的准确度，将风力发电机绝缘状态评估从“定性”评估提升为“定量”评估。

Description

一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法及系统

技术领域

本发明属于绝缘状态评估领域，尤其涉及一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法及系统。

背景技术

风力发电机高额的运行维护成本影响了风场的经济效益。风场一般地处偏远、环境恶劣，并且机舱位于50～80m以上的高空，给机组的维护维修工作造成了困难，增加了机组的运行维护成本。对于工作寿命为20年的机组，运行维护成本估计占到风场收入的10％～15％；对于海上风场，用于风力机运行维护的成本高达风场收入的20％～25％。因此，无论是从降低风力发电机的运行风险，还是减少运作成本的角度考虑，都需要大力发展风力发电机状态监测和故障诊断技术，掌握风力发电机的绝缘状态，有助于了解现存的风力发电机绝缘体系在实际运行中的性能和状态，降低其运行维护成本。

现如今，虽然世界各国都开展了绝艳状态评估技术的研究，但是对于风力发电机的绝缘状态评估，大多风电企业仍是采用传统的单个绝缘参量的阈值判断方法，通过检修试验得到当前绝缘参量的数值，再将其与一个认为合适的值相比较，继而判断风力发电机绝缘状态。传统方法只能定性评估风力发电机的绝缘状态，得到的评估结果只能是“好”或者“坏”，而绝缘状态是一种具有不确定性、多因素的问题，只通过一个参量对其定性评估，得到的结果往往是不准确的。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法及系统，可以实现对风力发电机绝缘良好、预警和危险三种绝缘状态的分级评估，将绝缘评估从传统的“定性”评估提升为“定量”评估。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法，包括以下步骤：

步骤一：对待评估双馈型风力发电机进行绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验，分别得到当前介质损耗因数tanδ_th、当前介质损耗因数增量△tanδ_th、当前电容量C_th、当前电容量相对增量△C_th、当前60s绝缘电阻R60_th、当前极化指数PI_th和当前局部放电起始电压PDIV_th；并收集该风力发电机这三项试验的初始数据得到初始介质损耗因数tanδ_t0、初始介质损耗因数增量△tanδ_t0、初始电容量C_t0、初始电容量相对增量△C_t0、初始60s绝缘电阻R60_t0、初始极化指数PI_t0和初始局部放电起始电压PDIV_t0；

步骤二：定义多参量模糊综合评估模型七个评估参量，包括：当前介质损耗因数相对初始值量＝tanδ_th/tanδ_t0，当前介质损耗因数增量相对初始值量＝△tanδ_th/△tanδ_t0，当前电容量相对初始值量＝C_th/C_t0，当前电容量相对增量相对初始值量＝△C_th/△C_t0，当前60s绝缘电阻相对初始值量＝R60_th/R60_t0，当前极化指数相对初始值量＝PI_th/PI_t0和当前局部放电起始电压相对于初始值量＝PDIV_th/PDIV_t0；通过三项非破坏性检测试验结果和所收集初始数据计算得到所定义参量值；

步骤三：将当前绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，将单个参量检测结果与各自阈值进行比较，若任意一个参量超过自身阈值，即判定待评估双馈型风力发电机绝缘状态劣化较为严重；

步骤四：首先确定多参量模糊综合评估模型中各评估参量即因素集为U＝[u₁,u₂,...,u₇]，其中u₁为tanδ_th/tanδ_t0，u₂为△tanδ_th/△tanδ_t0，u₃为C_th/C_t0，u₄为△C_th/△C_t0，u₅为R60_th/R60_t0，u₆为PI_th/PI_t0，u₇为PDIV_th/PDIV_t0；确定评语集为V＝[良好，报警，危险]；确定各评估参量的权重系数默认值，构成权重系数矩阵A＝[0.152 0.02 0.115 0.028 0.1690.436 0.086]；确定模糊算子默认值为加权平局型将步骤二所得到七个评估参量值带入各自的隶属函数，计算各评估参量对评语集的隶属度，构成模糊综合评判矩阵R，各评估参量隶属函数默认值如下表所示：

确定模糊算子默认值为加权平局型可根据实际情况重新设置多参量模糊综合评估模型中权重系数、模糊算子和隶属函数；通过模糊算子将权重系数矩阵和模糊综合评判矩阵进行模糊运算得到最终模糊综合评判集B；根据最大隶属度原则得到最终的多参量模糊综合评估结果，对待评估双馈型风力发电机绝缘状态进行良好、预警和危险三个等级的分级评估。

