KR20200029931A - Fault diagnosis method of wind generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력 발전기의 고장 진단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 고장 진단에 대한 신뢰성이 향상되게 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a fault in a wind power generator, and more particularly, to a method for diagnosing a fault in a wind power generator that improves reliability of a fault in the wind power generator.
일반적으로, 바람을 이용하여 전력을 생산하는 풍력 발전시스템은 풍력 발전기와 이를 제어하는 중앙 제어장치로 이루어진다. In general, a wind power generation system that generates power using wind is composed of a wind power generator and a central control device for controlling the wind power generation system.
또한, 풍력 발전기는 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 블레이드의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로 구성된 나셀(Nacelle)과, 블레이드와 나셀을 연결하는 허브(Hub)와, 나셀을 지지하는 타워 등으로 이루어진다.In addition, the wind generator includes a blade rotating by the wind, a nacelle composed of a device that converts the rotational energy of the blade into electrical energy, a hub connecting the blade and the nacelle, and a tower supporting the nacelle. Is made of
이때, 풍력 발전기와 중앙 제어장치는 유선 또는 무선으로 중앙 제어장치와 연결되며, 고가인 풍력 발전기를 장시간 정상 상태로 유지하기 위해서 치명적인 고장이나 손상이 발생하기 전에 이를 미리 탐지하여 수리하거나 다른 조치를 취하는 것이 필요하다. At this time, the wind power generator and the central control device are wired or wirelessly connected to the central control device, and in order to maintain an expensive wind power generator in a normal state for a long time, detect and repair or take other measures before a fatal failure or damage occurs. Need something
하지만, 풍력 발전기를 감시자가 실시간으로 상시 감시하는 것은 어렵기 때문에, 풍력 발전기 각 요소별로 검출되는 특정한 신호를 모니터링 하는 상태 감시가 필요하고, 특히 육지로부터 멀리 떨어진 해상 풍력 발전기 등의 경우에는, 이러한 감시를 통한 사전경고 신호에 대한 신뢰도의 향상이 요구되고 있는 실정이다.However, since it is difficult for a supervisor to monitor the wind power generator in real time, it is necessary to monitor the specific signal detected for each element of the wind power generator, especially in the case of offshore wind power generators, etc. There is a need to improve the reliability of the warning signal through.
풍력 발전기는 바람의 불규칙한 변동성 때문에 회전속도 및 블레이드 각도(피치)를 변화시킴으로써, 연속적으로 변화하는 바람에 효율적으로 대응하며 발전을 진행한다. 이에 따라 화력, 원자력 및 수력 발전기와는 달리 풍력 발전기는 수시로 회전속도 및 하중 등의 운전 조건 변화를 수반하는 변동 발전기기이다.The wind power generator efficiently responds to continuously changing wind and progresses power generation by changing the rotational speed and blade angle (pitch) due to the irregular variability of the wind. Accordingly, unlike thermal power, nuclear power, and hydroelectric power generators, wind power generators are variable generators that often change operating conditions such as rotation speed and load.
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. 이러한 빈은 제어나 분석 등에 사용될 때 액티브 빈(active bin)이라 칭하며, 풍력 발전기의 고장 진단을 위해서는 액티브 빈을 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the International Electrotechnical Commission (IEC) 61400-25-6 (Communications for monitoring and control of wind power plants, TC 88) provides a standard for the concept of 'bin'. Bin is a term used in a technique for dealing with such data when a parameter has a constantly changing pattern rather than converging or maintaining a steady state at a certain value. Such bins are referred to as active bins when used for control or analysis, and it is preferable to use active bins for diagnosing failures of wind power generators.
한편, 종래의 풍력 발전기와 같이 넓은 지역에 분산 배치된 발전기의 고장 진단을 위하여 모니터링하는 방법과 관련하여, 대한민국 등록특허 10- 1152647호에는 센서 등을 통해 고장 발생이 감지되면 관리자에게 SMS로 통지하는 기술이 개시되어 있을 뿐, 실제로 어떤 상태를 고장 발생으로 정의할 것이냐에 대해 결정하는 방법에 대해서는 기재되어 있지 않다.On the other hand, in relation to the monitoring method for diagnosing a fault of a generator distributed in a large area such as a conventional wind power generator, Korean Patent Registration No. 10-1152647 notifies the administrator by SMS when a fault is detected through a sensor or the like. The technology is only disclosed, and there is no description of how to actually determine which conditions will be defined as failures.
