KR101420846B1 - Fault diagnosis of wind turbine by using active bin - Google Patents

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서윤호
김상렬
김봉기
김재승
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Abstract

The present invention relates to a method for diagnosing a fault of a wind power generator using an active bin. The purpose of the present invention is to provide the method for diagnosing a fault of a wind power generator using an active bin to effectively perform fault diagnosis in operation of the wind power generator by properly setting the active bin in the wind power generator.

Description

액티브 빈을 이용한 풍력 발전기 고장 진단 방법{Fault diagnosis of wind turbine by using active bin}{Fault diagnosis of wind turbine by using active bin}

본 발명은 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fault diagnosis method for a wind turbine using an active bin.

풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여 바람을 전력으로 바꾸는 것으로서, 상대적으로 값이 싸고 탄소 발생량이 거의 없으면서 재생 가능한 에너지원으로서 여러 국가에서 그 사용 범위가 확대되어 가고 있다. 2008년 말에 이미 전세계 전력 생산량의 1.5% 이상이 풍력 발전에 의하여 생산되었으며, 이 비율은 점차 빠르게 증가하고 있다. 2008년 기준으로 덴마크에서는 19%의 전력을, 스페인과 포르투갈은 11%의 전력을, 독일과 아일랜드는 7%의 전력을 풍력 발전을 이용해서 생산하였으며, 2009년 5월 기준으로는 총 80개 국가에서 상업적으로 풍력을 이용해서 전력을 생산하고 있는 실정이다.Wind power is a renewable energy source that uses wind turbines to turn wind into electricity. It is relatively cheap and has little carbon emissions. Its use is expanding in many countries. At the end of 2008, more than 1.5% of the world's electricity production has already been produced by wind power generation, and this rate is increasing rapidly. In 2008, 19% of electricity was generated in Denmark, 11% in Spain and Portugal, and 7% in Germany and Ireland, using wind power generation. In May 2009, 80 countries , Which is a commercial power generation system using wind power.

이처럼 풍력 발전은 에너지원 자체가 자연 상태에 부는 바람이기 때문에 에너지원의 고갈 염려가 거의 없이 풍부하고, 재생 가능성이 높으며, 온실 효과를 유발하지 않기 때문에, 기존의 화석 연료를 대체하는 매력적인 에너지원으로 각광받고 있다. 그러나 효율적인 전력 생산이 가능할 만큼 적절히 바람이 불어 주는 환경은 만들어낼 수가 없는 것이므로 풍력 발전의 구현에 있어 나라나 지역별 한계가 있고, 또한 풍력 발전 단지를 지었을 때 시각적 거부감, 소음 공해, 생태계 파괴, 기타 다른 환경에 미치는 악영향 등의 부차적인 문제들이 있다. 이러한 경향에 따라 최근에는 기술적인 어려움과 상대적으로 높은 비용에도 불구하고 해상 풍력 발전이 점차 인기를 끌고 있는 등, 풍력 발전을 보다 편리하고 널리 사용하기 위한 다각도의 모색이 이루어지고 있다.
As such, wind power is an attractive source of energy that replaces conventional fossil fuels because it is rich in wind energy, is highly renewable, and does not cause greenhouse effect Be in the spotlight. However, there is a limitation in the implementation of wind power generation in the country or region because it can not create an environment that winds up enough to enable efficient power generation. Also, when building wind farms, there is a feeling of visual rejection, noise pollution, destruction of ecosystems, And environmental adverse effects. Recently, despite the technical difficulties and relatively high costs, offshore wind power generation has become increasingly popular, and various attempts have been made to make wind power generation more convenient and widespread.

풍력 발전은 기본적으로 바람을 받아 회전 가능하게 만들어진 날개(blade)와, 날개들이 연결된 회전축에 연결되어 회전을 통해 전력을 생산하는 발전기(generator)를 포함하여 이루어진다. 일반적으로 발전기에서 발전을 위해 요구되는 회전 속도는 바람에 의하여 회전하는 날개 회전축의 회전 속도에 비해 높기 때문에, 발전에 적합한 정도의 회전 속도로 변환하여 전달하는 기어 박스 등이 통상적으로 더 구비된다. 자연적으로 부는 바람의 풍속은 시시때때로 계속 변화하기 때문에, 풍력 발전기에서 생산되는 발전 전력량도 일정한 것이 아니라 풍속에 따라 계속 변화한다. 즉 풍력 발전기의 제어나 운용에 있어서 어떤 일정한 상태를 가정해서는 안 되며, 이러한 계속적인 변화를 고려하여야 한다.BACKGROUND ART [0002] A wind power generation system basically includes a blade that is made windable and rotatable, and a generator that is connected to a rotating shaft to which the wings are connected and generates power through rotation. Generally, since the rotational speed required for power generation in the generator is higher than the rotational speed of the rotating blades of the wind, the gear box is usually further provided which converts the rotational speed to a rotational speed suitable for power generation. Since the wind speed of the wind blowing naturally keeps changing from time to time, the amount of power generated by the wind power generator is not constant, but changes continuously according to the wind speed. In other words, no constant state of control or operation of a wind turbine should be assumed, and such continuous change should be considered.

한편, IEC(International Electrotechnical Commission) 61400-25-6(Communications for monitoring and control of wind power plants, TC 88)에서는 '빈(bin)'이라는 개념의 기준을 제시하고 있다. 빈이란 어떤 파라미터가 어느 한 값으로 수렴 또는 정상 상태(steady state)를 유지하는 것이 아니라 끊임없이 무작위적으로 변화하는 양상을 가지는 경우에 있어서, 이러한 데이터를 다루는 기법에서 사용되는 용어이다. 이 기법을 간략히 설명하자면, 분석하고자 하는 어떤 물리적인 파라미터에 대해서 해당 파라미터에서의 어떤 범위 구간을 미리 정해 놓고, 측정된 파라미터 값이 그 범위 내에 소정 시간 이상 들어와 있으면 그 시간 동안 그 파라미터는 그 범위에 부여된 값(예를 들어 중간값, 평균값 등)으로 일정한 상태인 것으로 간주하여 분석을 수행하는 통계 처리 기법으로, 여기에서 해당 파라미터에 대해서 미리 정해 놓은 범위 구간을 칭하는 용어가 '빈'이다. 즉 미리 어떤 빈들을 정해 놓고, 측정 및 분석하고자 하는 파라미터가 그 빈에 들어와 있으면 그 빈에 해당하는 일정 조건으로 동작하고 있다고 가정하고 제어나 분석 등을 수행하게 된다. 이러한 측면에서 제어나 분석 등에 사용되는 빈을 액티브 빈(active bin)이라고 별도로 칭하기도 한다.On the other hand, the International Electrotechnical Commission (IEC) 61400-25-6 (Telecommunications for monitoring and control of wind power plants, TC 88) presents the concept of 'bin'. A bean is a term used in a technique to deal with this data, in the case where a parameter has an ever-changing random pattern rather than converging to a certain value or maintaining a steady state. To briefly describe this technique, a certain range interval in the parameter is predetermined for any physical parameter to be analyzed, and if the measured parameter value is within the range for a predetermined time or more, A statistical processing technique that performs analysis by considering a constant value as a given value (for example, a median value, an average value, etc.), where the term referring to a predetermined range section for the parameter is 'bin'. That is, if some beans are set in advance, and a parameter to be measured and analyzed is included in the bin, control or analysis is performed on the assumption that the bean is operating under a certain condition corresponding to the bin. In this respect, the bean used for control or analysis may also be referred to as an "active bin".

