CN115539321A - 风电机组故障模拟控制方法和故障模拟试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组故障模拟控制方法和故障模拟试验台。本发明的风电机组故障模拟控制方法包括以下步骤：S1：对风电机组植入故障，或使用有故障风险的风电机组进行故障模拟试验；S2：使用驱动系统驱动所述风电机组运行，以对所述风电机组进行加载；S3：监测所述驱动系统以及所述风电机组中转动部分的运动参数，所述运动参数包括如下至少一种，转速参数、振动参数，当所述运动参数处于设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，当所述运动参数超出所述设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。该方法能够根据运动参数判断风电机组以及驱动系统的运行状况，避免因故障劣化发生安全事故。

Description

风电机组故障模拟控制方法和故障模拟试验台

技术领域

本发明涉及故障模拟试验技术领域，具体涉及一种风电机组故障模拟控制方法和故障模拟试验台。

背景技术

风电机组的运行环境一般较为恶劣，发生故障后维护起来较为困难。而对风电机组故障发生机理的研究难以在现实中的风电场中完成，因此，一般采取建立试验室的方法进行研究。其中，风电整机故障模拟试验台就用于模拟风电机组发生的各类故障。

风电整机故障模拟试验主要是通过驱动系统对有故障风险的风电机组进行加载，在此过程中采集故障数据，并将故障数据用于指导风力发电场中风电机组的维护。在对风电机组进行故障模拟的过程中，有时会发生试验台部件失效的情况，存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

经发明人研究发现，在对风电机组进行故障模拟试验时，由于风电机组运行功率及载荷较大，模拟的故障会持续劣化，最终导致了试验台部件的失效。因此，需要通过一种方法来判断试验台部件是否即将失效，并根据判断结果执行相应操作以避免试验台部件失效。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种风电机组故障模拟控制方法，该风电机组故障模拟控制方法能够避免在故障模拟试验时，试验台部件发生失效。

本发明实施例还提出一种故障模拟试验台。

本发明实施例的风电机组故障模拟控制方法包括以下步骤：

S1：对风电机组植入故障，或使用有故障风险的风电机组进行故障模拟试验；

S2：使用驱动系统驱动所述风电机组运行，以对所述风电机组进行加载；

S3：监测所述驱动系统以及所述风电机组中转动部分的运动参数，所述运动参数包括如下至少一种，转速参数、振动参数，

当所述运动参数处于设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述运动参数超出所述设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

本发明实施例的风电机组故障模拟控制方法中，对风电机组植入故障或者使用有故障风险的风电机组进行模拟试验，能够模拟出故障对风电机组的运行产生的影响，进而对相关故障的排除积累经验。通过驱动系统驱动风电机组运行的目的在于模拟风电机组真实的运行工况，在此基础上的得到的试验数据较为准确。

监测风电机组中转动部分的运动参数目的在于判断风电机组的运行状况，当风电机组的运动参数超出设定区间时，表明故障的持续劣化已经严重影响到风电机组的正常运行，此时关闭驱动系统能够避免风电机组发生严重的故障损坏，保护试验人员。

监测驱动系统的运动参数目的在于判断驱动系统中各部件的运行状况，当驱动系统的运动参数超出设定区间时，表明风电机组故障的持续劣化导致了驱动系统中各部件即将失效，此时关闭驱动系统能够避免驱动系统中的部件失效，保护试验人员。关闭驱动系统后，可以对即将失效的部件进行更换，以便进行后续的故障模拟试验。

在一些实施例中，步骤S2中，所述驱动系统与所述风电机组之间设有连接件，所述驱动系统通过所述连接件驱动所述风电机组运行。

在一些实施例中，步骤S3中包括：分别监测所述连接件上靠近所述风电机组一端的转速a、连接件上靠近所述驱动系统一端的转速b，

当所述转速a与所述转速b的差值处于第一设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述转速a与所述转速b的差值超出所述第一设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

在一些实施例中，步骤S2中，所述驱动系统包括驱动件和传动件，所述驱动件与所述传动件的输入端连接，所述传动件的输出端与所述连接件连接。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测所述驱动件的转速c，所述传动件的输入端与输出端的传动比为i₁，

当(c×i₁)-b的值处于第二设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当(c×i₁)-b的值超出所述第二设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

在一些实施例中，所述风电机组的转动部分包括传动连接的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮与所述连接件连接。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测所述第一齿轮的转速信号d，所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比为i₂，

当(d×i₂)-a的值处于第三设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当(c×i₂)-a的值超出所述第三设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测所述第一齿轮，和/或所述第二齿轮的振动参数，

当所述振动参数处于第四设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述振动参数超出所述第四设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

