CN113586366B - 一种风机变桨系统故障监测方法及系统 - Google Patents

一种风机变桨系统故障监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于风机运行状态监测领域，特别涉及一种风机变桨系统故障监测方法及系统。一种风机变桨系统故障监测方法，包括以下步骤：采集各叶片变桨调节系统的工作参数；根据各叶片变桨调节系统工作参数确定对应叶片变桨系统调节状态；根据各风机变桨系统调节状态进行预警。本发明能有效地填补行业空白，易于实施，能对叶片变桨调节系统进行实时状态检测、状态判断以及故障预警，可以有效避免三个变桨的角度不同步造成的风电机组的发电效率降低、设备损坏等后果，造成风机的运维水平及经济效益。

Description

一种风机变桨系统故障监测方法及系统
技术领域
本发明属于风机运行状态监测领域，特别涉及一种风机变桨系统故障监测方法及系统。
背景技术
近年来，风力发电行业快速发展，相应的风电机组运维水平较风电装机容量的发展较为滞后。相比火电这一传统电力行业来说，风电机组的状态监测、故障诊断、只能维护等技术仍存在着很大的提升空间。而风机的变桨系统作为风电机组的核心组成部分之一，担任着实时调节叶片的浆距角，提高风能利用率、稳定发电机的输出功率等重要功能。但是，该系统较容易出现齿轮或者齿轮带的严重磨损现象，导致三个变桨的角度出现不同步的情况，这种情况下，不仅会影响风电机组的发电效率，还可能发展成设备损坏，造成严重经济损失。目前行业中仍缺乏较理想的风机变桨系统故障监测方法。
发明内容
本发明提供一种风机变桨系统故障监测方法及系统，以解决因变桨角度不同步导致降低发电效率，损坏设备的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风机变桨系统故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取各叶片变桨调节系统的工作参数；
根据各叶片变桨调节系统的工作参数确定对应叶片变桨系统调节状态；
根据各风机变桨系统调节状态进行预警。
本发明的进一步改进在于：叶片变桨调节系统的数量与叶片的数量相同，皆为3个。
本发明的进一步改进在于：所述工作参数包括叶片变桨调节系统的电流参数与攻角参数。
本发明的进一步改进在于：根据电流参数确定对应叶片变桨系统调节状态时，具体包括以下步骤：
根据公式：
Figure BDA0003268482160000021
确定叶片变桨调节系统的电流差百分比，其中Da为第a叶片变桨调节系统电流，Db为第b叶片变桨调节系统电流，dlca-b为第a叶片变桨调节系统电流与第b叶片变桨调节系统电流的电流差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
预设dlc0＜dlc1＜dlc2为风机电流差百分比设定值，将dlc≤dlc0设为电流第一等级；将dlc0＜dlc≤dlc1设为电流第二等级；将dlc1＜dlc≤dlc2设为电流第三等级；将dlc＞dlc2设为电流第四等级，叶片变桨调节系统调节状态所对应的故障严重程度：电流第一等级<电流第二等级<电流第三等级<电流第四等级。
本发明的进一步改进在于：根据攻角参数确定对应叶片变桨系统调节状态时，具体包括以下步骤：
根据公式：
Figure BDA0003268482160000022
确定叶片变桨调节系统的攻角差百分比，其中αa为第a叶片变桨调节系统攻角，αb为第b叶片变桨调节系统攻角，kdca-b为第a叶片变桨调节系统攻角与第b叶片变桨调节系统攻角的攻角差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
预设kdc0＜kdc1＜kdc2为风机攻角差百分比设定值，将kdc≤kdc0设为攻角第一等级；将kdc0＜kdc≤kdc1设为攻角第二等级；将kdc1＜kdc≤kdc2设为攻角第三等级；将kdc＞kdc2设为攻角第四等级，叶片变桨调节系统调节状态所对应的故障严重程度：攻角第一等级<攻角第二等级<攻角第三等级<攻角第四等级。