풍력 발전기의 경우, 풍속이야말로 거시적인 관점에서는 어느 정도 예측이 가능하다 할지라도 미시적인 관점에서는 실질적으로 매우 무작위적으로 변화하는 값으로서 거의 예측이나 패턴을 찾는 것이 불가능한 변화 양상을 가지는 값이다. 따라서 풍력 발전기에서 측정되는 파라미터에 대하여 어떠한 제어 또는 분석을 수행할 때 이러한 액티브 빈 개념을 도입하는 것이 바람직하다. 특히나 풍력 발전기의 고장 진단을 위해서는 이러한 액티브 빈 개념을 사용하는 것이 매우 효과적일 것으로 예상된다. 그러나 현재로서는 풍력 발전기와 같이 넓은 지역에 분산 배치된 발전기의 고장 진단을 위하여 모니터링하는 방법에 있어서, 한국등록특허 제1152647호("발전장치용 모니터링 방법", 2012.05.29)에서 센서 등을 통해 고장 발생이 감지되면 관리자에게 SMS로 통지하는 기술이 개시되는 등과 같이 고장이 감지된 이후 관리자에게 효과적으로 이를 전달하는 기술 쪽에 주안점을 두고 있어, 실제로 어떤 상태를 고장 발생으로 정의할 것이냐에 대해 결정하는 방법에 대한 연구는 상당히 미비한 실정이다.In the case of wind turbines, wind speed is a very randomly changing value from a microscopic point of view, even though it can be predicted from a macroscopic point of view. It is therefore desirable to introduce such an active bean concept when performing any control or analysis on parameters measured in a wind turbine generator. Especially, it is expected that it will be very effective to use this active bean concept for fault diagnosis of wind turbine generators. However, at present, in a method of monitoring for the fault diagnosis of a generator disposed in a wide area such as a wind turbine, a method of monitoring a fault in a power plant using a sensor in a Korean registered patent No. 1152647 ("monitoring method for generating apparatus & This is a method of determining which status is actually defined as a failure because it focuses on a technology that effectively communicates this to a manager after a failure is detected, such as when a failure is detected There is not much research on this.

이와 같이 '어떤 상태를 고장 발생으로 정의할 것이냐'라는 문제를 해결하기 위해 다양한 방법들이 개발되고 있으나, 기본적으로 운전 조건이 시시각각 변하는 풍력 발전기의 특성상 액티브 빈 개념을 이용한 고장 진단 방법이 효과적으로 적용될 수 있다. 이에 따라 액티브 빈을 결정하는 방법이 효율적인 고장 진단과 직결되고 액티브 빈을 잘 설정할 경우 고장 진단 효율 및 정확성이 크게 향상될 수 있겠으나, 반면 액티브 빈을 제대로 잘 설정하지 못할 경우 고장 진단이 정확히 이루어지지 않아 유지 보수의 큰 비용이 소요될 뿐만 아니라 사고의 위험성이 높아 질 수 있다.따라서 당업자에게는 이러한 액티브 빈을 어떻게 결정하는 것이 좋은지에 대한 가이드가 매우 절실한 실정이다.
Various methods have been developed to solve the problem of 'what state should be defined as a fault occurrence', but the fault diagnosis method using the active bean concept can be effectively applied due to the characteristics of the wind turbine, which basically changes operating conditions instantaneously . Therefore, the method of determining the active bean is directly connected to the efficient fault diagnosis, and if the active bean is set well, the fault diagnosis efficiency and accuracy can be greatly improved. On the other hand, if the active bean can not be set well, It is not only costly to maintain, but also increases the risk of accidents. Therefore, a guide to how to determine such an active bean is very urgent for a person skilled in the art.

1. 한국등록특허 제1152647호("발전장치용 모니터링 방법", 2012.05.29)1. Korea registered patent No. 1152647 ("Monitoring method for power generation device", May 29, 2012)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력 발전기에 있어서 올바르고 적절한 액티브 빈을 설정할 수 있도록 하여, 궁극적으로는 풍력 발전기 운용 시 고장 진단을 효과적으로 수행할 수 있도록 하는, 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wind turbine that can properly and properly set an active bin, and ultimately, The present invention provides a fault diagnosis method for a wind power generator using an active bean.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법은, 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 구비되어 바람에 의하여 회전하는 회전축, 상기 회전축에 연결되어 회전함으로써 전력을 생산하는 발전기를 포함하여 이루어지는 풍력 발전기의 고장 진단 방법에 있어서, 미리 결정된 시운전 기간 동안, 미리 결정된 시간 간격마다 미리 결정된 시간 범위 구간만큼의 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 측정되는 시운전 데이터 수집 단계; 상기 시운전 데이터 수집 단계에서 수집된 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 매칭되어 매칭 그래프가 생성되고, 미리 결정된 기준 운전 변수 범위 구간 별로 기준 운전 변수 값의 횟수가 카운팅되어 히스토그램이 생성되는 시운전 데이터 분석 단계; 상기 시운전 데이터 분석 단계에서 생성된 매칭 그래프 및 히스토그램을 바탕으로 적어도 하나 이상의 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값이 결정되는 액티브 빈 결정 단계; 상기 풍력 발전기가 운용되는 동안, 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 측정되는 운용 데이터 측정 단계; 상기 운용 데이터 측정 단계에서 측정된 진동 크기 값을 기준 운전 변수 값에 해당하는 액티브 빈의 액티브 빈 대푯값과 비교하여 고장 진단 기준값을 초과하면 고장이 발생된 것으로 판단되는 고장 진단 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 기준 운전 변수는 회전 속도, 발전량, 바람 세기 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing a fault in a wind turbine using an active bean, the method comprising: a plurality of blades; a rotating shaft that is provided with the blades and rotates by wind; Wherein the reference operating parameter value and the vibration magnitude value are measured by a predetermined time span interval at predetermined time intervals during a predetermined commissioning period, the method comprising the steps of: A calibration graph is generated by matching the reference operating parameter value and the vibration magnitude value collected in the commissioning data collection step, and the number of the reference operating parameter values is counted for each predetermined reference operating parameter range interval to generate a histogram. ; An active bin determination step of determining at least one active bin and an active bin reference value based on the matching graph and the histogram generated in the trial data analysis step; An operating data measuring step in which a reference operating parameter value and a vibration magnitude value are measured while the wind power generator is operated; Comparing the vibration magnitude value measured in the operation data measurement step with an active bin representative value of an active bin corresponding to a reference operation variable value, and determining that a failure has occurred if the vibration magnitude value is exceeded; . ≪ / RTI > At this time, the reference operation variable may be any one selected from among rotation speed, power generation amount, and wind strength.