따라서, 종래의 경우 액티브 빈을 적절하게 설정할 수 있는 방법이 제시되지 못하는 문제점이 있었다.Therefore, in the related art, there is a problem in that a method for properly setting the active bean is not presented.
또한, 액티브 빈이 제시된다하더라도 액티브 빈의 결정과정이 간소화되지 못하는 문제점이 있었고, 고장 진단시 사용되는 변수들에 오차가 발생하는 것을 방지하지 못하는 문제점도 있었다.In addition, even if an active bean is presented, there is a problem in that the determination process of the active bean is not simplified, and there is a problem in that errors in variables used in diagnosing a failure cannot be prevented.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 풍력 발전기의 고장 진단에 대한 신뢰성이 향상되게 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for diagnosing a fault in a wind power generator, which improves reliability in fault diagnosis of a wind power generator.
전술한 본 발명의 목적은, 시운전중에 기 결정된 시간간격 내에서 일정시간 동안 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 수집하는 시운전 데이터 수집 단계; 상기 시운전 데이터 수집 단계에서 수집된 발전기 속도 값과, 발전기 속도 값이 측정될 때 발생되는 진동 크기 값이 매칭되어 테이블화된 제1 정보와, 기 결정된 발전기 속도 값의 구간별로 각 구간에 해당되는 발전기 속도 값의 횟수에 해당되는 제2 정보를 생성하는 시운전 데이터 생성 단계; 상기 제1 정보와 상기 제2 정보를 이용하여 적어도 하나 이상의 액티브 빈 및 액티브 빈 대표값을 결정하는 액티브 빈 결정단계; 풍력 발전기가 동작하는 동안의 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 측정하는 동작 데이터 측정단계; 및 상기 동작 데이터 측정 단계에서 측정된 발전기 속도 값을 이용하여 기준값을 산출하고, 진동 크기 값이 기준값을 초과하는 지를 판단하여 상기 풍력 발전기의 고장여부를 판단하는 고장 판단 단계;를 포함하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 제공함으로써 달성된다.The above-described object of the present invention is a test run data collection step of collecting a generator speed value and a vibration magnitude value for a predetermined time within a predetermined time interval during a test run; The generator corresponding to each section for each section of the first information tabulated by matching the generator speed value collected in the commissioning data collection step with the vibration magnitude value generated when the generator speed value is measured and the predetermined generator speed value A commissioning data generation step of generating second information corresponding to the number of speed values; An active bean determining step of determining at least one active bean and an active bean representative value using the first information and the second information; An operation data measurement step of measuring a generator speed value and a vibration magnitude value while the wind power generator is operating; And a failure determination step of calculating a reference value using the generator speed value measured in the operation data measurement step, and determining whether the vibration magnitude value exceeds the reference value to determine whether the wind power generator has failed. This is achieved by providing a fault diagnosis method.
또한, 상기 제1 정보는 매칭 그래프로 제공되고, 상기 제2 정보는 히스토그램으로 제공되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first information is provided as a matching graph, and the second information is provided as a histogram.
또한, 상기 액티브 빈은, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하인 영역에서 선택되는 것을 특징으로 한다. In addition, the active bin is characterized in that the generator speed value is selected from the region of 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value.
또한, 상기 액티브 빈 결정단계는, 상기 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간을 제1 액티브 빈으로 결정하고, 발전기 속도의 최대값이 나타난 구간을 제2 액티브 빈으로 결정하며, 상기 제1 액티브 빈 구간과, 상기 제2 액티브 빈 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타내는 구간을 제3 액티브 빈 구간으로 결정하는 것을 특징으로 한다.Also, in the determining of the active bin, a cut-in section of the histogram is determined as a first active bin, a section in which a maximum value of the generator speed is displayed is determined as a second active bin, and the first active bin is determined. The section and a section in which the number of times the generator speed value is maximum in the second active bin section is determined as the third active bin section.
