CN110374824A - 偏航制动盘维护预警方法及风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏航制动盘维护预警方法，先调取偏航制动盘历史维护记录，获取所述偏航制动盘污损时的运行数据。然后对所述运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合。在风力发电机组运行过程中，利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，并在所述实时运行数据与所述高维特征集合之间建立映射关系。若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息。本方法无需增加传感器，直接通过现有的数据资料和数据采集手段，就能够通过数字模型匹配的方式来判断偏航制动盘的工作状态，具备较高的判定准确率的同时节省了不必要的维护工作，可以有效对偏航制动盘进行监测维护。

Description

偏航制动盘维护预警方法及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电机领域，具体涉及一种基于模式识别方式对风力发电机组的偏航制动盘进行维护预警的方法，以及采用此维护预警方法的风力发电机组。
背景技术
偏航制动盘是风力发电机组中受力情况较为复杂、可靠性要求较高的关键部件。偏航制动盘的强度直接关系到整个风力发电机组的安全运行。风力发电机组叶片产生的气动载荷以及由于风轮旋转和机舱对风转动引起的离心力、惯性力和重力均通过主机架传递到偏航制动盘上，这些载荷和偏航制动盘自身的重力构成了偏航制动盘的工作载荷。
风力发电机组在工作过程中需要进行频繁的偏航运动，极易导致偏航制动盘出现油污或损耗，加大风力发电机组偏航运动过程的振动，影响偏航控制过程的运行效率。当前为解决此问题，采用对偏航制动盘定期检修维护的方式。然而维护频率过高会造成人力物力的不必要损耗，而维护频率过低又会造成维护不及时，加剧偏航制动盘磨损的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于模式识别方式对风力发电机组的偏航制动盘进行维护预警的方法，通过对历史数据的采集和分析来建立特征模型，并基于该模型来判定是否发出维护预警信息。具体包括如下方案：
一种偏航制动盘维护预警方法，包括如下步骤：
调取偏航制动盘历史维护记录，获取所述偏航制动盘污损时的运行数据；
对所述运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合；
利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，并在所述实时运行数据与所述高维特征集合之间建立映射关系；
若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息。
其中，所述获取所述偏航制动盘污损时的运行数据包括机舱的振动加速度和风速。
其中，所述获取所述偏航制动盘污损时的运行数据包括同时获取所述偏航制动盘污损维护后的所述运行数据。
其中，所述对所述运行数据进行特征提取，包括：
提取所述机舱振动的加速度幅值；
提取所述机舱振动的加速度频谱；
提取所述机舱振动的加速度频谱能量谱。
其中，采用经验模态分解法提取所述机舱振动的加速度频谱和能量谱。
其中，所述构建高维特征集合，包括：
基于所述风速划分第一区间和第二区间；
所述高维特征集合包括对应所述第一区间的第一子空间，以及对应所述第二区间的第二子空间。
其中，所述利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，包括：
确定到本次偏航运行过程结束；
利用所述数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘本次偏航运行过程的实时运行数据。
其中，所述若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息包括：
若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系连续两次或两次以上形成匹配；
则发出所述维护预警信息。
本申请还涉及一种风力发电机组，采用上述的偏航制动盘维护预警方法进行维护预警。
本发明提供的偏航制动盘维护预警方法，通过调取偏航制动盘历史维护记录，获取所述偏航制动盘污损时的运行数据。然后对所述运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合。在风力发电机组运行过程中，利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，并在所述实时运行数据与所述高维特征集合之间建立映射关系。若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息。本方法无需增加传感器，直接通过现有的数据资料和数据采集手段，就能够通过数字模型匹配的方式来判断偏航制动盘的工作状态，具备较高的判定准确率的同时节省了不必要的维护工作，可以有效对偏航制动盘进行监测维护。