또한 상기 액티브 빈 결정 단계에서, 상기 히스토그램에서, 컷인(cut-in) 구간을 제 1 주요 액티브 빈으로 결정하고, 상기 히스토그램에서, 기준 운전 변수의 최대값이 나타난 범위 구간을 제 2 주요 액티브 빈으로 결정하고, 상기 히스토그램에서, 컷인 및 최대 기준 운전 변수 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 3 주요 액티브 빈으로 결정할 수 있다.In the active bin determination step, a cut-in interval is determined as a first major active bin in the histogram, and a range of intervals in which the maximum value of the reference operation variable appears in the histogram is set as a second major active bin And in the histogram, a range of intervals in which the number of counts is maximized between the cut-in and maximum reference operation variables may be determined as the third major active bin.

또한 상기 액티브 빈 결정 단계에서, 상기 히스토그램에서, 컷인 회전 속도보다 작은 값으로 결정되는 미리 결정된 최소 기준 운전 변수 및 컷인 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 1 보조 액티브 빈으로 결정하고, 상기 히스토그램에서, 컷인 이상에 대해 상기 제 1 내지 3 주요 액티브 빈 을 제외한 나머지 범위 구간에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 2 보조 액티브 빈으로 결정할 수 있다.Determining a first sub-active bin as a first sub-active bin in the histogram, wherein the first sub-active bin has a maximum number of counts between a predetermined minimum reference operation variable and a cut-in period, In the histogram, the second sub-active bin may be determined as a range in which the number of counts is maximum in the remaining range except for the first to third major active bins with respect to the cut-in error.

또한 상기 액티브 빈 결정 단계에서, 상기 액티브 빈 대푯값은, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값 및 표준편차값, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값 중 최대값 중 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.Also, in the active bin determination step, the active bin reference value may include an average value and a standard deviation value of vibration amplitude values in an active bin range, an average value and a standard deviation value of noise-removed values of a vibration amplitude value in an active bin range, And a maximum value among vibration amplitude values within the empty range.

또한 상기 고장 진단 단계에서, 상기 고장 기준값은 시운전 기간 중 진동의 최대값을 이용하거나 하기의 식에 의하여 결정될 수 있다.Also, in the fault diagnosis step, the fault reference value may be determined by using the maximum value of the vibration during the test run period or by the following equation.

고장 진단 기준값 = 평균값 + 상수x표준편차값Fault diagnosis reference value = average value + constant x standard deviation value

(이 때 상기 상수는 양수)
(Where the constant is a positive number)

본 발명에 의하면, 적절하게 잘 설정된 액티브 빈을 이용하여 풍력 발전기의 고장 진단을 수행할 수 있도록 해 줌으로써 궁극적으로는 풍력 발전기의 고장 진단 정확성 및 효율성을 향상시켜 주는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 의하면 지역별, 장치별 등 특성이 다양하게 달라지는 풍력 발전기에 대하여 해당 풍력 발전기에 가장 최적화된 액티브 빈을 적절하게 설정할 수 있게 해 준다. 이와 같이 본 발명에 의하여 설정된 액티브 빈 값들을 사용하여 풍력 발전기의 고장 진단을 수행하게 되면, 연속적으로 운전 조건이 바뀌는 풍력 발전기에 대해 효율적이면서도 정확도 높은 데이터 처리가 가능하게 되어, 종래에 비해 훨씬 효과적인 고장 진단을 수행할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
According to the present invention, fault diagnosis of a wind turbine generator can be performed using an appropriately well set active bean, which ultimately has a great effect of improving accuracy and efficiency of fault diagnosis of a wind turbine generator. More specifically, according to the present invention, it is possible to appropriately set the active bean most optimized for the wind turbine generator for a wind turbine having various characteristics such as a region and a device. As described above, when the failure diagnosis of the wind turbine generator is performed using the active bin values set by the present invention, efficient and accurate data processing can be performed on the wind turbine in which the operating conditions continuously change, Thereby enabling the diagnosis to be performed.

도 1은 본 발명의 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법의 흐름도.
도 2는 회전 속도 값 및 진동 크기 값의 매칭 그래프.
도 3은 회전 속도 값의 히스토그램.
도 4는 도 3의 히스토그램을 기반으로 한 주요 액티브 빈 결정 예시.
도 5는 주요 액티브 빈 결정 후 보조 액티브 빈 결정 예시.
도 6은 시운전 수집 데이터에 액티브 빈 및 고장 기준값을 표시한 예시.
도 7은 실제 풍력 발전기 운용 중 측정된 운용 데이터에 도 6의 액티브 빈 및 고장 기준값을 적용한 고장 진단 예시.
1 is a flowchart of a fault diagnosis method for a wind turbine using an active bean of the present invention;
Figure 2 is a graph of the matching of the rotational speed value and the vibration magnitude value.
3 is a histogram of the rotational speed value;
Figure 4 is an example of a major active bean decision based on the histogram of Figure 3;
Figure 5 is an example of auxiliary active bean determination after major active bean determination.
6 shows an example of displaying an active bin and a failure reference value in the test run collection data.
FIG. 7 is an example of a failure diagnosis in which the active bin and the failure reference value of FIG. 6 are applied to operational data measured during actual wind turbine operation.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a fault diagnosis method for a wind turbine using the active bean according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 고장 진단을 하고자 하는 풍력 발전기는, 일반적인 풍력 발전기와 동일하게 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 구비되어 바람에 의하여 회전하는 회전축, 상기 회전축에 연결되어 회전함으로써 전력을 생산하는 발전기를 포함하여 이루어진다. 일반적으로 이러한 풍력 발전기에는 바람에 의하여 상기 회전축이 회전할 때 회전 속도를 측정할 수 있도록 회전 속도 측정 센서가 구비되거나, 또는 발전되는 전력 출력 값으로부터 회전 속도를 산출할 수 있는 등 여러 방법으로 회전 속도의 측정이 가능하다. 또한, 이러한 풍력 발전기가 고장이 났음을 판별할 수 있는 가장 효과적인 파라미터는 진동 값으로서, 블레이드, 베어링, 기어 박스, 발전기 등 중요 풍력 발전기 부품들이 고장이 발생되는 경우 풍력 발전기에 통상적인 운용 시에 발생되는 진동에 비해 갑자기 큰 진동이 발생하게 된다는 점이 잘 알려져 있다. 일반적인 풍력 발전기에는 이러한 진동 측정을 위한 진동 센서가 기본적으로 10~20개 가량 구비되는 것이 통상적이며, 구비되는 위치도 다양하다.In the present invention, a wind turbine generator for performing a fault diagnosis includes a plurality of blades, a blade having the blades, a rotating shaft rotating by wind, and a generator connected to the rotating shaft to generate electric power by rotating the wind turbine . Generally, such a wind turbine generator is provided with a rotational speed measuring sensor for measuring the rotational speed when the rotational shaft rotates by the wind, or a rotational speed can be calculated from the generated power output value. Can be measured. In addition, the most effective parameter to determine the failure of such a wind turbine generator is the vibration value, which is generated when the wind turbine generator is operated in a normal operation in case of occurrence of a failure of important wind turbine generator components such as a blade, a bearing, a gearbox, It is well known that a large vibration occurs suddenly as compared with the vibration which is caused by the vibration. Generally, a general wind turbine generator is provided with about 10 to 20 vibration sensors for measuring such vibrations, and the position of the vibration sensors is various.