一种风力发电机绝缘状态评估系统，其特征在于：其系统包括如下：

风机信息模块：用于录入待评估双馈型风力发电机相关信息(所属风电场、风机型号、风机编号和运行时间等)以及缘检测试验当前和初始数据；

参量计算模块：根据绝缘检测试验当前和初始数据，计算得到所定义多参量综合评估模型所需评估参量值；

评估参数设置模块：用于设置多参量模糊综合评估模型相关参数；

单参量阈值判断模块：用于对当前绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，评估风力发电机绝缘是否发生严重劣化；

多参量综合评估模块：用于对待评估双馈型风力发电机绝缘状态良好、预警和危险三个等级的分级评估；

生成评估结果报表模块：根据单参量阈值判断和多参量综合评估结果，生成最终评估结果报表，报表至少包括风机详细信息、绝缘检测试验数据、设置评估模型参数和最终评估结果。

和现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

本发明一种风力发电机绝缘状态评估方法及系统，基于模糊数学建立了风力发电机绝缘状态的多参量综合评估模型，模糊数学方法可以有效地描述绝缘状态“故障”和“非故障”的不确定性问题。通过本方法，可以实现对风力发电机绝缘良好、预警和危险三种绝缘状态的分级评估，将绝缘评估从传统的“定性”评估提升为“定量”评估。同时，本发明方法采用单参量阈值判断和多参量综合评估相结合，提高了评估结果的准确度。

附图说明

图1为本发明双馈型风力发电机绝缘状态评估方法流程示意图。

图2为本发明单参量阈值评估示意图。

图3为本发明多参量综合评估模型抛物线型隶属函数示意图。

图4为本发明双馈型风力发电机绝缘状态评估系统流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作更进一步的说明。

参见图1，本发明的一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法，包括以下步骤：

S1、对待评估双馈型风力发电机进行绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验，分别得到当前介质损耗因数tanδ_th、当前介质损耗因数增量△tanδ_th、当前电容量C_th、当前电容量相对增量△C_th、当前60s绝缘电阻R60_th、当前极化指数PI_th和当前局部放电起始电压PDIV_th；并收集该风力发电机这三项试验的初始数据得到初始介质损耗因数tanδ_t0、初始介质损耗因数增量△tanδ_t0、初始电容量C_t0、初始电容量相对增量△C_t0、初始60s绝缘电阻R60_t0、初始极化指数PI_t0和初始局部放电起始电压PDIV_t0。

在本实施例中，选取国内某风电厂一台已有绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项试验初始数据的双馈型风力发电机，进行绝缘电阻、介质损耗和局部放电检测试验，三项检测试验当前和初始试验结果如表1所示：

表1

S2、定义多参量模糊综合评估模型七个评估参量，包括：当前介质损耗因数相对初始值量＝tanδ_th/tanδ_t0，当前介质损耗因数增量相对初始值量＝△tanδ_th/△tanδ_t0，当前电容量相对初始值量＝C_th/C_t0，当前电容量相对增量相对初始值量＝△C_th/△C_t0，当前60s绝缘电阻相对初始值量＝R60_th/R60_t0，当前极化指数相对初始值量＝PI_th/PI_t0和当前局部放电起始电压相对于初始值量＝PDIV_th/PDIV_t0。通过三项非破坏性检测试验结果和所收集初始数据计算得到所定义参量值。

在本实施例中，根据三项绝缘检测当前试验结果和初始数据得到多参量综合评估模型七个评估参量值，结果如表2所示：

表2

S3、将当前绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，将单个参量检测结果与各自阈值进行比较，若任意一个参量超过自身阈值，即判定待评估双馈型风力发电机绝缘状态劣化较为严重。

根据电力行业现行标准和风电相关企业规定，本发明默认单参量阈值评估如图2所示，单个绝缘参量阈值默认值如表3所示：

表3

可根据实际情况重新设置各绝缘评估参量的阈值。

单参量阈值评估模型即每次只用一个参量对设备的绝缘状态进行评估。如果测得任意一个非破坏性绝缘参量超过阈值(实际运行最大允许值)，即判定该风力发电机绝缘状态劣化较为严重，并根据参量性质判断绝缘劣化的原因。

单参量阈值判断结果：三项绝缘检测试验无单个参数超过阈值，该风力发电机绝缘没有发生较为严重的劣化。

S4、将评估参量值带入多参量模糊综合评估模型中，根据最大隶属度原则，得到最终的模糊综合评判结果，对风力发电机绝缘状态进行良好、预警和危险三个等级的分级评估。多参量模糊综合评估模型包括因素集、评语集、权重集、模糊评判隶属矩阵和模糊算子，本方法先确定其中的因素集和评语集。

