CN113095607A - 风力发电机组水冷系统的故障诊断方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种风力发电机组水冷系统的故障诊断方法、装置及系统。所述故障诊断方法包括：基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵；对建立的相关性矩阵进行简化；从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点；根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；并且使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
Description
技术领域
本公开涉及风力发电技术领域，更具体地，本公开涉及一种风力发电机组水冷系统的故障诊断方法、装置及系统。
背景技术
风力发电机组的一体化水冷系统是风力发电机组正常工作的重要保障部分，水冷系统的异常将导致风力发电机组各个系统的故障，甚至会导致风力发电机组中一些重要器件的损坏。因此，对于水冷系统的故障应及时处理，以防止风力发电机组的进一步损坏。
但是，目前对于风力发电机组水冷系统的故障检测技术较为薄弱，因此风力发电机组在运行过程中发生故障以后，不能快速地对发生的故障进行定位并且无法有效地隔离故障部件，从而直接导致故障停机时间较长，严重影响了风力发电机组的可利用率，同时也增加了故障维修成本。
发明内容
本公开的示例性实施例提供了一种风力发电机组水冷系统的故障诊断方法、装置及系统，至少解决上述技术问题和上文未提及的其它技术问题，并且提供下述的有益效果。
本公开的一方面在于提供一种风力发电机组水冷系统的故障诊断方法，所述方法可以包括以下步骤：基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵；对建立的相关性矩阵进行简化；从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点；根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；并且使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
所述水冷系统的冷却液由泵站泵出，经过机舱、液压变桨系统和主轴承三个热端散热单元，将机舱、液压变桨和主轴承三个位置产生的热量带走，吸热后的冷却液流经外冷散热器，通过被动散热的方式与机舱外界空气进行热交换，冷却后的冷却液分别流回三个热端散热单元，实现对机舱环境、液压变桨以及主轴承的持续散热功能。
设计故障诊断方案的步骤可以包括：从所述故障检测测试点和故障隔离测试点中选择最终测试点；根据所述最终测试点和所述失效模式重新建立相关性矩阵；并且从重新建立的相关性矩阵中分类出适用于检测单个部件的单个失效模式并进行故障隔离的单点测试点以及适用于检测一组部件的多个失效模式并进行故障隔离的多点测试点。
所述单点测试点可以包括位于泵站出口处的用于测试水温的测试点、位于一体机风扇处的用于测试转速的测试点、位于泵站底部集水盘处的用于测试是否发生泄漏的测试点、位于一体机底部的用于测试是否发生泄漏的测试点、用于测试机舱换热器支路电动球阀开度反馈信号的测试点、用于测试液压支路电动球阀开度反馈信号的测试点。
所述多点测试点可以包括位于机舱底部位置最低处的用于测试是否发生泄漏的测试点。
设计故障诊断方案的步骤还可以包括：从重新建立的相关性矩阵中删除所述单点测试点和与所述单点测试点相应的失效模式以及所述多点测试点和与所述多点测试点相应的失效模式，以形成新相关性矩阵；并且从所述新相关性矩阵中选择新故障检测测试点和与所述新故障检测测试点相应的新故障隔离测试点。
所述新故障检测测试点可以包括用于测试主轴承外圈温度的测试点、用于测试机舱温度的测试点以及位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点。
与用于测试主轴承外圈温度的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括用于测试机舱温度的测试点、位于换热器出口处的用于测试水温的测试点、位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点以及位于主轴承空调一体机风路出口处的用于测试温度的测试点。
与用于测试机舱温度的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点、位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点以及用于测试主轴承外圈温度的测试点。
与位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括用于测试主轴承外圈温度的测试点和用于测试机舱温度的测试点。
建立相关性矩阵的步骤可以包括：对所述水冷系统冷却回路中的各个部件进行失效模式与影响分析来获取所述各个部件中的每个部件的失效模式；并且基于所述失效模式和与所述失效模式相应的测试点来建立该相关性矩阵。
对建立的相关性矩阵进行简化的步骤可以包括：比较建立的相关性矩阵的各个列并且确定所述各个列中的具有相同元素值的列；从与所述具有相同元素值的列相应的测试点中选择最优测试点；并且从所述具有相同元素值的列中删除除了与所述最优测试点相应的列之外的其他列。