이에 따라 본 발명에서는, 풍력 발전기 운전 변수(회전 속도, 발전량 등) 중 하나를 기준 운전 변수로 잡아, 이 기준 운전 변수와 진동 크기 값을 고장 진단 분석용 파라미터로 설정하고, 이 파라미터들을 사용하여 액티브 빈을 결정하고 또한 고장 진단에 사용하는 방법을 이하에서 제시한다. 덧붙이자면, 여기에서 진동 크기 값은 풍력 발전기에 구비되는 복수 개의 진동 센서 중 적절한 것을 선택하면 되는데, 한 예로는 (풍력 발전기의 구조 상 중심부에 위치되어 대푯값으로 결정하기에 적절한 것으로서) 발전기에 구비되는 진동 센서에서 측정되는 진동 크기 값을 사용하는 것이 바람직하다.
Accordingly, in the present invention, one of the operating variables (rotational speed, power generation amount, etc.) of the wind turbine generator is taken as a reference operating parameter, the reference operating parameter and the vibration magnitude value are set as parameters for fault diagnosis analysis, Hereinafter, a method for determining the bin and for diagnosing faults is presented. In addition, the vibration magnitude value may be selected from a plurality of vibration sensors provided in the wind turbine generator. For example, the vibration magnitude value may be provided to the generator (located in the center of the structure of the wind turbine, It is desirable to use the vibration magnitude value measured by the vibration sensor.

도 1은 본 발명의 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법의 흐름도로서, 본 발명의 고장 진단 방법의 전체 단계를 간략하게 도시하고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법은, 시운전 데이터 수집 단계, 시운전 데이터 분석 단계, 액티브 빈 결정 단계, 운용 데이터 측정 단계, 고장 진단 단계를 포함하여 이루어진다.FIG. 1 is a flowchart of a fault diagnosis method for a wind turbine using an active bean according to the present invention, and briefly shows the entire steps of the fault diagnosis method of the present invention. As shown in FIG. 1, the fault diagnosis method for a wind turbine using the active bean of the present invention includes a test run data collection step, a test run data analysis step, an active bean determination step, an operation data measurement step, and a failure diagnosis step.

이 중에서 시운전 데이터 수집 단계 ~ 액티브 빈 결정 단계는 본격적으로 풍력 발전기를 운용하기 전에 이루어지는, 말하자면 준비 단계라 할 수 있고, 실질적인 운용 및 고장 진단은 그 이후의 운용 데이터 측정 단계 및 고장 진단 단계에서 이루어지게 된다. 이하 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
Of these, the commissioning data collection step to the active bean determination step may be said to be performed before the operation of the wind power generator in earnest, that is to say, the actual operation and the failure diagnosis are performed in the subsequent operation data measurement step and the failure diagnosis step do. Each step will be described in more detail below.

상기 시운전 데이터 수집 단계에서는, 미리 결정된 시운전 기간 동안, 미리 결정된 시간 간격마다 미리 결정된 시간 범위 구간만큼의 미리 결정된 풍력 발전기 기준 운전 변수(대표적인 예로서 회전 속도 값) 및 진동 크기 값이 측정된다. 이 단계에서 측정된 데이터들이 분석되어 추후 실제 풍력 발전기 운용 시 고장 진단의 기준으로 사용되기 때문에, 이러한 시운전 기간은 연단위의 데이터를 대표할 수 있도록 적절하게 길게 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 시운전 기간 값은 3개월부터 1년 사이로 결정될 수 있다. 또한 모든 시간의 데이터를 저장할 경우 분석해야 하는 데이터 값이 지나치게 많아지기 때문에, 상기 시간 간격 값이나 시간 범위 구간 값도 적절히 결정될 수 있으며, 구체적인 예로는 상기 시간 간격 값은 10분에서 30분 사이, 상기 시간 범위 구간 값은 30초에서 60초 사이로 결정될 수 있다. 즉 예를 들자면, 상기 시운전 데이터 수집 단계는 [10분마다 30초간 회전 속도 값 및 진동 크기 값을 측정하여 평균값을 3개월 간 저장]하는 식, [20분마다 60초간 회전 속도 값 및 진동 크기 값을 측정하여 평균값을 6개월 간 저장]하는 식 등으로 실행될 수 있다.In the commissioning data collection step, predetermined wind turbine reference operating variables (rotational speed values as a representative example) and vibration magnitude values are measured for a predetermined time interval interval at predetermined time intervals during a predetermined commissioning period. Since the measured data at this stage is analyzed and used as a criterion for fault diagnosis at the time of operation of the actual wind turbine generator, it is desirable that the trial run period is appropriately set to be long enough to represent annual data. Specifically, the value of the commissioning period may be determined to be between 3 months and 1 year. In addition, since data values to be analyzed are excessively large when data of all times are stored, the time interval value and the time range interval value can be appropriately determined. For example, the time interval value is 10 minutes to 30 minutes, The time range interval value can be determined to be between 30 seconds and 60 seconds. That is, for example, the commissioning data collection step may include calculating the rotational speed value and the vibration magnitude value for 30 seconds every 10 minutes and storing the average value for 3 months, And storing the average value for 6 months].

상기 시운전 데이터 분석 단계에서는, 상기 시운전 데이터 수집 단계에서 수집된 풍력 발전기 기준 운전 변수 및 진동 크기 값이 매칭되어 매칭 그래프가 생성되고, 미리 결정된 기준 운전 변수 범위 구간 별로 기준 운전 변수의 횟수가 카운팅되어 히스토그램이 생성된다. 도 2는 한 예로서 기준 풍력 발전기 운전 변수로 회전 속도를 선택하여 실제로 시운전 기간 동안 측정된 회전 속도 값 및 진동 크기 값을 매칭한 매칭 그래프이다. 도 2에서 가로축은 회전 속도(회전 속도 단위로서 rpm 단위), 세로축은 진동 크기(가속도 단위로서 g 단위)로 되어 있으며, 어떤 회전 속도 값에 대하여 측정된 진동 크기 값이 각각의 점으로 표시된다. 또한 도 3은 회전 속도 값의 히스토그램을 나타낸 것으로서, 회전 속도 범위 구간은 전체 회전 속도 범위를 고려하여 적절하게 결정될 수 있다. 도 3에서는 회전 속도 범위 구간을 0.5rpm씩으로 하였으나 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 회전 속도 범위 구간 값은 1rpm 내지 0.5rpm로 결정될 수 있다. 즉 1rpm씩 끊어서 구간을 정할 수도 있고, 0.25rpm씩 끊어서 구간을 정할 수도 있고, 0.5rpm씩 끊어서 구간을 정할 수도 있는 등과 같이, 상기 회전 속도 범위 구간 값은 상기 범위 내에서 다양하게 설계 변경될 수 있다.In the commissioning data analysis step, a matching graph is generated by matching the wind turbine reference operating variables and the vibration magnitude values collected in the commissioning data collecting step, and the number of reference operating variables is counted for each predetermined reference operating parameter range interval, Is generated. FIG. 2 is a graph showing a matching graph in which a rotational speed is selected as a reference wind turbine operating parameter, and a rotational speed value and a vibration magnitude value measured during a trial driving period are matched with each other. In FIG. 2, the abscissa represents the rotational speed (rpm unit in terms of rotational speed) and the ordinate represents the magnitude of vibration (in g unit in terms of acceleration unit), and the vibration magnitude value measured for a certain rotational speed value is represented by each point. 3 shows a histogram of the rotational speed value, and the rotational speed range section can be appropriately determined in consideration of the entire rotational speed range. In FIG. 3, the rotational speed range is 0.5 rpm, but the present invention is not limited thereto. For example, the rotational speed range may be determined to be 1 rpm to 0.5 rpm. That is, the interval may be determined by cutting off by 1 rpm, or the interval may be determined by cutting by 0.25 rpm, or the interval may be determined by cutting by 0.5 rpm, for example. .