具体步骤为：

S4.1、因素集：由步骤二所定义七个评估参量，构成模糊综合评估模型因素集，记作U＝[u₁,u₂,...,u₇]，其中u₁为tanδ_th/tanδ_t0，u₂为△tanδ_th/△tanδ_t0，u₃为C_th/C_t0，u₄为△Ct_h/△C_t0，u₅为R60_th/R60_t0，u₆为PI_th/PI_t0，u₇为PDIV_th/PDIV_t0。

S4.2、评语集：本发明方法多参量模糊综合评估划分为良好、报警和危险三个评语等级，记作V＝[良好，报警，危险]构成评语集。其中各评语等级分别定义如下：

良好：表示风力发电机绝缘状态良好，各个参数还在正常区间，工作性能稳定，几乎无缺陷，可以正常运行，绝缘故障破坏的可能性小。

报警：表示风力发电机绝缘状态已经有一定的缺陷，但是整机还能继续工作，暂时不会对设备的安全运行造成威胁，但是如果长期保持这样的状态，很有可能造成重大的缺陷，建议记录情况，选取合适的时间进行检修并对缺陷处问题做出及时的处理修复。

危险：表示风力发电机绝缘状态异常，整机工作性能已经不稳定，发生故障的可能性非常大，工作人员应该注意，必须停机离线对其处理。

S4.3、确定多参量模糊综合评估模型中各评估参量的权重系数默认值，构成权重系数矩阵A＝[0.152 0.02 0.115 0.028 0.169 0.436 0.086]；

权重系数矩阵不是唯一的，可根据实际情况重新设置更为合适的权重系数。

S4.4、将步骤二所得到七个评估参量值带入各自的隶属函数，计算各评估参量对评语集的隶属度，构成模糊综合评判矩阵R。

本发明多参量模糊综合评估模型中各评估参量默认隶属函数均选择抛物线型分布函数。其中，当前介质损耗因数相对初始值量tanδ_th/tanδ_t0、当前介质损耗因数增量相对初始值量△tanδ_th/△tanδ_t0、当前电容量相对初始值量C_th/C_t0和电容量相对增量相对初始值量△C_th/△C_t0四个参量隶属函数分布如图3(a)所示，默认隶属函数如表4所示：

表4

当前60s绝缘电阻相对初始值量R60_th/R60_t0、当前极化指数相对初始值量PI_th/PI_t0和当前局部放电起始电压相对于初始值量PDIV_th/PDIV_t0三个参量隶属函数分布如图3(b)所示，默认隶属函数如表5所示：

表5

各参量隶属函数不是唯一的，可通过实践检验和实际情况，利用信息反馈，不断进行调整，以达到相对稳定的状态，提高评估模型的准确性。

在本实施例中，根据默认隶属函数和步骤二计算得到参量值，得到模糊综合评判矩阵为：

S4.5、确定多参量模糊综合评估模型中模糊算子默认值为加权平局型

得到权重矩阵和模糊综合评判矩阵以后，运用模糊矩阵复合运算可以得到最终的模糊综合评判结果，可以表示为其中是模糊算子。常用模糊算子有：加权平均型，取小上界和型，主因素突出型，全面制约型等等。

本发明默认模糊算子为加权平均型，可根据实际情况设置更为适合的模糊算子。

S4.6、通过模糊算子将权重系数矩阵和模糊综合评判矩阵进行模糊复合运算得到最终模糊综合评判集B。

B＝[0.35 0.17 0.11]；

S4.7、根据最大隶属度原则得到最终的多参量模糊综合评估结果，对待评估双馈型风力发电机绝缘状态进行良好、预警和危险三个等级的分级评估。

根据最大隶属度原则B_max＝max(B_j|j＝1,2,3)，得到B_max＝B₁＝0.35，得到最终评估结果为该风力发电机绝缘状态处于“良好”阶段，说明该风力发电机绝缘各个参数在正常区间，工作性能稳定，几乎无缺陷，可以正常运行，绝缘故障破坏的可能性小。而该风力发电机的实际运行与维护检修情况也与最终评估结果吻合，绝缘状态良好，性能可靠。