对建立的相关性矩阵进行简化的步骤还可以包括：比较建立的相关性矩阵的各个行并且确定所述各个行中的具有相同元素值的行；并且将所述具有相同元素值的行合并为一行。
选择故障隔离测试点的步骤可以包括：根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至划分的子矩阵全部为行矩阵为止，从而完成故障隔离点的选择。
本公开的另一方面在于提供一种风力发电机组水冷系统的故障诊断装置，所述装置可以包括：相关性矩阵模块，用于基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，并且对建立的相关性矩阵进行简化；选择模块，用于从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点；设计模块，用于根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；以及诊断模块，用于使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组水冷系统的故障诊断方法。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组水冷系统的故障诊断系统，所述水冷系统分别对机舱环境、液压变桨系统以及主轴承进行冷却；所述故障诊断系统包括处理器和诊断单元，其中，所述处理器用于基于风力发电机组水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，对建立的相关性矩阵进行简化，从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点，根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；所述诊断单元用于使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
由于风力发电机组的三末端集中水冷结构的复杂性，如果一个部件出现故障，则其它部件会出现连带性故障。基于以上描述的方法和装置，针对风力发电机组的水冷系统的复杂性，提供了一种以产品失效模式为输入的故障检测方法，能够快速地对发生的故障进行定位并且有效地隔离故障部件，从而避免故障停机时间较长，提高了风力发电机组的可利用率，同时也减少了故障维修成本。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过结合附图，从实施例的下面描述中，本公开这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断方法的流程图；
图2是根据本公开的示例性实施例的机舱液压主轴承冷却回路的测试性示意图；
图3是根据本公开的示例性实施例的选择故障检测测试点的方法的流程图；
图4是根据本公开的示例性实施例的选择故障隔离测试点的方法的流程图；
图5是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断装置的框图；
图6是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断系统的结构框图。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本公开的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。
在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可以被用于描述各种元素，但是这些元素不应被理解为仅限于这些术语。这些术语仅被用于将一个元素与其他元素区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，反之亦然。
在描述实施例前，首先对本公开中的术语进行解释。测试点是指被测单元中用于测量或注入信号的电气连接点。故障检测是指发现故障存在的过程。故障隔离是指把故障定位到实施修理所要更换的产品组成单元的过程。相关性矩阵是指反映某一给定系统结构中单元(或单元故障)和测试相互关联的布尔矩阵。
在下文中，根据本公开的各种实施例，将参照附图对本公开的设备以及方法进行描述。
图1是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断方法的流程图。在本公开中，针对风力发电机组一体化水冷系统，以产品失效模式为依据进行故障测试设计。
在步骤S101，基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵。具体地，对水冷系统冷却回路中的各个部件进行失效模式与影响分析(FMEA)来获取各个部件中的每个部件的失效模式，然后基于各个部件的失效模式和与失效模式相应的测试点来建立相关性矩阵。可以由行表示测试点，由列表示失效模式。如果特定测试点能够测量特定部件的特定失效模式，则将相关性矩阵中的元素值用1表示，如果特定测试点不能测量特定部件的特定失效模式，则将相关性矩阵中的元素值用0表示。