상기 액티브 빈 결정 단계에서는, 상기 시운전 데이터 분석 단계에서 생성된 매칭 그래프 및 히스토그램을 바탕으로 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값이 결정된다. 이것이 실질적으로 본 발명의 가장 핵심적인 부분으로, 상기 액티브 빈 결정 단계를 도 3의 히스토그램을 예시로 하여 보다 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다.In the active bin decision step, an active bin and an active bin reference value are determined based on the matching graph and the histogram generated in the test data analysis step. This is the most essential part of the present invention. The active bin determination step will be described in more detail with reference to the histogram of FIG. 3 as an example.

도 3에서 보면, 고장 진단 및 액티브 빈 결정을 위한 기준 운전 변수로서 회전 속도를 선택했으며, 측정된 회전 속도 값은 0 ~ 16 rpm에 걸쳐 분포되어 있고, 각 회전 속도 값 별로 횟수는 0 ~ 800번 가량에 걸쳐 나타난다. 도 3에서는 0.5rpm씩으로 나누어 히스토그램을 생성하였는데, 예를 들어 0 ~ 0.5rpm 범위 구간에서는 약 750회, 7 ~ 7.5rpm 범위 구간에서는 약 470회 정도가 나타난다(이것은 다시 말해, 시운전 기간 동안 수집한 데이터를 분석해 본 결과, 회전 속도가 0 ~ 0.5 rpm이 나온 것이 약 750회, 회전 속도가 7 ~ 7.5rpm이 나온 것이 약 470회 정도 등이라는 것이다). 이처럼 회전 속도 값에 대한 히스토그램이 정리되면, 이제 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값을 결정할 수 있다.3, the rotational speed is selected as a reference operating parameter for fault diagnosis and active bean determination. The measured rotational speed values are distributed over 0 to 16 rpm, and the number of times for each rotational speed value is 0 to 800 . In FIG. 3, the histogram is divided by 0.5 rpm. For example, about 750 times in the range of 0 to 0.5 rpm, and about 470 times in the range of 7 to 7.5 rpm (in other words, data collected during the commissioning period As a result, it was found that the rotation rate was about 0 ~ 0.5 rpm, about 750 times, and the rotation speed was about 7 ~ 7.5 rpm about 470 times. Once the histogram for the rotational velocity value is summarized, the active bean and the active bean reference value can now be determined.

도 4는 도 3의 히스토그램을 기반으로 한 주요 액티브 빈 결정 예시를 도시한 것이다. 먼저 본 발명에서 제시하는 주요 액티브 빈(mandatory active bin)을 결정하는 기준은 다음과 같다.FIG. 4 shows an example of a major active bean decision based on the histogram of FIG. 3. FIG. First, the criterion for determining the main mandatory active bin presented in the present invention is as follows.

도 3 및 도 4에서 확연히 보이는 바와 같이, 측정되는 데이터 횟수가 급격하게 많아지는 구간이 뚜렷하게 존재하는데, 이는 풍력 발전기가 동작을 시작하는 컷인(cut-in)이라고 하며, 실제로는 이 컷인 구간이 가장 빈번한 작동 구간이 된다. 도 3에서 보이는 바와 같이 바람이 불지 않아 거의 멈춰 있는 구간(회전 속도가 0 ~ 0.5rpm인 구간)의 카운팅 횟수가 상당히 큰데, 이 구간에서는 실질적으로 풍력 발전기가 동작하지 않고 있는 것이다. 도 3에서 7 ~ 7.5rpm 구간 이전까지는 매우 미미하게 카운팅되는 것으로 볼 때, 이 때에는 풍력 발전기의 회전축을 제대로 회전시킬 만큼 충분히 강한 바람이 불지 않았음을 유추할 수 있다. 실제로 풍력 발전기의 블레이드 및 회전축은 상당히 거대한 구조물로서, 바람이 충분히 강하게 불지 않으면 회전이 거의 일어나지 않는다. 0 ~ 7 rpm 구간은 이처럼, 풍력 발전기가 제대로 회전하여 발전을 하게 되는 경우가 아닌 경우, 즉 회전축이 거의 회전하지 않는 경우를 나타내는 것으로 생각할 수 있다. 한편 7 ~ 7.5rpm 구간부터는 급격하게 데이터 량이 많아지며, 그 뒤로도 유의미한 크기를 가지는 데이터량들이 측정되고 있다. 이로부터 도 3의 히스토그램에서는 7 ~ 7.5rpm 구간이 컷인 구간이 됨을 알 수 있다.As can be clearly seen in FIGS. 3 and 4, there is a region in which the number of measured data increases sharply. This is called a cut-in in which the wind turbine starts operating. In fact, This is a frequent operating period. As shown in FIG. 3, the number of counts of the section where the wind is not blowing (the section where the rotational speed is 0 to 0.5 rpm) is considerably large, and the wind turbine is not operating substantially in this section. In FIG. 3, it can be deduced that the wind was not blown sufficiently strong enough to rotate the rotation axis of the wind turbine, considering that it is counted very little before 7 to 7.5 rpm. In fact, the blades and spindles of a wind turbine are fairly huge structures, and little rotation occurs if the wind is not blowing strong enough. The range of 0 to 7 rpm can be considered as a case where the wind turbine does not rotate properly to generate power, that is, the case where the rotating shaft does not rotate almost. On the other hand, from 7 to 7.5 rpm, the amount of data increases sharply, and data amounts having a significant size are measured thereafter. From this, it can be seen that the section of 7 to 7.5 rpm is cut in the histogram of FIG.

실제로 풍력 발전기 설계시부터 컷인 조건은 정해져 있으며 일반적인 경우 어떤 기준점으로서 가장 빈번히 사용되는 운전 조건이다. 이 컷인 회전 속도는 앞서 설명한 바와 같이 실제 작동 구간의 시작점이므로 상당히 중요한 변수이며, 따라서 이 컷인 회전 속도가 속하는 범위 구간을 제 1 주요 액티브 빈으로 결정한다.In fact, cut-in conditions have been determined from the design of the wind turbine generator and are the most frequently used operating conditions as a reference point in general. This cut-in rotation speed is a very important variable as it is the starting point of the actual operation period as described above, and therefore, the range of the range of the cut-in rotation speed is determined as the first major active bin.