本发明的进一步改进在于：当出现电流第二等级或攻角第二等级时，开始报警。
本发明的进一步改进在于：报警同时记录叶片变桨调节系统电流、叶片变桨调节系统攻角、电流差百分比和攻角差百分比的趋势曲线。
一种风机变桨系统故障监测系统，包括：
叶片变桨调节系统参数采集模块，用于获取各叶片变桨调节系统的工作参数；
叶片变桨系统调节状态确定模块，用于根据各叶片变桨调节系统的工作参数确定对应叶片变桨系统调节状态；
预警模块，用于根据各风机变桨系统调节状态进行预警。
本发明的进一步改进在于：叶片变桨调节系统参数采集模块用于采集各个叶片变桨调节系统的电流参数和攻角参数。
本发明的进一步改进在于：叶片变桨系统调节状态确定模块，用于计算电流差百分比和攻角差百分比，并将计算得到的电流差百分比和攻角差百分比与预设的从一到四逐渐增大的四个电流等级和四个攻角等级进行比较，当出现大于等于第二电流等级或第二攻角等级时，发出信号给预警模块。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种风机变桨系统故障监测方法的方法流程图；
图2为本发明一种风机变桨系统故障监测系统的结构图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
本发明一种风机变桨系统故障监测方法，该方法易于实施，能对变桨系统进行实时状态监测、状态判断以及故障预警。可以有效避免三个变桨的角度不同步造成的风电机组的发电效率降低、设备损坏等后果，造成风机的运维水平及经济效益。
如图1所示，一种风机变桨系统的故障监测方法，包括以下步骤：
获取第一叶片变桨调节系统的第一叶片变桨调节系统参数；第一叶片变桨调节系统参数包括第一叶片变桨调节系统电流以及第一叶片变桨调节系统攻角；
获取第二叶片变桨调节系统的第二叶片变桨调节系统参数；第二叶片变桨调节系统参数包括第二叶片变桨调节系统电流以及第二叶片变桨调节系统攻角；
获取第三叶片变桨调节系统的第三叶片变桨调节系统参数；第三叶片变桨调节系统参数包括第三叶片变桨调节系统电流以及第三叶片变桨调节系统攻角；
根据第一叶片变桨调节系统参数、第二叶片变桨调节系统参数以及第三叶片变桨调节系统参数确定变桨系统调节状态；
根据第一叶片变桨调节系统电流、第二叶片变桨调节系统电流和第三叶片变桨调节系统电流确定叶片变桨调节系统电流差百分比；根据第一叶片变桨调节系统攻角、第二叶片变桨调节系统攻角和第三叶片变桨调节系统攻角确定叶片变桨调节系统攻角差百分比；根据叶片变桨调节系统电流差百分比以及叶片变桨调节系统攻角差百分比确定变桨系统调节状态。
根据第一叶片变桨调节系统电流、第二叶片变桨调节系统电流以及第三叶片变桨调节系统电流确定叶片变桨调节系统电流差百分比，具体包括：根据公式：
Figure BDA0003268482160000051
确定叶片变桨调节系统的电流差百分比，其中Da为第a叶片变桨调节系统电流，Db为第b叶片变桨调节系统电流，dlca-b为第a叶片变桨调节系统电流与第b叶片变桨调节系统电流的电流差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
表1根据电流差百分比划分的叶片变桨调节系统状态表序号
序号 条件 电流等级
1 dlc≤dlc0 第一等级
2 dlc0＜dlc≤dlc1 第二等级
3 dlc1＜dlc≤dlc2 第三等级
4 dlc＞dlc2 第四等级
其中，dlc0、dlc1、dlc2为风机电流差百分比设定值，叶片变桨调节系统状态所对应的故障严重程度：第一等级<第二等级<第三等级<第四等级。
根据第一叶片变桨调节系统攻角、第二叶片变桨调节系统攻角以及第三叶片变桨调节系统攻角确定叶片变桨调节系统攻角差百分比，具体包括：根据公式：
Figure BDA0003268482160000052
确定叶片变桨调节系统的攻角差百分比，其中αa为第a叶片变桨调节系统攻角，αb为第b叶片变桨调节系统攻角，kdca-b为第a叶片变桨调节系统攻角与第b叶片变桨调节系统攻角的攻角差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