在本公开中，以对风力发电机组一体化水冷系统的机舱液压主轴承冷却回路作为示例。对机舱液压主轴承冷却回路中的硬件组成部分进行梳理以获得机舱液压主轴承冷却回路的部件清单。例如，机舱液压主轴承冷却回路包括机舱顶部外冷散热器、泵进水管件、泵站、机舱热端换热器进水管件、机舱热端换热器风扇等部件。机舱液压主轴承冷却回路分别为机舱环境、液压变桨以及主轴承提供冷却控制功能。冷却液由泵站以一定的压力和流量泵出，经过三个热端散热单元，将三个位置产生的热量带走，吸热后的冷却液流经外冷散热器，通过被动散热的方式与外界空气进行热交换，冷却后流回三个热端散热单元，实现对主轴承、液压变桨系统以及机舱环境的持续散热功能。根据梳理的部件清单以及部件之间的连接关系，可以绘制机舱液压主轴承冷却回路的框图，如图2所示。
在图2中，机舱冷却回路至少包括：机舱热端换热器进水管件4、机舱热端换热器风扇5、机舱热端散热器、以及机舱换热器支路电动球阀17。主轴承冷却回路至少包括：一体机换热器8、一体机空调9、一体机风扇10、一体机出风管件11、一体机的进水管件12、主轴承冷却支路电动球阀14。液压冷却回路至少包括：液压支路电动球阀16、液压油水换热器进水管件18、液压油水换热器20(未示出)。上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。水冷系统的冷却液由泵站泵出，经过机舱、液压变桨系统和主轴承三个热端散热单元，将机舱、液压变桨和主轴承三个位置产生的热量带走，吸热后的冷却液流经外冷散热器，通过被动散热的方式与机舱外界空气进行热交换，冷却后的冷却液分别流回三个热端散热单元，实现对机舱环境、液压变桨以及主轴承的持续散热功能。
根据图2，分别对机舱液压主轴承冷却回路中的各个部件进行FMEA，从而获取各个部件的失效模式信息，并对各个部件失效模式的检测方法进行分析，以获得测试点位置/参数、传感器类型等信息。将获得的失效模式信息等内容编制成表格，如表1所示。表1示出了失效模式测试方法的分析表。这里，表1仅示出了机舱液压主轴承冷却回路的部分组件以及其相关的信息，并且表1仅是示例性的，本公开不限于此。
表1
根据以上分析，基于以下假设建立相关性矩阵模型：在任何时刻，当系统处于故障状态时，认为只有一个部件发生失效，即单失效假设；系统的状态完全取决于各个部件的状态，当某一部件发生失效时，在信息流可到达的各个测试点上，测量有效性相同。表2示出了相关性矩阵的模型。应注意的是，表2仅示例性地反映了部分失效模式和部分测试点之间的相关性。
表2
在表2中，“1”表示测试点可测得部件故障信息(即相关)，“0”表示测试点不能测得部件故障信息(即不相关)。根据表2中的内容，可以建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，由矩阵行表示测试点，由矩阵列表示失效模式。
在步骤S102，对建立的相关性矩阵进行简化。具体地，首先比较建立的相关性矩阵的各个列并且确定各个列中的具有相同元素值的列，从与具有相同元素值的列相应的测试点中选择最优测试点，然后从具有相同元素值的列中删除除了与最优测试点相应的列之外的其他列。接下来，比较建立的相关性矩阵的各个行并且确定各个行中的具有相同元素值的行，然后将具有相同元素值的行合并为一行，从而获得简化的相关性矩阵。
作为示例，比较根据表2建立的相关性矩阵中的各列，如果有与测试点Tk相应的列和与测试点Tl相应的列具有相同的元素值(元素值之间一一对应)，且k≠l，则说明测试点Tk和Tl相互冗余，此时，从相互冗余的测试点中选择容易实现且测试费用少的一个测试点(即最优测试点)即可，并在相关性矩阵中删除与未选测试点相应的列。例如，从表2可以看出，与T2和T4、T6、T8相应的列中的元素值完全一致，比较这些测试点的实施难度和测试成本，保留一个测试点，例如保留T6，删除其余测试点，即将与T6相应的列保留在矩阵中，将与T2、T4和T8相应的列从相关性矩阵中删除。
此外，比较根据表2建立的相关性矩阵中的各行，如果有与失效模式Fx相应行和与失效模式Fy相应的行具有相同的元素值(元素值之间一一对应)，且x≠y，则说明与失效模式相应的故障类(或可更换的部件)是不可区分的，他们可作为一个故障隔离模糊组被处理，并在相关性矩阵中合并这些具有相同元素值的行。这里，模糊组可指具有相同或类似的故障特征，在故障隔离中不能分清故障真实部位的一组可更换单元，其中，每个可更换单元都有可能故障。例如，从表2可以看出，与失效模式3.1相应的行和与失效模式4.1相应的行中的元素值一一对应，因此，将这两个行合并为一行。简化后的相关性矩阵模型如表3所示。这里，表3仅是示例性的，本公开不限于此。
表3
在步骤S103，从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点。对于故障隔离点的选择，可以根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至与选择的故障检测测试点相应的列中不存在元素值为0的元素为止。对于故障隔离点的选择，可以根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至划分的子矩阵全部为行矩阵为止。下面将参照图3和图4详细地描述如何选择用于故障检测的测试点以及用于故障隔离的测试点。
图3是根据本公开的示例性实施例的选择故障检测测试点的方法的流程图。参照图3，在步骤S301，根据简化的相关性矩阵中的元素值计算该相关性矩阵中的各个测试点的第一故障检测权值。
在步骤S302，将与最大的第一故障检测权值相应的测试点选择为第一故障检测测试点。
在步骤S303，确定与选择的测试点相应的列中是否存在元素值0。当确定与选择的测试点相应的列中存在元素值0时，进行到步骤S304，否则结束流程。