다음으로, 풍력 발전기 기준 운전 변수의 최대값이 나타나는 조건도 풍력 발전기의 운용에 있어서 매우 중요한 고려 요소이므로, 상기 히스토그램에서, 기준 운전 변수의 최대값이 나타난 범위 구간을 제 2 주요 액티브 빈으로 결정한다.Next, since the condition in which the maximum value of the wind turbine generator reference operating parameter appears is also a very important factor in the operation of the wind turbine generator, the range of the maximum value of the reference operating parameter in the histogram is determined as the second major active bin .

또한 컷인과 기준 운전 변수가 최대가 되는 조건사이에서, 가장 많은 카운팅 횟수가 나타나는 구간도 상당히 중요한 부분이다. 가장 많은 카운팅 횟수가 나타났다는 것 자체가, 풍력 발전기가 운용될 때 가장 많은 시간 동안 그 회전 속도로 작동한다는 것을 말하는 것이기 때문이다. 따라서 상기 히스토그램에서, 컷인 및 최대 기준 운전 조건 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 3 주요 액티브 빈으로 결정한다.Also, the section where the number of counting times is the largest is also an important part between the cut-in and the condition that the reference operating variable becomes maximum. The fact that the largest number of counts has been reported is that it operates at its rotational speed for the most time when the wind turbine is operated. Therefore, in the histogram, the third major active bin is determined as a range of intervals in which the counting count is maximum between the cut-in and maximum reference operating conditions.

이와 같은 방법으로 결정된 주요 액티브 빈들이 도 4에 표시되어 있다. 액티브 빈은 히스토그램의 범위 구간과 일치하도록 할 수도 있고 또는 히스토그램의 범위 구간의 상수배로 결정할 수도 있다. 도 4에서는, 회전 속도를 기준 운전 변수로 했을 때 히스토그램의 범위 구간은 0.5rpm 단위인데 액티브 빈은 1rpm 단위인 예시를 보여 주고 있다. 도 4의 예시에서, 제 1 주요 액티브 빈(컷인 회전 속도)은 7 ~ 8rpm 구간, 제 2 주요 액티브 빈(최대 회전 속도)은 15 ~ 16rpm 구간, 제 3 주요 액티브 빈(최다 회전 속도)은 8 ~ 9rpm 구간으로 나타난다.
The main active bins determined in this way are shown in Fig. The active bean can be made to match the range of histogram histograms, or it can be determined as a multiple of the range of histogram histograms. In Fig. 4, the range of the histogram is 0.5 rpm when the rotation speed is the reference operation variable, and the active bin is 1 rpm. In the example of FIG. 4, the first major active bin (cut rotation speed) is 7 to 8 rpm, the second major active bin (maximum rotation speed) is 15 to 16 rpm and the third major active bin ~ 9 rpm.

이와 같이 주요 액티브 빈들을 결정할 수 있으며, 이와 더불어 정확한 분석을 하기 위해 보조 액티브 빈(optional active bin)을 더 결정할 수 있다. 보조 액티브 빈은 분석 목적에 따라 다양하게 결정될 수 있으며, 본 발명에서는 다음과 같은 결정 기준을 더 제시한다.In this way, the main active beans can be determined, and an optional active bin can be further determined for accurate analysis. The auxiliary active bean can be variously determined according to the purpose of analysis, and the present invention further provides the following determination criteria.

앞서 설명한 바와 같이 주요 액티브 빈 중에서 가장 먼저 결정되는 것이 컷인 관련 액티브 빈인데, 이 때 컷인 이전에도 풍력 발전기가 전혀 움직이지 않는 것은 아니고 약간씩 움직이는 것을 알 수 있다. 즉 이것은 바람이 미미하여 풍력 발전기가 원활한 작동을 할 정도까지는 움직이지 않으나 약간은 작동하는 경우를 나타낸다. 이러한 경우는 실질적으로 풍력 발전기가 본격적인 작동을 하는 때가 아니기 때문에 고장 진단에 결정적으로 중요하지는 않지만, 이러한 경우에 대한 데이터를 사용해서도 고장 진단을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 히스토그램에서, 컷인보다 작은 값으로 결정되는 미리 결정된 최소 기준 운전 변수 및 컷인 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 1 보조 액티브 빈으로 결정한다. 여기에서, '컷인 이하에서 카운팅 횟수가 최대'로 기준을 세우지 않은 것은, 이렇게 기준을 세우면 풍력 발전기가 정지한 것을 나타내는 구간이 대개 최대로 나오기 때문이다. 풍력 발전기가 회전하지 않고 멈추어 있을 때는 진동이 발생하지 않는 것이 정상이며, 따라서 이 때에는 굳이 정밀한 판단 기준이 필요하지 않다. 따라서 결과를 어느 정도 당연히 예상할 수 있는 0을 포함하는 구간은 제외하는 것이 바람직하다. 물론 이 때 상기 기준 운전 조건은 0보다는 크고 컷인보다는 작은 값으로 적절하게 결정될 수 있다.As described above, the first active bean in the active bean is the cut active bean. In this case, the wind turbine does not move at all but moves slightly. This means that the wind turbine does not move to such a degree that the wind turbine can operate smoothly, but it operates slightly. This case is not crucial for fault diagnosis because the wind turbine is not actually in full operation, but fault diagnosis can also be performed using data on such cases. Accordingly, in the histogram, the first auxiliary active bin is determined as a range of intervals in which the counting count is maximum between the predetermined minimum reference operating variable and the cut-in, which is determined to be a value smaller than the cut-in. In this case, the reason why the number of counting is less than the maximum number of cuts is because the interval in which the wind turbine is stopped is usually maximized when the standard is set. When the wind turbine is stopped without rotating, it is normal that no vibration occurs. Therefore, precise judgment criteria are not necessary at this time. Therefore, it is desirable to exclude the section including 0, which can be expected to some extent. Of course, the reference operating condition may be appropriately determined to be larger than 0 and smaller than the cut-off value.

다음으로, 컷인 이후 가장 빈번한 운전 조건이 나타나는 범위 구간도 고려하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 히스토그램에서, 컷인 이후 상기 제 1 내지 3 주요 액티브 빈을 제외한 나머지 범위 구간에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 2 보조 액티브 빈으로 결정한다.Next, it is preferable to consider the range in which the most frequent operating conditions appear after the cut-in. Accordingly, in the histogram, the second sub-active bin is determined as a range in which the number of counting times is maximum in the remaining range except for the first to third major active bins after the cut-in.

도 5는 이와 같은 방식으로 주요 액티브 빈을 결정한 후 보조 액티브 빈을 더 결정한 예시를 도시하고 있다. 도 5의 예시에서, 제 1 보조 액티브 빈(기준 회전 속도 ~ 컷인 회전 속도 사이 최다 회전 속도)은 6 ~ 7rpm 구간, 제 2 보조 액티브 빈(2번째 최다 회전 속도)은 9 ~ 10rpm 구간으로 나타난다.
FIG. 5 shows an example of further determining the auxiliary active bean after determining the main active bean in this manner. In the example of Fig. 5, the first auxiliary active bin (the maximum rotation speed between the reference rotation speed and the cut-in rotation speed) is 6 to 7 rpm, and the second auxiliary active bin (the second most rotation speed) is 9 to 10 rpm.