基于本发明方法相同的构思，本发明还提供一种双馈型风力发电机绝缘状态评估系统，系统流程如图4所示，其系统包括如下：

风机信息模块：用于录入待评估双馈型风力发电机相关信息(所属风电场、风机型号、风机编号和运行时间等)以及绝缘检测试验当前和初始数据。

参量计算模块：根据绝缘检测试验当前和初始数据，计算得到所定义多参量综合评估模型所需评估参量值。

评估参数设置模块：用于设置多参量模糊综合评估模型相关参数。

单参量阈值判断模块：用于对当前绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，评估风力发电机绝缘是否发生严重劣化。

多参量综合评估模块：用于对待评估双馈型风力发电机绝缘状态良好、预警和危险三个等级的分级评估。

生成评估结果报表模块：根据单参量阈值判断和多参量综合评估结果，生成最终评估结果报表，报表至少包括风机详细信息、绝缘检测试验数据、设置评估模型参数和最终评估结果。

为了描述的方便，以上系统的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种双馈型风力发电机绝缘状态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：对待评估双馈型风力发电机进行绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验，分别得到当前介质损耗因数tanδ_th、当前介质损耗因数增量△tanδ_th、当前电容量C_th、当前电容量相对增量△C_th、当前60s绝缘电阻R60_th、当前极化指数PI_th和当前局部放电起始电压PDIV_th；并收集该风力发电机这三项试验的初始数据得到初始介质损耗因数tanδ_t0、初始介质损耗因数增量△tanδ_t0、初始电容量C_t0、初始电容量相对增量△C_t0、初始60s绝缘电阻R60_t0、初始极化指数PI_t0和初始局部放电起始电压PDIV_t0；

步骤二：定义多参量模糊综合评估模型七个评估参量，包括：当前介质损耗因数相对初始值量＝tanδ_th/tanδ_t0，当前介质损耗因数增量相对初始值量＝△tanδ_th/△tanδ_t0，当前电容量相对初始值量＝C_th/C_t0，当前电容量相对增量相对初始值量＝△C_th/△C_t0，当前60s绝缘电阻相对初始值量＝R60_th/R60_t0，当前极化指数相对初始值量＝PI_th/PI_t0和当前局部放电起始电压相对于初始值量＝PDIV_th/PDIV_t0；通过三项非破坏性检测试验结果和所收集初始数据计算得到所定义参量值；

步骤三：将当前绝缘电阻、介质损耗和局部放电三项非破坏性绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，将单个参量检测结果与各自阈值进行比较，若任意一个参量超过自身阈值，即判定待评估双馈型风力发电机绝缘状态劣化较为严重；

步骤四：首先确定多参量模糊综合评估模型中各评估参量即因素集为U＝[u₁,u₂,...,u₇]，其中u₁为tanδ_th/tanδ_t0，u₂为△tanδ_th/△tanδ_t0，u₃为C_th/C_t0，u₄为△C_th/△C_t0，u₅为R60_th/R60_t0，u₆为PI_th/PI_t0，u₇为PDIV_th/PDIV_t0；确定评语集为V＝[良好，报警，危险]；确定各评估参量的权重系数默认值，构成权重系数矩阵A＝[0.152 0.02 0.115 0.028 0.1690.436 0.086]；将步骤二所得到七个评估参量值带入各自的隶属函数，计算各评估参量对评语集的隶属度，构成模糊综合评判矩阵R，各评估参量隶属函数默认值如下表所示：

确定模糊算子默认值为加权平局型根据实际情况重新设置多参量模糊综合评估模型中权重系数、模糊算子和隶属函数；通过模糊算子将权重系数矩阵和模糊综合评判矩阵进行模糊运算得到最终模糊综合评判集B；根据最大隶属度原则得到最终的多参量模糊综合评估结果，对待评估双馈型风力发电机绝缘状态进行良好、预警和危险三个等级的分级评估。

2.一种风力发电机绝缘状态评估系统，其特征在于：其系统包括如下：

风机信息模块：用于录入待评估双馈型风力发电机的信息包括所属风电场、风机型号、风机编号和运行时间，以及绝缘检测试验当前和初始数据；

参量计算模块：根据绝缘检测试验当前和初始数据，计算得到所定义多参量综合评估模型所需评估参量值；

评估参数设置模块：用于设置多参量模糊综合评估模型相关参数；

单参量阈值判断模块：用于对当前绝缘检测试验结果进行单参量阈值判断，评估风力发电机绝缘是否发生严重劣化；

多参量综合评估模块：用于对待评估双馈型风力发电机绝缘状态良好、预警和危险三个等级的分级评估；

生成评估结果报表模块：根据单参量阈值判断和多参量综合评估结果，生成最终评估结果报表，报表至少包括风机详细信息、绝缘检测试验数据、设置评估模型参数和最终评估结果。