而本发明提供的风力发电机组，因为采用了上述的维护预警方法制订维护策略，可以有效的提高维护效率，避免因为维护不及时造成的污损加剧情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明偏航制动盘维护预警方法的流程图；
图2为本发明偏航制动盘维护预警方法中步骤S20的子步骤流程图；
图3为本发明偏航制动盘维护预警方法中步骤S20的子步骤流程图；
图4为本发明偏航制动盘维护预警方法中步骤S30的子步骤流程图；
图5为本发明偏航制动盘维护预警方法中步骤S40的子步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1所示的本申请偏航制动盘维护预警方法，包括如下步骤：
S10、调取偏航制动盘历史维护记录，获取所述偏航制动盘污损时的运行数据；
S20、对所述运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合；
S30、利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，并在所述实时运行数据与所述高维特征集合之间建立映射关系；
S40、若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息。
具体的，风力发电机组在使用维护的过程中，会产生相关的历史维护记录。记录中会存在每次维护的内容，以及维护时的相关运行数据。通过调用历史维护记录，可以得到偏航制动盘污损时的相关运行数据。可以理解的，偏航制动盘污损时的相关运行数据能够匹配到偏航制动盘在出现污损的状态下实际工作状态。通过对运行数据的整理和分析，能够得到偏航制动盘对应到污损状态时出现异常的参数。这些参数会较于偏航制动盘在没有污损的状态下形成差异。通过对运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合，可以得到污损状态下偏航制动盘的特征流形。特征流形能够把相应的差异放大，使得发生污损的偏航制动盘运行数据明显区别于正常状态的偏航制动盘运行数据。而在风力发电机工作的过程中，利用数据采集与监视控制系统（SCADA）监测偏航制动盘的实时运行数据，并将该实时运行数据映射到高维特征集合上。即将偏航制动盘的实时运行特征流形与其污损状态下的特征流形进行对比，以得到偏航制动盘实时状态与发生污损的状态之间的匹配关系。通过设定阈值等方式，若判定到实时运行数据与高维特征集合之间的映射关系匹配，则可以认定当前偏航制动盘已经发生了污损，并向操作者或监控终端发出维护预警信息，告知当前偏航制动盘需要维护。
相较于现有的定期维护方式，本申请维护预警方法能够基于历史维护记录中的相关运行数据来建立偏航制动盘发生污损时的数据模型，并通过实时检测偏航制动盘的实时运行数据来与该数据模型进行匹配判定，最终实现偏航制动盘状态的认定目的。因为偏航制动盘的工作特性，通过在运行数据中进行特征提取并建立相互关联的高维特征集合，使得本申请方法具备了更高的准确率。在判断到偏航制动盘工作正常时，可以减免掉部分维护操作，节约人力物力；而在判断到偏航制动盘出现污损时，可以及时发出维护预警信息，保证偏航制动盘的污损被及时清除，避免污损进一步恶化。
可以理解的，本申请维护预警方法同样适用于新投入使用的风力发电机组或没有建立相关历史维护数据，包括历史维护数据中部分数据有缺失的情况。只要自使用本申请方法开始建立相应的历史维护数据，并在每次维护后将新得到的数据不断引入原数据模型中进行持续优化，都可以使得本申请维护预警方法得到更好的实施效果。
一种实施例，在步骤S10获取偏航制动盘污损时的运行数据时，其获取的偏航数据包括机舱的振动加速度和风速。当偏航制动盘出现污损时，其特征多反应为机舱的振动更剧烈。因此调用机舱的振动加速度可以对机舱振动进行更准确的描述和划分。而风速对于机舱振动的影响因素较大，因此也需要纳入模型考虑中来。
一种实施例，为了更准确的判定偏航制动盘是否发生污损，还可以在不是S10获取偏航制动盘污损时的运行数据时，同步获取所述偏航制动盘污损维护后的运行数据。通常的，在污损维护后，偏航制动盘的运行状态处于正常状态。因此调用偏航制动盘的正常状态下运行数据进行对比分析，可以更好的确定到偏航制动盘产生污损时的阈值。使得高维特征集合的数据更准确。
一种实施例请参见图2，步骤S20对所述运行数据进行特征提取，包括：
S21、提取所述机舱振动的加速度幅值；
S22、提取所述机舱振动的加速度频谱；
S23、提取所述机舱振动的加速度频谱能量谱。
具体的，在获得偏航制动盘污损状态下的机舱振动加速度之后，对加速度进行特征提取，其中提取到的特征包括加速度幅值、加速度频谱以及加速度能量谱。通过这些参数能够准确的描述出偏航制动盘污损状态下的机舱振动特性，且该振动特性明显区别于偏航制动盘在正常状态下形成的机舱振动。一种实施例，因为风力发电机组的偏航过程为非平稳的过程，因此不宜采用傅立叶变换来求解机舱的振动加速度频谱和加速度频谱能量谱，而是采用经验模态分解法（EMD方法）来提取机舱加速度的振动分量，即舱振动的加速度频谱和能量谱，可以获得更高的数据精度。其中，在提取能量谱时，可以对机舱振动加速度幅值求二次方，再采用经验模态分解法来提取其能量谱。
前述中提到，对于偏航制动盘的污损状态造成的机舱振动，还与风力发电机组当时的风速相关。因此，参见图3，步骤S20中构建高维特征集合，还包括：