本发明实施例的故障模拟试验实验台基于上述任一实施例中所述的风电机组故障模拟控制方法，所述故障模拟试验台包括驱动系统、连接件、传感器和控制系统。

所述驱动系统包括驱动件和传动件，所述驱动系统用于对风电机组进行加载；所述连接件设于所述传动件与所述风电机组之间；至少部分所述传感器设于所述驱动系统、所述连接件和所述风电机组；所述控制系统与多个所述传感器通讯连接，并适于根据所述传感器的信号控制所述驱动系统的启停。

本发明的故障模拟试验实验台中，驱动系统能够驱动风电机组运行，模拟风电机组的运行工况，再次基础上进行故障模拟试验得到的试验数据更准确。设置传感器能够监测驱动系统、风电机组以及连接件的运动参数，控制系统能够对传感器传来的运动参数进行分析，并根据分析结果控制驱动系统的启停。上述设置能够避免因风电机组故障持续劣化导致的试验台部件失效的情况发生，消除了安全隐患。

在一些实施例中，所述传感器包括第一转速传感器、第二转速传感器、第三转速传感器、第四转速传感器和振动传感器。

所述第一转速传感器设于所述驱动件，并适于监测所述驱动件的转速；所述第二转速传感器设于所述连接件上靠近所述驱动件的一端，并适于监测所述连接件上靠近所述驱动件一端的转速；所述第三转速传感器设于所述连接件上靠近所述风电机组的一端，并适于监测所述连接件上靠近所述风电机组一端的转速；所述第四转速传感器设于所述风电机组，并适于监测所述风电机组的转速；所述振动传感器设于所述风电机组的转动部分，并适于监测所述风电机组转动部分的振动参数。

附图说明

图1是本发明实施例的故障模拟试验台的示意图。

附图标记：

1、驱动系统；11、电动机；12、齿轮箱；2、联轴器；3、风电机组；31、低速齿轮；32、高速齿轮；4、第一转速传感器；5、第二转速传感器；6、第三转速传感器；7、第四转速传感器；8、振动传感器；9、控制系统。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的风电机组故障模拟控制方法包括以下步骤：

S1：对风电机组植入故障，或使用有故障风险的风电机组进行故障模拟试验。对风电机组植入故障目的在于通过模拟得出故障对风电机组运行的影响。例如，可以对风电机组的低速齿轮或高速齿轮植入故障。

S2：使用驱动系统驱动风电机组运行，以对风电机组进行加载。驱动系统能够驱动风电机组运行，对风电机组进行加载，目的在于模拟风电机组真实的运行工况。

S3：监测驱动系统以及风电机组中转动部分的运动参数，运动参数包括如下至少一种，转速参数、振动参数，

当运动参数处于设定区间内时，继续进行故障模拟试验，

当运动参数超出设定区间时，关闭驱动系统，故障模拟试验暂停。

监测风电机组中转动部分的运动参数，例如可以监测风电机组中低速齿轮与高速齿轮的转速。当风电机组正常运行时，低速齿轮的转速乘以高速齿轮与低速齿轮的传动比应该等于高速齿轮的转速；而当上述转速参数之间的差值超出设定区间时，表明低速齿轮或高速齿轮可能已经发生了严重的损坏，此时暂停模拟试验能够避免安全事故的发生。

在其它实施例中，还可以监测低速齿轮和高速齿轮的振动参数。

监测驱动系统的运动参数，例如驱动系统包括电动机和齿轮箱，可以检测电动机的转速和齿轮箱的输出转速。当电动机的转速乘以齿轮箱的变速比与齿轮箱的输出转速差值超出设定区间时，表明齿轮箱可能已经发生了严重损坏甚至即将失效，此时暂停模拟试验能够避免安全事故的发生，起到保护试验人员的效果。

本发明实施例的风电机组故障模拟控制方法中，对风电机组植入故障或者使用有故障风险的风电机组进行模拟试验，能够模拟出故障对风电机组的运行产生的影响，进而对相关故障的排除积累经验。通过驱动系统驱动风电机组运行的目的在于模拟风电机组真实的运行工况，在此基础上的得到的试验数据较为准确。

监测风电机组中转动部分的运动参数目的在于判断风电机组的运行状况，当风电机组的运动参数超出设定区间时，表明故障的持续劣化已经严重影响到风电机组的正常运行，此时关闭驱动系统能够避免风电机组发生严重的故障损坏，保护试验人员。

监测驱动系统的运动参数目的在于判断驱动系统中各部件的运行状况，当驱动系统的运动参数超出设定区间时，表明风电机组故障的持续劣化导致了驱动系统中各部件即将失效，此时关闭驱动系统能够避免驱动系统中的部件失效，保护试验人员。关闭驱动系统后，可以对即将失效的部件进行更换，以便进行后续的故障模拟试验。

