CN116971919A - 一种风电机组变桨电机异常预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种风电机组变桨电机异常预警方法及系统，包括以下步骤：步骤1，获取待测风电机组的历史数据和实时运行数据；步骤2，将得到的历史数据和实时运行数据分别进行预处理，得到两个数据集；步骤3，对得到的两个数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到两个数据集分别对应的多个变桨速度区间；步骤4，获取每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；步骤5，计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；步骤6，将得到的变桨电流均值与对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常；本发明能够更早的发现变桨电机异常，并减少变桨电机运行环境的影响，更准确的反映是否变桨电机本身运行异常。

Description

一种风电机组变桨电机异常预警方法及系统

技术领域

本发明属于风电机组变桨电机电流预警技术领域，具体涉及一种风电机组变桨电机异常预警方法及系统。

背景技术

变桨系统是变速恒频风电机组的重要组成部分，其功能是在额定风速附近，依据风速的变化实时调节叶片角度，控制吸收的机械能，在保证获得最大能量前提下，减少风力对风电机组的冲击；在故障、停机及极端天气时，变桨系统将桨叶调整到顺桨位置，实现空气动力学制动刹车，使风电机组安全停运，而变桨电机是驱动桨叶动作的核心部件，因此变桨电机必须具备高可靠性和安全性。

目前行业内对变桨电机的异常预测诊断均使用变桨电机温度作为主要研究对象，而变桨电机温度除了自身发热外，轮毂其他电气元件产生的热量、轮毂散热性能、温度传感器异常等都可能对其产生影响，并且温度数据具有一定的惰性，不能及时反映变桨电机异常，因此以变桨电机温度分析变桨电机异常出现误报及一定的滞后性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电机组变桨电机异常预警方法及系统，以变桨电机电流为研究对象，直接反映变桨电机的运行状态，可快速判断变桨电机是否异常，解决了现有的变桨电机异常诊断方法存在的误报及滞后性的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种风电机组变桨电机异常预警方法，包括以下步骤：

步骤1，获取待测风电机组的历史数据，所述历史数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流；

步骤2，将得到的历史数据进行预处理，得到数据集；

步骤3，对得到的数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到多个变桨速度区间；

步骤4，获取每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；

步骤5，获取待测风电机组的实时运行数据，并将得到的实时运行数据按照步骤2和步骤3进行处理，得到实时运行数据对应的多个变桨速度区间；

步骤6，计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；

步骤7，将得到的变桨电流均值与步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常。

优选实施例在于，步骤2中，将得到的历史数据进行预处理，得到数据集，具体方法是：

从得到的历史数据中选取将同一时刻机组处于正常发电状态、风速大于切入风速且小于切出风速，且变桨角度大于0°且小于60°的风速、变桨角度、变桨速度、变桨电机电流，组成得到数据集。

优选实施例在于，步骤3中，对得到的数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到多个变桨速度区间，具体方法是：

S301，对得到的数据集按风速以设定步距进行划分，得到多个风速区间，

S302，按变桨角度以设定步距对每个风速区间进行划分，得到多个变桨角度区间；

S303，按变桨速度以设定步距对每个变桨角度区间进行划分，得到多个变桨速度区间。

优选实施例在于，步骤4中，获取每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值，具体方法是：

计算每个变桨速度区间对应的变桨电机的电流均值和方差；

根据得到均值和方差计算得到变桨电机电流阈值。

优选实施例在于，步骤7中，将得到的变桨电流均值与步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常，具体方法是：

若得到的变桨电流均值大于步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值，则该变桨电流均值对应的变桨速度区间为异常区间；

统计异常区间的数量，其中，若异常区间数占比大于设定阈值，则该待测的风电机组变桨电机异常。

本优选实施例提供的一种风电机组变桨电机异常预警系统，包括：

数据获取单元，用于获取待测风电机组的历史数据和实时运行数据，所述数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流；

数据处理单元，用于分别将得到的历史数据和实时运行数据进行预处理，得到不同的数据集；

数据划分单元，用于对得到的两个数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到两个数据集分别对应的多个变桨速度区间；