在步骤S304，使用与选择的故障检测测试点相应的列中的元素值将相关性矩阵划分为由与该列中元素值为0的元素相应的行所构成的第一子矩阵和由与该列中元素值为1的元素相应的行所构成的第二子矩阵。
在步骤S305，计算第一子矩阵中的各个测试点的第二故障检测权值。应注意的是，在后续计算故障检测权值时，使用由与和选择的故障检测测试点相应的列中元素值为0的元素相应的行所构成的子矩阵来计算故障检测权值。
在步骤S306，将与最大的第二故障检测权值相应的测试点选择为第二故障检测测试点。
返回到步骤S303，继续确定与第二故障检测测试点相应的列中是否存在元素值0。然后重复上述计算、确定和划分步骤直至与选择的故障检测测试点相应的列中不存在元素值为0的元素为止。
作为示例，假设简化后的相关性矩阵为D＝[dij]m×n，可以使用下面等式(1)来计算第j个测试点的故障检测权值WFDj：
其中，m表示相关性矩阵的行数，dij表示相关性矩阵中的元素值。
在计算出各测试点的WFD之后，从计算的WFD值中选择最大的WFD将与选择的WFD相应的测试点为第一个用于检测的测试点，其对应的列矩阵为：
Tj＝[d1j d2j ... dmj]T
利用Tj中的元素值将简化的相关性矩阵一分为二，获得两个子矩阵：
第一子矩阵：
和第二子矩阵：
其中，
为与Tj相应的列中元素值为0的元素所对应的行构成的子矩阵，
为与Tj相应的列中元素值等于1的元素所对应的行构成的子矩阵，a为与Tj相应的列中元素值为0的元素的个数，p为选用测试点的序号。
在选出第一个用于检测的测试点后，p为1。如果
的行数不等于0(即a≠0)，则针对
使用
中的元素值计算WFD值，从计算的WFD值中再次选择最大的WFD将与选择的WFD相应的测试点为第二个故障检测测试点。重复上述过程，直到与选择的用于检测的测试点相应的列矩阵中不再有为0的元素为止。
根据本公开的实施例，在风力发电机组的水冷系统中，根据上述方法可以选择用于监测泵站出水管流量的测试点、用于监测一体机出风口温度的测试点、用于监测一体机风扇流量的测试点、用于监测机舱热端换热器进出口温度并监测机舱换热器送风量的测试点、以及监测液压油温的测试点作为故障检测测试点。通过选择上述测试点可以检测到所有的被测单元故障引起的系统故障(除以下四个故障外：液压油水换热器流量下降、机舱热端换热器风扇风量不足、机舱热端换热器风扇噪音过大、一体机风扇噪音过大)。如果上述测试点均正常，则表明系统无故障(除以下四个故障外：液压油水换热器流量下降、机舱热端换热器风扇风量不足、机舱热端换热器风扇噪音过大、一体机风扇噪音过大)。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
图4是根据本公开的示例性实施例的选择故障隔离测试点的方法的流程图。
参照图4，在步骤S401，根据简化的相关性矩阵中的元素值计算该相关性矩阵中的各个测试点的第一故障隔离权值。
在步骤S402，将与最大的第一故障隔离权值相应的测试点选择为第一故障隔离测试点。
在步骤S403，使用与第一故障隔离测试点相应的列中的元素值将简化的相关性矩阵划分为由与该列中元素值为0的元素相应的行所构成的第三子矩阵和由与该列中元素值为1的元素相应的行所构成的第四子矩阵。
在步骤S404，确定划分的子矩阵是否全部为行矩阵。当确定划分的子矩阵不是全部为行矩阵时，进入步骤S405，计算第三子矩阵和第四子矩阵中的各个测试点的第二故障隔离权值，否则，结束流程。
在步骤S406，将与最大的第二故障隔离权值相应的测试点选择为第二故障隔离测试点。针对划分的子矩阵重复上述划分、确定和计算步骤直至划分的子矩阵全部为行矩阵。应注意的是，在划分子矩阵时，针对前一次划分的子矩阵中的每个子矩阵再次进行划分。
作为示例，假设简化后的相关性矩阵为D＝[dij]m×n，可以使用下面等式(2)计算第j个测试点的故障隔离权值WFI：
式中：
为与Tj相应的列中元素值为1的个数，
为与Tj相应的列中元素值为0的个数，Z为矩阵数，Z≤2P，P为已选择为用于故障隔离的测试点数量。
在计算出各个测试点的WFI之后，从计算的WFI中选择与最大的WFI相应的测试点Tj为第一故障隔离测试点，其对应的列矩阵为：
Tj＝[d1j d2j ... dmj]T
利用Tj中的元素值将简化的相关性矩阵一分为二，获得两个子矩阵：
第三子矩阵：
和第四子矩阵：
其中，
为与Tj相应的列中元素值为0的元素所对应的行构成的子矩阵，
为与Tj相应的列中元素值等于1的元素所对应的行构成的子矩阵，a为与Tj相应的列中元素值为0的元素的个数，p为选用测试点的序号。
在未对简化的相关性矩阵进行划分时，只存在一个矩阵，当选择出第一个故障隔离测试点后，p值为1，在对简化的相关性矩阵划分后，Z值为2。然后针对第三子矩阵
和第四子矩阵
计算WFI值，从中选择与最大WFI相应的测试点为第二个故障隔离测试点，按照上述划分方式再对第三和第四子矩阵进行划分。重复上述过程，直到各个子矩阵全部变为行矩阵为止，即完成了故障隔离测试点的选择过程。
在选择故障隔离用测试点中，可以首先将选择的故障检测测试点作为故障隔离测试点，然后针对其他测试点，通过计算测试点的故障隔离权值WFI进行选择。
根据本公开的实施例，在风力发电机组的水冷系统中，由于前面已经选择出故障检测测试点，所以可以直接将选择的故障检测测试点作为故障隔离测试点。对于其他测试点，根据上述方法可以选择用于监测油水换热器冷却液流量的测试点、用于监测一体机换热器水流量的测试点、用于泵站底部集水盘设置水浸绳的测试点、用于一体机底部设置水浸绳的测试点、用于液压站底部设置水浸绳的测试点以及用于监测蒸发器温度的测试点作为另外的故障隔离测试点。如果要求隔离出全部器件故障，故障隔离用测试点的选取顺序应被设置为用于监测油水换热器冷却液流量的测试点、用于监测一体机换热器水流量的测试点、用于泵站底部集水盘设置水浸绳的测试点、用于一体机底部设置水浸绳的测试点、用于液压站底部设置水浸绳的测试点以及用于监测蒸发器温度的测试点作为另外的故障隔离测试点。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