在一些实施例中，步骤S2中，驱动系统与风电机组之间设有连接件，驱动系统通过连接件驱动风电机组运行。设置连接件能够将驱动系统与风电机组传动连接起来，使得驱动系统与风电机组不脱开。例如，连接件可以为联轴器，设置连接件还能起到载荷保护的作用。

在一些实施例中，步骤S3中包括：分别监测连接件上靠近风电机组一端的转速a、连接件上靠近驱动系统一端的转速b，

当转速a与转速b的差值处于第一设定区间内时，继续进行故障模拟试验，

当转速a与转速b的差值超出第一设定区间时，关闭驱动系统，故障模拟试验暂停。

通过监测连接件两端的转速，能够判断出连接件是否正常运行，避免了连接件失效导致的安全事故。

在一些实施例中，步骤S2中，驱动系统包括驱动件和传动件，驱动件与传动件的输入端连接，传动件的输出端与连接件连接。

设置传动件能够对驱动系统的输出转速或输出扭矩进行调节，便于模拟试验。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测驱动件的转速c，传动件的输入端与输出端的传动比为i₁，

当(c×i₁)-b的值处于第二设定区间内时，继续进行故障模拟试验，

当(c×i₁)-b的值超出第二设定区间时，关闭驱动系统，故障模拟试验暂停。

通过监测驱动件和传动件的转速，能构判断驱动件和传动件的运行状况是否良好，避免因驱动件、传动件损坏或失效导致的安全事故发生。

在一些实施例中，风电机组的转动部分包括传动连接的第一齿轮和第二齿轮，第二齿轮与连接件连接。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测第一齿轮的转速信号d，第一齿轮和第二齿轮的传动比为i₂，

当(d×i₂)-a的值处于第三设定区间内时，继续进行故障模拟试验，

当(c×i₂)-a的值超出第三设定区间时，关闭驱动系统，故障模拟试验暂停。

通过监测第一齿轮或第二齿轮的转速，能够判断第一齿轮或第二齿轮的运行状况，避免因故障持续劣化导致第一齿轮或第二齿轮严重受损，消除了模拟试验中的安全隐患。

在一些实施例中，步骤S3中包括：监测第一齿轮，和/或第二齿轮的振动参数，

当振动参数处于第四设定区间内时，继续进行故障模拟试验，

当振动参数超出第四设定区间时，关闭驱动系统，故障模拟试验暂停。

通过监测第一齿轮或通过监测第一齿轮或第二齿轮的振动参数，能够判断第一齿轮或第二齿轮的运行状况，避免因故障持续劣化导致第一齿轮或第二齿轮严重受损，消除了模拟试验中的安全隐患。

下面描述本发明实施例的故障模拟试验台，

本发明实施例的故障模拟试验实验台基于上述任一实施例中的风电机组3故障模拟控制方法。如图1所示，故障模拟试验台包括驱动系统1、连接件、传感器和控制系统9。

驱动系统1包括驱动件和传动件，驱动系统1用于对风电机组3进行加载；连接件设于传动件与风电机组3之间；至少部分传感器设于驱动系统1、连接件和风电机组3；控制系统9与多个传感器通讯连接，并适于根据传感器的信号控制驱动系统1的启停。

如图1所示，驱动件可以为电动机11，传动件可以为齿轮箱12，电动机11的驱动轴与齿轮箱12的输入端传动连接。连接件可以为联轴器2，联轴器2一端与齿轮箱12的输出端固定连接，联轴器2的另一端与风电机组3固定连接。风电机组3可以包括传动连接的低速齿轮31和高速齿轮32，其中低速齿轮31与联轴器2固定连接。故障模拟试验实验台工作时，电动机11通过齿轮箱12、联轴器2带动风电机组3运行，为风电机组3加载。

传感器可以设置在联轴器2上。例如传感器可以为测量转速参数的传感器，且转速传感器可以设置在联轴器2的两端，用以监测联轴器2两端的转速，进而便于控制系统9判断连接件的运行状况。转速传感器还可以设置在电动机11和齿轮箱12上，用以监测电动机11和齿轮箱12的运行状况。传感器还可以设置在风电机组3上，用以监测风电机组3的运行状。

控制系统9可以与上述传感器通讯连接，当控制系统9判断出上述转速参数中任意一个超出设定区间时，将关闭驱动系统1，起到防止风电机组3发生严重损坏以及试验台部件失效的作用，保障试验人员的安全。