위에서 설명한, 본 발명에서의 액티브 빈 결정 기준을 요약하면 다음과 같다.The above-described active bean decision criteria in the present invention can be summarized as follows.

■ 주요 액티브 빈(mandatory active bin)■ Major active bin

- 제 1 주요 액티브 빈 : 컷인(cut-in)범위 구간- First primary active bin: cut-in range interval

- 제 2 주요 액티브 빈 : 최대 기준 운전 변수 구간- Second major active bin: maximum reference operating variable section

- 제 3 주요 액티브 빈 : 컷인 ~ 최대 기준 운전 변수 사이에서 가장 빈번한 운전 구간- The third major active bin: the most frequent operating interval between cut-in and maximum reference operating variables

■ 보조 액티브 빈(optional active bin)■ Optional active bin

- 제 1 보조 액티브 빈 : 미리 결정된 기준 운전 변수 하한치 ~ 컷인 사이에서 가장 빈번한 운전 구간- First auxiliary active bin: the pre-determined reference operating variable The most frequent operating interval between the lower limit and cut-in

- 제 2 보조 액티브 빈 : 컷인 이상에서 제 1 ~ 3 주요 액티브 빈을 제외한 구간들 중 가장 빈번한 운전 구간
- Second assistant active bin: The most frequent driving section among the sections excluding the first to third major active beans in the cut-in and above

이와 같이 액티브 빈이 결정되면, 액티브 빈의 대푯값이 결정되게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 액티브 빈은 도 3에 나타나는 바와 같은 히스토그램을 기반으로 결정되었으며, 액티브 빈 대푯값은 도 2에 나타나는 바와 같은 기준 운전 변수와 진동 크기 매칭 그래프를 사용하여 결정된다. 본 발명에서는 고장 진단을 위한 데이터 분석을 하는 것이 목적인 바, 어떤 조건에서 어느 정도의 크기의 진동이 나타나면 정상 작동 중이고, 진동이 얼마 이상이면 고장이라고 판단할 수 있는지의 기준을 세우고자 하는 것이므로, 액티브 빈 대푯값은 진동 크기 값으로 나타나게 되는 것이다.
When the active bean is determined in this way, a representative value of the active bean is determined. As described above, the active bean is determined based on the histogram as shown in FIG. 3, and the active bin reference value is determined using the reference operation variable and the vibration magnitude matching graph as shown in FIG. The purpose of the present invention is to analyze data for fault diagnosis. In order to establish a criterion for determining whether a vibration is of a certain magnitude under certain conditions, The empty representative value is represented by the vibration magnitude value.

이 때 상기 액티브 빈 대푯값은, 가장 쉽게는 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값으로 결정되도록 할 수 있다. 시운전 기간에는 풍력 발전기가 새 제품이기 때문에 고장이 없는 상태라고 가정하는 것이 합리적이므로, 시운전 기간 동안 나타난 진동 평균값 ㅁ 표준편차값은 안정적인 동작 상태 범위 내에 있다고 가정해도 무방한 것이다.In this case, the active bin reference value can be most easily determined as an average value and a standard deviation value of the amplitude magnitude values in the active bin range. Since it is reasonable to assume that the wind turbine generator is a new product during the commissioning period, it is reasonable to assume that the vibration average value and standard deviation value during the commissioning period are within the stable operating condition range.

그런데 이러한 시운전 기간에도, 예를 들어 벼락이 친다든가 하는 등과 같이 기후의 갑작스러운 변화에 의하여 노이즈가 발생할 수 있다. 따라서 통계적 처리를 이용하여 이러한 노이즈를 제거한 뒤 평균값 및 표준편차값을 찾아 이를 액티브 빈 대푯값으로 결정해도 된다. 즉 액티브 빈 대푯값은, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값 및 표준편차값으로도 결정할 수 있다.However, even during this commissioning period, noise may occur due to sudden changes in the climate, such as when lightning strikes. Therefore, statistical processing may be used to remove the noise, and the average value and the standard deviation value may be determined as the active binarization value. That is, the active bin reference value can also be determined by the average value and the standard deviation value of the noise-removed value of the vibration amplitude value within the active bin range.

또는, 고장 진단을 위한 고장 기준을 단순화하고자 하는 목적에서, 진동 평균값 및 표준편차값이 아니라 진동 최대값만을 기준으로 삼을 수도 있다. 즉 이 경우에는 액티브 빈 대푯값은, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값 중 최대값으로 결정할 수 있다.Alternatively, for the purpose of simplifying the failure criterion for fault diagnosis, the vibration maximum value and not the vibration average value and the standard deviation value may be used as the reference. That is, in this case, the active bin reference value can be determined as the maximum value among the vibration amplitude values in the active bin range.

물론 이로써 액티브 빈 대푯값의 결정 기준이 한정되는 것은 아니며, 이러한 예시들 중 선택되는 적어도 어느 하나로서 액티브 빈 대푯값이 결정될 수도 있고, 또한 고장 진단을 위한 고장 기준 정도 등에 따라 다른 방식으로 액티브 빈 대푯값이 결정될 수도 있다.
Of course, this does not mean that the criterion for determining the active bin reference value is limited. The active bean reference value may be determined as at least one of these examples, and the active bin reference value may be determined in a different manner depending on the degree of failure criteria for failure diagnosis It is possible.

이와 같이 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값이 결정되고 나면, 이제 풍력 발전기가 시운전을 마치고 실질적인 운용에 들어가게 된다. 상기 풍력 발전기가 운용되는 동안에는 기준 운전 변수 및 진동 크기 값이 측정되는 운용 데이터 측정 단계가 수행된다.Once the active bean and active bin representations have been determined, the wind turbine is now commissioned and ready for practical operation. During the operation of the wind power generator, an operation data measurement step is performed in which a reference operation parameter and a vibration magnitude value are measured.

고장 진단 단계에서는, 이와 같이 상기 운용 데이터 측정 단계에서 측정된 진동 크기 값이, 그 때 기준 운전 변수 값에 해당하는 액티브 빈의 액티브 빈 대푯값을 사용하여 미리 결정된 고장 진단 기준값을 초과하면 고장이 발생된 것으로 판단되게 된다. 이 때 상기 고장 진단 기준값은, 시운전 기간 내에 측정된 최대값 또는 하기의 식에 의하여 결정될 수 있다.In the failure diagnosis step, if the vibration magnitude value measured in the operation data measurement step exceeds a predetermined failure diagnosis reference value using the active bin reference value of the active bin corresponding to the reference operation variable value at that time, . At this time, the failure diagnostic reference value may be determined by a maximum value measured within a test run period or by the following equation.