在步骤S104，根据选择的故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案。在选择出故障检测测试点和故障隔离测试点后，通过综合考虑选择出的各个测试点的技术可行性、实施难度、测试成本等问题，从选择的故障检测测试点和故障隔离测试点中选择最终测试点。根据选择的最终测试点和各个部件的全部失效模式重新建立相关性矩阵。
从重新建立的相关性矩阵中分类出适用于检测单个部件的单个失效模式并进行故障隔离的单点测试点。单点测试点可以表示仅能识别一个部件是否失效的测试点。作为示例，在重新建立的相关性矩阵中，分别计算与该矩阵中的各个测试点分别相应的各个列中的元素值之和，如果一个测试点所对应的列中的元素值的和值为1，则表示该测试点只能识别一个部件是否失效，也就是说，通过该测试点可以检测到单个部件并且将故障隔离到单个部件失效。
根据本公开的实施例，在风力发电机组的水冷系统中，单点测试点可以包括位于泵站出口处的用于测试水温的测试点、位于一体机风扇处的用于测试转速的测试点、位于泵站底部集水盘处的用于测试是否发生泄漏的测试点、位于一体机底部的用于测试是否发生泄漏的测试点、用于测试机舱换热器支路电动球阀开度反馈信号的测试点、用于测试液压支路电动球阀开度反馈信号的测试点。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
在分类出单点测试点后，根据单点测试点与相应的失效模式之间的关系进行故障逻辑定义。例如，假设测试点T1为单点测试点，从表1和2可以获取测试点T1与失效模式1.1之间的故障逻辑，即通过测试点T1检测并隔离出失效模式1.1，根据失效模式1.1可以获知当温差大于阈值时，外冷散热器散热能力下降。上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
此外，从重新建立的相关性矩阵中分类出适用于检测一组部件的多个失效模式并进行故障隔离的多点测试点。多点测试点可以表示能够识别多个部件是否失效的测试点。作为示例，在重新建立的相关性矩阵中，分别计算与该矩阵中的各个测试点分别相应的各个行中的元素值之和，如果一行中的元素值的和为1，则表示与该行相应的失效模式只能被一个测试点检测到。然后对与仅能被一个测试点检测到的失效模式相应的行进行比较，确定这些行中是否包括具有一一对应的元素值的相同的行。如果存在相同的行，并且与相同行相应的失效模式的数量等于相应测试点所能检测到的全部失效模式的数量(即该测试点在上一步求和的值)，则表示该测试点只能检测到这一组失效模式，即通过该测试点能够检测一组失效模式并且故障隔离到一组部件失效。
根据本公开的实施例，在风力发电机组的水冷系统中，多点测试点可以包括位于机舱底部位置最低处的用于测试是否发生泄漏的测试点。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
在分类出多点测试点后，根据多点测试点与相应的失效模式之间的关系进行故障逻辑定义。根据实施例，在风力发电机组的水冷系统中，可以利用位于机舱底部位置最低处的用于测试是否发生泄漏的测试点来判断以下事件中的至少一个事件是否发生：机舱底部有积水、机舱热端换热器进水管件发生泄漏、机舱热端散热器发生泄漏、热端换热器出口到冷端换热器的管件发生泄漏、一体机的进水管件发生泄漏、泵站到电动球阀的管件(将泵站加压后的冷却液输送至主轴承、液压支路)发生泄漏、电动球阀(控制液压冷却支路流量)发生泄漏、电动球阀(控制机舱回路流量)发生泄漏、泵站到液压油水换热器进水管件发生泄漏、泵站到一体机的出水管件发生泄露。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
在分类出单点测试点和多点测试点后，从重新建立的相关性矩阵中删除单点测试点和与单点测试点相应的失效模式以及多点测试点和与多点测试点相应的失效模式，以形成新相关性矩阵，然后从新相关性矩阵中选择新故障检测测试点和与新故障检测测试点相应的新故障隔离测试点。这里，选择新故障检测测试点的方法与步骤S301至步骤S306相似，可以参照图3来选择新故障检测测试点。选择出的新故障检测测试点可对全部部件失效模式进行检测。在选择出新故障检测测试点后，针对选择的每个故障检测测试点，采用与图4示出的方法来分别选择相应的新故障隔离测试点。也就是说，当一个新故障检测测试点检测到部件失效时，需要多个相应的新故障隔测试点进行故障隔离。