S24、基于风速划分第一区间和第二区间；
S25、高维特征集合包括对应第一区间的第一子空间，以及对应第二区间的第二子空间。
在本实施例中，参考到风速对机舱振动的影响，将风速进行区间划分，并基于不同的风速来对于建立高维特征集合的子空间。因为机舱的振动加速度与风速相关性较大，在不同风速下机舱的振动加速度都不相同。因此将风速纳入高维特征集合的参考范围，可以提高本申请维护预警方法的准确度。当然，在本实施例中，风速的划分并不局限于两个区间，随着运行数据的积累，可以不断的细化多个风速阶段下的高维特征集合，形成对应到每一个风速区间的多个子空间。也即风速区间划分还可以为三个、四个、五个或者更多，每个风速区间都对应形成一个高维特征的子空间，可以更精确的对偏航制动盘的状态进行监测。
一种实施例请参见图4，在步骤S30中，利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，包括：
S31、确定到本次偏航运行过程结束；
S32、利用数据采集与监视控制系统监测偏航制动盘本次偏航运行过程的实时运行数据。
对于运行数据的采集，通常需要在风力发电机组完成一次完整的偏航运行过程之后才能得到。因此，利用数据采集与监视控制系统监测偏航制动盘的实时运行数据，还需要在一个完整的偏航运行过程之后才能获得该次偏航运行的完整的运行数据，避免采集到偏航运行过程的阶段运行数据即进行匹配分析，造成判断失误的缺陷。
一种实施例参见图5，对于步骤S40、若实时运行数据与高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息，还包括：
S41、若实时运行数据与高维特征集合之间的映射关系连续两次或两次以上形成匹配；
S42、则发出维护预警信息。
具体的，根据实时运行数据与高维特征集合之间的映射关系来判定偏航制动盘是否处于污损状态，可能因为数据采集或数据模型的偏差而造成误判断的情况。而通过连续两次或两次以上的匹配成功来发出维护预警信息，可以更大可能的提高判定的准确率。避免因为误差而造成维护预警信息的发送，最终造成无效维护工作的浪费。一种实施例，可以设定连续四次匹配判定成功后，再发出维护预警信息，经实际验证连续四次判定的准确率能够达到94.7%以上，可以有效的支撑风力发电机组的正常工作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
调取偏航制动盘历史维护记录，获取所述偏航制动盘污损时的运行数据；
对所述运行数据进行特征提取，并构建高维特征集合；
利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，并在所述实时运行数据与所述高维特征集合之间建立映射关系；
若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息。
2.根据权利要求1所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述获取所述偏航制动盘污损时的运行数据包括机舱的振动加速度和风速。
3.根据权利要求2所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述获取所述偏航制动盘污损时的运行数据包括同时获取所述偏航制动盘污损维护后的所述运行数据。
4.根据权利要求2所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述对所述运行数据进行特征提取，包括：
提取所述机舱振动的加速度幅值；
提取所述机舱振动的加速度频谱；
提取所述机舱振动的加速度频谱能量谱。
5.根据权利要求4所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，采用经验模态分解法提取所述机舱振动的加速度频谱和能量谱。
6.根据权利要求2所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述构建高维特征集合，包括：
基于所述风速划分第一区间和第二区间；
所述高维特征集合包括对应所述第一区间的第一子空间，以及对应所述第二区间的第二子空间。
7.根据权利要求1所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述利用数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘的实时运行数据，包括：
确定到本次偏航运行过程结束；
利用所述数据采集与监视控制系统监测所述偏航制动盘本次偏航运行过程的实时运行数据。
8.根据权利要求1所述的偏航制动盘维护预警方法，其特征在于，所述若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系匹配，则发出维护预警信息包括：
若所述实时运行数据与所述高维特征集合之间的映射关系连续两次或两次以上形成匹配；
则发出所述维护预警信息。
9.一种风力发电机组，其特征在于，采用如权利要求1-8所述的偏航制动盘维护预警方法进行维护预警。
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