表2根据攻角差百分比划分的叶片变桨调节系统状态表
序号 条件 攻角等级
1 kdc≤kdc0 第一等级
2 kdc0＜kdc≤kdc1 第二等级
3 kdc1＜kdc≤kdc2 第三等级
4 kdc＞kdc2 第四等级
其中，kdc0、kdc1、kdc2为叶片变桨调节系统攻角差百分比设定值，叶片变桨调节系统调节状态所对应的故障严重程度：第一等级<第二等级<第三等级<第四等级。
根据第一叶片变桨调节系统参数、第二叶片变桨调节系统参数以及第三叶片变桨调节系统参数确定变桨系统调节状态，具体包括：根据叶片变桨调节系统电流差百分比确定叶片变桨调节系统电流差百分比等级范围；叶片变桨调节系统电流差百分比等级范围包括多个电流等级，每个电流等级对应一个电流状态；根据叶片变桨调节系统攻角差百分比确定叶片变桨调节系统攻角差百分比等级范围；叶片变桨调节系统攻角差百分比范围包括多个攻角等级，每个攻角等级对应一个攻角状态；根据攻角等级以及攻角状态确定变桨系统调节状态。
根据变桨系统调节状态进行预警。
根据表1和表2，当叶片变桨调节系统调节状态出现任一第二等级时，说明叶片变桨调节系统出现故障立即进行报警并记录事件；记录内容包括：叶片变桨调节系统电流、叶片变桨调节系统攻角、电流差百分比、攻角差百分比及每班的趋势曲线。
关于权限设置：
1)运行值班员可监视页面状态显示，可从页面显示查找每个点每班的报警记录。
2)运行专工可每班查看报警事件统计表。
3)后台设定(人工输入)，只有厂家的设计人员能够操作。
实施例2
如图2所示，一种风机变桨系统故障监测系统系统，包括：
叶片变桨调节系统参数采集模块1；
变桨调节系统参数获取模块1包括：第一叶片变桨调节系统参数获取模块、第二叶片变桨调节系统参数获取模块和第三叶片变桨调节系统参数获取模块；
第一叶片变桨调节系统参数获取模块，用于获取第一叶片变桨调节系统的第一叶片变桨调节系统参数；第一叶片变桨调节系统参数包括第一叶片变桨调节系统电流以及第一叶片变桨调节系统攻角；
第二叶片变桨调节系统参数获取模块，用于获取第二叶片变桨调节系统的第二叶片变桨调节系统参数；第二叶片变桨调节系统参数包括第二叶片变桨调节系统电流以及第二叶片变桨调节系统攻角；
第三叶片变桨调节系统参数获取模块，用于获取第三叶片变桨调节系统的第三叶片变桨调节系统参数；第三叶片变桨调节系统参数包括第三叶片变桨调节系统电流以及第三叶片变桨调节系统攻角；
叶片变桨系统调节状态确定模块2，用于根据第一叶片变桨调节系统参数、第二叶片变桨调节系统参数及第三叶片变桨调节系统参数确定变桨系统调节状态；
叶片变桨系统调节状态确定模块2具体包括：叶片变桨调节系统电流差百分比确定单元，用于根据第一叶片变桨调节系统电流、第二叶片变桨调节系统电流以及第三风机电流确定变桨调节系统电流差百分比；叶片变桨调节系统攻角差百分比确定单元，用于根据第一叶片变桨调节系统攻角、第二叶片变桨调节系统攻角以及第三风机攻角确定变桨调节系统攻角差百分比；变桨系统调节状态确定单元，用于根据变桨调节系统电流差百分比以及变桨调节系统攻角差百分比确定变桨系统调节状态。
叶片变桨调节系统电流差百分比确定单元具体包括：叶片变桨调节系统电流差百分比确定子单元，用于根据公式：
Figure BDA0003268482160000081
确定叶片变桨调节系统电流差百分比；其中，Da为第a叶片变桨调节系统电流，Db第b叶片变桨调节系统电流，dlca-b为第a叶片变桨调节系统电流与第b叶片变桨调节系统电流的电流差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数。
叶片变桨调节系统攻角差百分比确定单元具体包括：叶片变桨调节系统攻角差百分比确定子单元221，用于根据公式：
Figure BDA0003268482160000082
确定叶片变桨调节系统攻角差百分比；其中，∝a为第a叶片变桨调节系统攻角，∝b第b叶片变桨调节系统攻角，kdca-b为第a叶片变桨调节系统攻角与第b叶片变桨调节系统攻角的攻角差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数。