根据本公开的实施例，在风力发电机组的水冷系统中，新故障检测测试点可以包括用于测试主轴承外圈温度的测试点、用于测试机舱温度的测试点以及位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点。与用于测试主轴承外圈温度的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括用于测试机舱温度的测试点、位于换热器出口处的用于测试水温的测试点、位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点以及位于主轴承空调一体机风路出口处的用于测试温度的测试点。与用于测试机舱温度的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点、位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点以及用于测试主轴承外圈温度的测试点。与位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点相应的新故障隔离测试点可以包括用于测试主轴承外圈温度的测试点和用于测试机舱温度的测试点。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
根据新故障检测测试点和相应的新故障隔离测试点与相应的失效模式进行故障逻辑定义。根据实施例，在风力发电机组的水冷系统中，当由用于测试主轴承外圈温度的测试点所测量的主轴承温度高于设定值时，如果由用于测试机舱温度的测试点所测量的温度高于另一设定值，则确定以下事件中的至少一个事件发生：外冷散热器流量不足或发生泄漏、泵站进水管件流量下降或发生泄漏、泵站出口流量不足、液压油水换热器发生泄漏。当由位于液压一次水冷油路出口处的测试点所测量的液压温度高于预定值时，如果由用于测试机舱温度的测试点所测量的温度高于另一预定值，则确定以下事件中的至少一个事件是否发生：液压温度高、外冷散热器流量不足或泄漏、泵站进水管件流量下降或泄漏、泵站出口流量不足、液压油水换热器泄漏。然而，上述示例仅是示例性的，本公开不限于此。
根据上述单点测试点、多点测试点以及其他故障检测测试点和故障隔离测试点的信息可以获知所需测试点的布置位置以及数量，从而进行提供关于硬件的设计方案。例如，传感器在风里发电机组的水冷系统冷却回路中的布局、安装等。根据上述定义的测试点与失效模式之间的故障逻辑进行软件设计，编写故障诊断程序。这样，可以形成一个完整的故障诊断方案设计。
在步骤S105，使用故障诊断方案来检测和隔离出水冷系统冷却回路中发生故障的部件。在设计完故障诊断方案后，可以执行风力发电机组的将要进行故障诊断的回路中的故障部件的检测和隔离。
图5是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断装置的框图。
参照图5，故障诊断装置500可以包括相关性矩阵模块501、选择模块502、设计模块503和诊断模块。故障诊断装置500中的每个模块可以由一个或多个模块来实现，并且对应模块的名称可根据模块的类型而变化。在各种实施例中，可以省略故障诊断装置500中的一些模块，或者还可包括另外的模块。此外，根据本公开的各种实施例的模块/元件可以被组合以形成单个实体，并且因此可等效地执行相应模块/元件在组合之前的功能。
相关性矩阵模块501可以基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，并且对建立的相关性矩阵进行简化。
相关性矩阵模块501可以对水冷系统冷却回路中的各个部件进行失效模式与影响分析来获取各个部件中的每个部件的失效模式，并且基于所述失效模式和与所述失效模式相应的测试点来建立该相关性矩阵。
在建立相关性矩阵中，可以用矩阵的行表示测试点，用矩阵的列表示失效模式，如果特定测试点能够测量特定部件的特定失效模式，则将该矩阵中的元素值设置为1，如果特定测试点不能测量特定部件的特定失效模式，则将该矩阵中的元素值设置为0。建立的相关性矩阵的模型可以参照表2所示。
相关性矩阵模块501比较建立的相关性矩阵的各个列并且确定各个列中的具有相同元素值的列，从与具有相同元素值的列相应的测试点中选择最优测试点，并且从具有相同元素值的列中删除除了与最优测试点相应的列之外的其他列。此外，相关性矩阵模块501比较建立的相关性矩阵的各个行并且确定各个行中的具有相同元素值的行，然后将所述具有相同元素值的行合并为一行。对于相关性矩阵的矩阵可以参照步骤S102的方法实现。
选择模块502可以从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点。选择模块502根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至与选择的故障检测测试点相应的列中不存在元素值为0的元素为止，从而完成故障检测测试点的选择。然后选择模块502根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至划分的子矩阵全部为行矩阵为止，从而完成故障隔离点的选择。
具体地，选择模块502根据简化的相关性矩阵中的元素值计算该相关性矩阵中的各个测试点的第一故障检测权值并将与最大的第一故障检测权值相应的测试点选择为第一故障检测测试点，确定与第一故障检测测试点相应的列中是否存在元素值0，当确定与第一故障检测测试点相应的列中存在元素值0时，使用与第一故障检测测试点相应的列中的元素值将简化的相关性矩阵划分为由与该列中元素值为0的元素相应的行所构成的第一子矩阵和由与该列中元素值为1的元素相应的行所构成的第二子矩阵，计算第一子矩阵中的各个测试点的第二故障检测权值并且将与最大的第二故障检测权值相应的测试点选择为第二故障检测测试点，重复上述确定、计算和划分步骤直至与选择的故障检测测试点相应的列中不存在元素值为0的元素为止。可以参照图3来选择故障检测测试点。