在其它实施例中，传感器还可以为测量振动参数的传感器，振动传感器8可以设置在风电机组3的低速齿轮31和高速齿轮32上。

本发明的故障模拟试验实验台中，驱动系统能够驱动风电机组运行，模拟风电机组的运行工况，再次基础上进行故障模拟试验得到的试验数据更准确。设置传感器能够监测驱动系统、风电机组以及连接件的运动参数，控制系统能够对传感器传来的运动参数进行分析，并根据分析结果控制驱动系统的启停。上述设置能够避免因风电机组故障持续劣化导致的试验台部件失效的情况发生，消除了安全隐患。

在一些实施例中，传感器包括第一转速传感器4、第二转速传感器5、第三转速传感器6、第四转速传感器7和振动传感器8。

第一转速传感器4设于驱动件，并适于监测驱动件的转速；第二转速传感器5设于连接件上靠近驱动件的一端，并适于监测连接件上靠近驱动件一端的转速；第三转速传感器6设于连接件上靠近风电机组3的一端，并适于监测连接件上靠近风电机组3一端的转速；第四转速传感器7设于风电机组3，并适于监测风电机组3的转速；振动传感器8设于风电机组3的转动部分，并适于监测风电机组3转动部分的振动参数。

如图1所示，第一转速传感器4设于电动机11的驱动轴上，第二转速传感器5设于联轴器2上靠近电动机11的一端，第三转速传感器6设于联轴器2上靠近风电机组3的一端，第四转速传感器7设于风电机组3的高速齿轮32附近，并用以测量高速齿轮32的转速，振动传感器8设于低速齿轮31的附近，并用于监测风电机组3转动部分的振动参数。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对风电机组植入故障，或使用有故障风险的风电机组进行故障模拟试验；

S2：使用驱动系统驱动所述风电机组运行，以对所述风电机组进行加载；

S3：监测所述驱动系统以及所述风电机组中转动部分的运动参数，所述运动参数包括如下至少一种，转速参数、振动参数，

当所述运动参数处于设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述运动参数超出所述设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

2.根据权利要求1所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述驱动系统与所述风电机组之间设有连接件，所述驱动系统通过所述连接件驱动所述风电机组运行。

3.根据权利要求2所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S3中包括：分别监测所述连接件上靠近所述风电机组一端的转速a、连接件上靠近所述驱动系统一端的转速b，

当所述转速a与所述转速b的差值处于第一设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述转速a与所述转速b的差值超出所述第一设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

4.根据权利要求2所述风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述驱动系统包括驱动件和传动件，所述驱动件与所述传动件的输入端连接，所述传动件的输出端与所述连接件连接。

5.根据权利要求4所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S3中包括：监测所述驱动件的转速c，所述传动件的输入端与输出端的传动比为i₁，

当(c×i₁)-b的值处于第二设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当(c×i₁)-b的值超出所述第二设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

6.根据权利要求2中所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，所述风电机组的转动部分包括传动连接的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮与所述连接件连接。

7.根据权利要求6中所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S3中包括：监测所述第一齿轮的转速信号d，所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比为i₂，

当(d×i₂)-a的值处于第三设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当(c×i₂)-a的值超出所述第三设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

8.根据权利要求6中所述的风电机组故障模拟控制方法，其特征在于，步骤S3中包括：监测所述第一齿轮，和/或所述第二齿轮的振动参数，

当所述振动参数处于第四设定区间内时，继续进行所述故障模拟试验，

当所述振动参数超出所述第四设定区间时，关闭所述驱动系统，所述故障模拟试验暂停。

9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述的风电机组故障模拟控制方法的故障模拟试验台，其特征在于：所述故障模拟试验台包括：

驱动系统，所述驱动系统包括驱动件和传动件，所述驱动系统用于对风电机组进行加载；

连接件，所述连接件设于所述传动件与所述风电机组之间；

传感器，至少部分所述传感器设于所述驱动系统、所述连接件和所述风电机组；

控制系统，所述控制系统与多个所述传感器通讯连接，并适于根据所述传感器的信号控制所述驱动系统的启停。

10.根据权利要求9所述的故障模拟试验台，其特征在于，所述传感器包括：

第一转速传感器，所述第一转速传感器设于所述驱动件，并适于监测所述驱动件的转速；

第二转速传感器，所述第二转速传感器设于所述连接件上靠近所述驱动件的一端，并适于监测所述连接件上靠近所述驱动件一端的转速；

第三转速传感器，所述第三转速传感器设于所述连接件上靠近所述风电机组的一端，并适于监测所述连接件上靠近所述风电机组一端的转速；

第四转速传感器，所述第四转速传感器设于所述风电机组，并适于监测所述风电机组的转速；

振动传感器，所述振动传感器设于所述风电机组的转动部分，并适于监测所述风电机组转动部分的振动参数。

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