阈值计算单元，用于获取历史数据对应的每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；

均值计算单元，用于计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；

异常判断单元，用于将得到的变桨电流均值与对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常。

优选实施例在于，数据划分单元包括：

风速划分模块，用于对得到的数据集按风速以设定步距进行划分，得到多个风速区间，

变桨角度划分单元，用于按变桨角度以设定步距对每个风速区间进行划分，得到多个变桨角度区间；

变桨速度划分单元，用于按变桨速度以设定步距对每个变桨角度区间进行划分，得到多个变桨速度区间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种风电机组变桨电机异常预警方法，获取机组SCADA历史数据，根据风速、变桨角度、变桨速度进行三维bin区间划分，对每个区间的变桨电机电流数据进行异常数据剔除后建立正常工况范围区间，然后获取机组近期待测数据，与历史数据采用相同的bin划分方式进行数据分类，然后对每个区间变桨电机电流与历史数据建立的正常工况区间进行对比，并标记该区间变桨电机电流是否异常，最后统计异常区间占比与给定的阈值比较，并给出预测结果；本发明能够更早的发现变桨电机异常，并减少变桨电机运行环境的影响，更准确的反映是否变桨电机本身运行异常。

附图说明

图1为本发明预警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种风电机组变桨电机异常预警方法，包括以下步骤：

步骤1，从SCADA系统获取待测风电机组历史数据，所述历史数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流。

步骤2，将同一时刻，机组处于正常发电状态、风速大于切入风速且小于切出风速，且变桨角度大于0°且小于60°的风速、变桨角度、变桨速度、变桨电机电流，组成数据集D1。

步骤3，对数据集D1按风速以1m步距进行区间划分，得到多个风速区间。

步骤4，对每个风速区间，按变桨角度以1°步距进行区间划分，得到多个变桨角度区间。

步骤5，对每个变桨角度区间，按变桨速度以0.1°/s步距进行区间划分，得到多个变桨速度区间，记录每个变桨速度区间对应的变桨电机电流值。

步骤6，对每个变桨速度区间的变桨电机电流使用四分位法剔除异常值，并计算每个每个变桨速度区间对应的变桨电机电流均值Mpi和方差Epi，并计算变桨电机电流阈值Thi＝Mpi+3Epi。

步骤7，从SCADA系统获取待测风电机组的实时运行数据，包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流。

步骤8，将同一时刻，机组处于正常发电状态、风速大于切入风速且小于切出风速，且变桨角度大于0°且小于60°的风速、变桨角度、变桨速度、变桨电机电流，组成数据集d1。

步骤9，按照步骤3至步骤5，将数据集d1进行区间划分，得到实时运行数据对应的多个变桨速度区间。

步骤10，对步骤9中得到的每个变桨速度区间，若数据量满足要求，则计算变桨电流均值mpi，若变桨电机电流均值大于步骤6中对应区间的变桨电机电流阈值Thi，则该区间标记为变桨电机电流异常的区间；若数据量不满足要求，则此变桨速度区间数据样本太少，随机性太大，因此抛弃此区间数据，不对此区间数据进行分析。

步骤11，统计变桨电机电流异常的区间的数量，若异常区间数比例大于设定阈值，则认为待测风电机组变桨电机异常，并触发预警。

风电机组变桨电机的电流主要由施加在叶片的载荷决定，而给叶片施加载荷的决定因素是风速、叶片角度以及变桨速度。

对数据集依次按照风速、变桨角度和变桨速度进行划分，实际是将变桨电流数据映射在四维网格模型中，即建立相似工况建模的边界条件；在四维网格模型中的每一个网格中变桨电流数据代表变桨系统在某风速区间、变桨角度区间和变桨速度区间内的样本变桨电流集合，在每一个集合中，变桨电流应服从正态分布，以99％概率分布边界确定每一个集合的数值范围，计算电流阈值范围。

根据相似建模原理，在相似的工况下，变桨系统应该有相似运行结果。因此在微小的风速区间、叶片角度区间和变桨速度区间里，变桨电机电流应该高度相似。根据变桨系统运行数据的风速、叶片角度以及变桨速度可以把变桨电机电流分类到特定的网格中，落在每一个网格的变桨电机电流应该在建模计算的电流阈值范围内，即可快速判断出变桨电机是否异常。