选择模块502可以根据简化的相关性矩阵中的元素值计算该相关性矩阵中的各个测试点的第一故障隔离权值并将与最大的第一故障隔离权值相应的测试点选择为第一故障隔离测试点，使用与第一故障隔离测试点相应的列中的元素值将简化的相关性矩阵划分为由与该列中元素值为0的元素相应的行所构成的第三子矩阵和由与该列中元素值为1的元素相应的行所构成的第四子矩阵，确定划分的子矩阵是否全部为行矩阵。当划分的子矩阵不是全部为行矩阵时，计算第三子矩阵和第四子矩阵中的各个测试点的第二故障隔离权值并且将与最大的第二故障隔离权值相应的测试点选择为第二故障隔离测试点。针对划分的子矩阵重复上述划分、确定和计算步骤直至划分的子矩阵全部为行矩阵。可以参照图4来选择故障隔离测试点。
设计模块503根据选择的故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案。首先，设计模块503基于技术可行性、实施难度和测试成本从所述故障检测测试点和故障隔离测试点中选择最终测试点，并且根据最终测试点和全部失效模式重新建立相关性矩阵。可选地，可以使用相关性矩阵模块501来重新建立相关性矩阵。设计模块503可以从重新建立的相关性矩阵中分类出适用于检测单个部件的单个失效模式并进行故障隔离的单点测试点以及适用于检测一组部件的多个失效模式并进行故障隔离的多点测试点。可选地，可以使用选择模块502来选择单点测试点和多点测试点。
此外，设计模块503从重新建立的相关性矩阵中删除单点测试点和与单点测试点相应的失效模式以及多点测试点和与多点测试点相应的失效模式，以形成新相关性矩阵。可选地，可以使用相关性矩阵模块501来建立该新相关性矩阵。然后设计模块503从该新相关性矩阵中选择新故障检测测试点和与所述新故障检测测试点相应的新故障隔离测试点。可选地，可以使用选择模块502来选择新故障检测测试点和新故障隔离测试点。
接下来，设计模块503根据单点测试点与相应的失效模式之间的关系进行故障逻辑定义，根据多点测试点与相应的失效模式之间的关系进行故障逻辑定义以及根据新故障检测测试点和相应的新故障隔离测试点与相应的失效模式进行故障逻辑定义。这里，可以在每选择出一种类型的测试点后，对相应类型的测试点进行逻辑定义。
设计模块503根据单点测试点、多点测试点、新故障检测测试点和新故障隔离测试点进行硬件设计并且根据故障逻辑进行软件设计，从而形成一个完整的故障诊断方案。
诊断模块504可以使用设计的故障诊断方案来检测和隔离出风力发电机组的水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
图6是根据本公开的示例性实施例的风力发电机组水冷系统的故障诊断系统的框图。其中，水冷系统603的结构如图2所示，分别对机舱环境、液压变桨系统以及主轴承进行冷却。该故障诊断系统包括处理器601和诊断单元602，其中，处理器601用于基于风力发电机组水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，对建立的相关性矩阵进行简化，从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点，根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；诊断单元602用于使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
在图6的示例中处理器601设置在机舱内。本公开不限于此，在其他示例中，处理器601可以设置在塔底，或者设置在风电场的集中控制器内。处理器601可以用PLC或者FPGA实现，也可以集成在风电场的服务器内。
本技术领域技术人员可以理解，本公开包括涉及用于执行本公开中所述操作/步骤中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(ErasableProgrammable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
使用本公开的分析方案可以针对风力发电机组水冷系统进行故障测试，针对风力发电机组的三末端集中水冷系统结构的复杂性，能够快速地对发生的故障进行定位并且有效地隔离故障部件，从而避免故障停机。
虽然本公开是参照其示例性的实施例被显示和描述的，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种改变。
Claims (16)
1.一种风力发电机组水冷系统的故障诊断方法，其特征在于，所述水冷系统分别对机舱环境、液压变桨系统以及主轴承进行冷却，
所述方法包括：
基于风力发电机组水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵；
对建立的相关性矩阵进行简化；
从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点；
根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；
使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水冷系统的冷却液由泵站泵出，经过机舱、液压变桨系统和主轴承三个热端散热单元，将机舱、液压变桨和主轴承三个位置产生的热量带走，吸热后的冷却液流经外冷散热器，通过被动散热的方式与机舱外界空气进行热交换，冷却后的冷却液分别流回三个热端散热单元，实现对机舱环境、液压变桨以及主轴承的持续散热功能。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设计故障诊断方案的步骤包括：