变桨系统调节状态确定单元具体包括：叶片变桨调节系统电流差百分比等级范围确定子单元，用于根据叶片变桨调节系统电流差百分比确定叶片变桨调节系统电流差百分比等级范围；叶片变桨调节系统电流差百分比等级范围包括多个电流等级，每个电流等级对应一个电流状态；叶片变桨调节系统攻角差百分比等级范围确定子单元，用于根据叶片变桨调节系统攻角差百分比确定叶片变桨调节系统攻角差百分比等级范围；叶片变桨调节系统攻角差百分比等级范围包括多个攻角等级，每个攻角等级对应一个攻角状态；变桨系统调节状态确定子单元，用于根据电流等级、电流状态、攻角等级和攻角状态确定变桨系统是否出现故障。
预警模块3，用于根据叶片变桨系统调节状态确定模块2发出的信号进行报警。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风机变桨系统故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取各叶片变桨调节系统的工作参数；
根据各叶片变桨调节系统的工作参数确定对应叶片变桨系统调节状态；
根据各风机变桨系统调节状态进行预警；
叶片变桨调节系统的数量与叶片的数量相同，皆为3个；
所述工作参数包括叶片变桨调节系统的电流参数与攻角参数；
根据电流参数确定对应叶片变桨系统调节状态时，具体包括以下步骤：
根据公式：
Figure FDA0003740690510000011
确定叶片变桨调节系统的电流差百分比，其中Da为第a叶片变桨调节系统电流，Db为第b叶片变桨调节系统电流，dlca-b为第a叶片变桨调节系统电流与第b叶片变桨调节系统电流的电流差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
预设dlc0＜dlc1＜dlc2为风机电流差百分比设定值，将dlc≤dlc0设为电流第一等级；将dlc0＜dlc≤dlc1设为电流第二等级；将dlc1＜dlc≤dlc2设为电流第三等级；将dlc＞dlc2设为电流第四等级，叶片变桨调节系统调节状态所对应的故障严重程度：电流第一等级<电流第二等级<电流第三等级<电流第四等级。
2.根据权利要求1所述的一种风机变桨系统故障监测方法，其特征在于，根据攻角参数确定对应叶片变桨系统调节状态时，具体包括以下步骤：
根据公式：
Figure FDA0003740690510000012
确定叶片变桨调节系统的攻角差百分比，其中αa为第a叶片变桨调节系统攻角，αb为第b叶片变桨调节系统攻角，kdca-b为第a叶片变桨调节系统攻角与第b叶片变桨调节系统攻角的攻角差百分比；其中，a、b为1、2、3中任意不相等两数；
预设kdc0＜kdc1＜kdc2为风机攻角差百分比设定值，将kdc≤kdc0设为攻角第一等级；将kdc0＜kdc≤kdc1设为攻角第二等级；将kdc1＜kdc≤kdc2设为攻角第三等级；将kdc＞kdc2设为攻角第四等级，叶片变桨调节系统调节状态所对应的故障严重程度：攻角第一等级<攻角第二等级<攻角第三等级<攻角第四等级。
3.根据权利要求2所述的一种风机变桨系统故障监测方法，其特征在于，当出现电流第二等级或攻角第二等级时，开始报警。
4.根据权利要求3所述的一种风机变桨系统故障监测方法，其特征在于，报警同时记录叶片变桨调节系统电流、叶片变桨调节系统攻角、电流差百分比和攻角差百分比的趋势曲线。
5.一种风机变桨系统故障监测系统，其特征在于，包括：
叶片变桨调节系统参数采集模块(1)，用于获取各叶片变桨调节系统的工作参数；
叶片变桨系统调节状态确定模块(2)，用于根据各叶片变桨调节系统的工作参数确定对应叶片变桨系统调节状态；
预警模块(3)，用于根据各风机变桨系统调节状态进行预警；
叶片变桨调节系统参数采集模块(1)用于采集各个叶片变桨调节系统的电流参数和攻角参数；
叶片变桨系统调节状态确定模块(2)，用于计算电流差百分比和攻角差百分比，将计算得到的电流差百分比和攻角差百分比与预设的从一到四逐渐增大的四个电流等级和四个攻角等级进行比较，当出现大于等于第二电流等级或第二攻角等级时，发出信号给预警模块(3)。
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