고장 기준값 = 평균값 + 상수x표준편차값Failure reference value = average value + constant x standard deviation value

이 때 상기 상수는 양수로서, 예를 들어 상기 상수 값은 1.2 내지 1.5일 수 있다. 즉 예를 들자면, 상기 상수 값을 1.2로 계산했을 때 측정 진동 크기 값이 상기 고장 기준값을 초과하면 주의 상태(warning level), 상기 상수 값을 1.5로 계산했을 때 측정 진동 크기 값이 상기 고장 기준값을 초과하면 경보 상태(alert level)로 결정하는 등과 같다. 도 6은 시운전 수집 데이터에 액티브 빈 및 고장 진단 기준값을 시운전 기간 중 최대값으로 결정했을 때의 예이고, 도 7은 고장 진단 기준값을 평균값에 표준 편차의 상수배로 결정하였을 때의 실제 측정 데이터, 액티브 빈 결정 및 고장 기준값의 예시를 도시하고 있다.Where the constant is a positive number, for example the constant value may be 1.2 to 1.5. For example, if the measured vibration magnitude value exceeds the failure reference value when the constant value is calculated as 1.2, the warning level and the measured vibration magnitude value when the constant value is calculated as 1.5, If it exceeds, it is determined as an alert level. FIG. 6 shows an example in which the active bin and the failure diagnosis reference value are set to the maximum value during the test run period in the test run collection data, FIG. 7 shows an example of the actual measurement data when the failure diagnosis reference value is determined as an average value and a constant multiple of the standard deviation, An example of an empty decision and failure reference value is shown.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

S1~S5: (본 발명의) 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법의 각 단계.S1 to S5: Each step of the fault diagnosis method of the wind turbine using the active bean (of the present invention).

Claims (6)

복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 구비되어 바람에 의하여 회전하는 회전축, 상기 회전축에 연결되어 회전함으로써 전력을 생산하는 발전기를 포함하여 이루어지는 풍력 발전기의 고장 진단 방법에 있어서,
미리 결정된 시운전 기간 동안, 미리 결정된 시간 간격마다 미리 결정된 시간 범위 구간만큼의 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 측정되는 시운전 데이터 수집 단계;
상기 시운전 데이터 수집 단계에서 수집된 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 매칭되어 매칭 그래프가 생성되고, 미리 결정된 기준 운전 변수 범위 구간 별로 기준 운전 변수 값의 횟수가 카운팅되어 히스토그램이 생성되는 시운전 데이터 분석 단계;
상기 시운전 데이터 분석 단계에서 생성된 매칭 그래프 및 히스토그램을 바탕으로 적어도 하나 이상의 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값이 결정되는 액티브 빈 결정 단계;
상기 풍력 발전기가 운용되는 동안, 기준 운전 변수 값 및 진동 크기 값이 측정되는 운용 데이터 측정 단계;
상기 운용 데이터 측정 단계에서 측정된 진동 크기 값을 기준 운전 변수 값에 해당하는 액티브 빈의 액티브 빈 대푯값과 비교하여 고장 진단 기준값을 초과하면 고장이 발생된 것으로 판단되는 고장 진단 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
A method of diagnosing a fault in a wind turbine comprising a plurality of blades, a rotating shaft rotated by the wind with the blades, and a generator connected to the rotating shaft to generate electric power,
A commissioning data collection step of measuring a reference operating parameter value and a vibration magnitude value by a predetermined time range interval at predetermined time intervals during a predetermined commissioning period;
A calibration graph is generated by matching the reference operating parameter value and the vibration magnitude value collected in the commissioning data collection step, and the number of the reference operating parameter values is counted for each predetermined reference operating parameter range interval to generate a histogram. ;
An active bin determination step of determining at least one active bin and an active bin reference value based on the matching graph and the histogram generated in the trial data analysis step;
An operating data measuring step in which a reference operating parameter value and a vibration magnitude value are measured while the wind power generator is operated;
Comparing the vibration magnitude value measured in the operation data measurement step with an active bin representative value of an active bin corresponding to a reference operation variable value, and determining that a failure has occurred if the vibration magnitude value is exceeded;
And a fault diagnosis method for the wind turbine using the active bean.
제 1항에 있어서, 상기 기준 운전 변수는
회전 속도, 발전량, 바람 세기 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
2. The method according to claim 1,
And the wind speed, the rotational speed, the power generation amount, and the wind strength.
제 1항에 있어서, 상기 액티브 빈 결정 단계에서,
상기 히스토그램에서, 컷인(cut-in) 구간을 제 1 주요 액티브 빈으로 결정하고,
상기 히스토그램에서, 기준 운전 변수의 최대값이 나타난 범위 구간을 제 2 주요 액티브 빈으로 결정하고,
상기 히스토그램에서, 컷인 및 최대 기준 운전 변수 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 3 주요 액티브 빈으로 결정하는 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
2. The method according to claim 1, wherein in the active bin determination step,
In the histogram, a cut-in interval is determined as a first major active bin,
In the histogram, a range in which the maximum value of the reference operation variable is displayed is determined as a second major active bin,
Wherein the third major active bin is determined as a range of intervals in which the number of counting times is maximum between the cut-in and the maximum reference operating variables, as the third major active bin in the histogram.
제 3항에 있어서, 상기 액티브 빈 결정 단계에서,
상기 히스토그램에서, 컷인 회전 속도보다 작은 값으로 결정되는 미리 결정된 최소 기준 운전 변수 및 컷인 사이에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 1 보조 액티브 빈으로 결정하고,
상기 히스토그램에서, 컷인 이상에 대해 상기 제 1 내지 3 주요 액티브 빈 을 제외한 나머지 범위 구간에서 카운팅 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 2 보조 액티브 빈으로 결정하는 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
4. The method of claim 3, wherein in the active bin determination step,
The first auxiliary active bin is determined as a range in which the counted number of counts is maximized between a predetermined minimum reference operation variable and cut-in which is determined as a value smaller than the cut-in rotational speed in the histogram,
Wherein the second auxiliary active bin is determined as a second auxiliary active bin in a range in which the number of counting times is maximum in a remaining range excluding the first to third major active bins with respect to the cut-in error in the histogram. Fault diagnosis method.
제 1항에 있어서, 상기 액티브 빈 결정 단계에서,
상기 액티브 빈 대푯값은,
액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값,
액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값 및 표준편차값,
액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값 중 최대값
중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
2. The method according to claim 1, wherein in the active bin determination step,
The active bin representative value,
The average value and the standard deviation value of the vibration amplitude value in the active bin range,
The average value and the standard deviation value of the noise-removed values of the vibration amplitude value in the active bin range,
Maximum value of vibration amplitude value in active bin range
Wherein the active energy of the at least one active energy source is at least one selected from the group consisting of at least two types of energy sources.
제 1항에 있어서, 상기 고장 진단 단계에서,
상기 고장 기준값은 각 액티브 빈에 대해 시운전 기간 중 측정된 진동 크기의 최대값 또는 하기의 식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 액티브 빈을 이용한 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
고장 진단 기준값 = 평균값 + 상수x표준편차값
(이 때 상기 상수는 양수)
2. The method according to claim 1,
Wherein the failure reference value is determined by a maximum value of a vibration magnitude measured during a trial period for each active bin or by the following equation.
Fault diagnosis reference value = average value + constant x standard deviation value
(Where the constant is a positive number)
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