从所述故障检测测试点和故障隔离测试点中选择最终测试点；
根据所述最终测试点和所述失效模式重新建立相关性矩阵；并且
从重新建立的相关性矩阵中分类出适用于检测单个部件的单个失效模式并进行故障隔离的单点测试点以及适用于检测一组部件的多个失效模式并进行故障隔离的多点测试点。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述单点测试点包括位于泵站出口处的用于测试水温的测试点、位于一体机风扇处的用于测试转速的测试点、位于泵站底部集水盘处的用于测试是否发生泄漏的测试点、位于一体机底部的用于测试是否发生泄漏的测试点、用于测试机舱换热器支路电动球阀开度反馈信号的测试点、用于测试液压支路电动球阀开度反馈信号的测试点。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多点测试点包括位于机舱底部位置最低处的用于测试是否发生泄漏的测试点。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，设计故障诊断方案的步骤还包括：
从重新建立的相关性矩阵中删除所述单点测试点和与所述单点测试点相应的失效模式以及所述多点测试点和与所述多点测试点相应的失效模式，以形成新相关性矩阵；并且
从所述新相关性矩阵中选择新故障检测测试点和与所述新故障检测测试点相应的新故障隔离测试点。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述新故障检测测试点包括用于测试主轴承外圈温度的测试点、用于测试机舱温度的测试点以及位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，与用于测试主轴承外圈温度的测试点相应的新故障隔离测试点包括用于测试机舱温度的测试点、位于换热器出口处的用于测试水温的测试点、位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点以及位于主轴承空调一体机风路出口处的用于测试温度的测试点。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，与用于测试机舱温度的测试点相应的新故障隔离测试点包括位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点、位于机舱内部散热器出口处的用于测试温度的测试点以及用于测试主轴承外圈温度的测试点。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，与位于液压一次水冷油路出口处的用于测试水温的测试点相应的新故障隔离测试点包括用于测试主轴承外圈温度的测试点和用于测试机舱温度的测试点。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，建立相关性矩阵的步骤包括：
对所述水冷系统冷却回路中的各个部件进行失效模式与影响分析来获取所述各个部件中的每个部件的失效模式；
基于所述失效模式和与所述失效模式相应的测试点来建立该相关性矩阵。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对建立的相关性矩阵进行简化的步骤包括：
比较建立的相关性矩阵的各个列并且确定所述各个列中的具有相同元素值的列；
从与所述具有相同元素值的列相应的测试点中选择最优测试点；
从所述具有相同元素值的列中删除除了与所述最优测试点相应的列之外的其他列。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，选择故障隔离测试点的步骤包括：
根据简化的相关性矩阵中的元素值对该相关性矩阵进行计算和划分，直至划分的子矩阵全部为行矩阵为止，从而完成故障隔离点的选择。
14.一种风力发电机组水冷系统的故障诊断装置，其特征在于，所述装置包括：
相关性矩阵模块，用于基于风力发电机组的水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，并且对建立的相关性矩阵进行简化；
选择模块，用于从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点；
设计模块，用于根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；以及
诊断模块，用于使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
15.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序包括用于执行如权利要求1-13中的任一项所述方法的指令。
16.一种风力发电机组水冷系统的故障诊断系统，其特征在于，
所述水冷系统分别对机舱环境、液压变桨系统以及主轴承进行冷却；
所述故障诊断系统包括处理器和诊断单元，其中，
所述处理器用于基于风力发电机组水冷系统冷却回路中的各个部件建立针对失效模式和测试点的相关性矩阵，对建立的相关性矩阵进行简化，从简化的相关性矩阵中选择故障检测测试点和故障隔离测试点，根据所述故障检测测试点和故障隔离测试点来设计故障诊断方案；
所述诊断单元用于使用所述故障诊断方案来检测和隔离出所述水冷系统冷却回路中发生故障的部件。
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