本优选实施例提供的一种风电机组变桨电机异常预警系统，包括：

数据获取单元，用于获取待测风电机组的历史数据和实时运行数据，所述数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流；

数据处理单元，用于分别将得到的历史数据和实时运行数据进行预处理，得到不同的数据集；

数据划分单元，用于对得到的两个数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到两个数据集分别对应的多个变桨速度区间；

阈值计算单元，用于获取历史数据对应的每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；

均值计算单元，用于计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；

异常判断单元，用于将得到的变桨电流均值与对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常。

数据划分单元包括：

风速划分模块，用于对得到的数据集按风速以设定步距进行划分，得到多个风速区间，

变桨角度划分单元，用于按变桨角度以设定步距对每个风速区间进行划分，得到多个变桨角度区间；

变桨速度划分单元，用于按变桨速度以设定步距对每个变桨角度区间进行划分，得到多个变桨速度区间。

Claims (7)

1.一种风电机组变桨电机异常预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取待测风电机组的历史数据，所述历史数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流；

步骤2，将得到的历史数据进行预处理，得到数据集；

步骤3，对得到的数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到多个变桨速度区间；

步骤4，获取每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；

步骤5，获取待测风电机组的实时运行数据，并将得到的实时运行数据按照步骤2和步骤3进行处理，得到实时运行数据对应的多个变桨速度区间；

步骤6，计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；

步骤7，将得到的变桨电流均值与步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨电机异常预警方法，其特征在于，步骤2中，将得到的历史数据进行预处理，得到数据集，具体方法是：

从得到的历史数据中选取将同一时刻机组处于正常发电状态、风速大于切入风速且小于切出风速，且变桨角度大于0°且小于60°的风速、变桨角度、变桨速度、变桨电机电流，组成得到数据集。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨电机异常预警方法，其特征在于，步骤3中，对得到的数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到多个变桨速度区间，具体方法是：

S301，对得到的数据集按风速以设定步距进行划分，得到多个风速区间，

S302，按变桨角度以设定步距对每个风速区间进行划分，得到多个变桨角度区间；

S303，按变桨速度以设定步距对每个变桨角度区间进行划分，得到多个变桨速度区间。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨电机异常预警方法，其特征在于，步骤4中，获取每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值，具体方法是：

计算每个变桨速度区间对应的变桨电机的电流均值和方差；

根据得到均值和方差计算得到变桨电机电流阈值。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组变桨电机异常预警方法，其特征在于，步骤7中，将得到的变桨电流均值与步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常，具体方法是：

若得到的变桨电流均值大于步骤4中对应区间的变桨电机电流阈值，则该变桨电流均值对应的变桨速度区间为异常区间；

统计异常区间的数量，其中，若异常区间数占比大于设定阈值，则该待测的风电机组变桨电机异常。

6.一种风电机组变桨电机异常预警系统，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于获取待测风电机组的历史数据和实时运行数据，所述数据包括机组状态、风速、变桨角度、变桨速度和变桨电机电流；

数据处理单元，用于分别将得到的历史数据和实时运行数据进行预处理，得到不同的数据集；

数据划分单元，用于对得到的两个数据集分别按风速、变桨角度和变桨速度进行划分，得到两个数据集分别对应的多个变桨速度区间；

阈值计算单元，用于获取历史数据对应的每个变桨速度区间对应的变桨电机电流阈值；

均值计算单元，用于计算实时运行数据对应的每个变桨速度区间的变桨电流均值；

异常判断单元，用于将得到的变桨电流均值与对应区间的变桨电机电流阈值进行比较，根据比较结果判断待测风电机组变桨电机是否异常。

7.根据权利要求6所述的一种风电机组变桨电机异常预警系统，其特征在于，数据划分单元包括：

风速划分模块，用于对得到的数据集按风速以设定步距进行划分，得到多个风速区间，

变桨角度划分单元，用于按变桨角度以设定步距对每个风速区间进行划分，得到多个变桨角度区间；

变桨速度划分单元，用于按变桨速度以设定步距对每个变桨角度区间进行划分，得到多个变桨速度区间。