또한, 상기 액티브 빈 결정단계는, 상기 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간보다 작은 값으로 결정된 발전기 속도 값과 컷인 구간 사이에서, 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제1 보조 액티브 빈으로 결정하고, 상기 컷인 구간 이상에서 상기 제1 액티브 빈 구간과 상기 제3 액티비 빈 구간을 제외한 나머지 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제2 보조 액티브 빈으로 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the determining of the active bin, a section in which the number of times of generator speed is maximum is determined as a first auxiliary active bin between a generator speed value and a cut-in section determined by a value smaller than a cut-in section of the histogram. The second active active bin is determined to be a section in which the number of times of the generator speed value is the maximum in the remaining sections excluding the first active bin section and the third activity bin section above the cut-in section.
또한, 상기 액티브 빈 대표값은, 액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값과, 액티브 빈 구간에서의 진동 크기값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값과 표준편차값 및 액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 최대값 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the active bin representative values are the average value and the standard deviation value of the vibration magnitude value in the active bin section, and the average value, the standard deviation value and the active bin section of the value obtained by removing noise from the vibration magnitude value in the active bin section. It is characterized in that it is at least one selected from the maximum value of the vibration magnitude value.
또한, 상기 기준값은, 상기 각 액티브 빈에 대해 시운전 기간 중 측정된 진동 크기 값의 최대값인 것을 특징으로 한다.In addition, the reference value is characterized in that the maximum value of the vibration magnitude value measured during the trial run period for each active bin.
또한, 상기 기준값은, 하기 수학식 1에 의거하여 연산되고,In addition, the reference value is calculated based on the following equation (1),
수학식 1은,
F= M+ a×SF = M + a × S
상기 수학식 1에서, F는 기준값이고, M은 동작 데이터 측정단계에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 평균값이며, S는 동작 데이터 측정단계에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 표준 편차값이며 a는 상수인 것을 특징으로 한다.In
또한, 상기 a는 양수인 것을 특징으로 한다.In addition, the a is characterized in that it is a positive number.
상술한 바와 같이 본 발명인 풍력 발전기의 고장 진단 방법은, 풍력 발전기의 고장 진단시에 운전변수로서 발전기 속도 값을 사용함으로써, 액티브 빈을 간소화하여 풍력 발전기의 고장에 대한 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the method for diagnosing a fault in a wind power generator according to the present invention has an effect of simplifying an active bean and improving reliability of a fault in a wind power generator by using a generator speed value as a driving variable when diagnosing a fault in the wind power generator.
또한, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하에서 액티브 빈 구간이 설정되도록 하기 때문에, 외부 영향을 최소화시킨 상태에서 풍력 발전기의 진동 크기 값을 측정할 수 있어, 풍력 발전기의 고장에 대한 진단의 정확성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, since the generator speed value is set to 90% or more and 97% or less of the rated speed value of the generator, the vibration magnitude value of the wind generator can be measured while minimizing external influences. It has the effect of improving the accuracy of the diagnosis.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 액티브 빈이 결정된 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 액티브 빈이 결정된 다른 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 액티브 빈 구간이 설정되는 영역을 나타내는 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 진동 크기 값의 편차를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 진동 크기 값의 편차를 나타내는 다른 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기의 Drive end에서의 발전기 속도 값에 따른 진동 크기 값의 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서, 발전기의 Non drive end에서의 발전기 속도 값에 따른 진동 크기 값의 변화를 나타내는 그래프.1 is a flow chart showing a fault diagnosis method of a wind power generator according to the present invention.
2 is an exemplary view in which the active bin is determined in the fault diagnosis method of the wind power generator according to the present invention.
3 is another exemplary view in which the active bin is determined in the fault diagnosis method of the wind power generator according to the present invention.
4 is an exemplary view showing an area in which an active bin section is set according to a generator speed value in a method for diagnosing a failure of a wind power generator according to the present invention.
Figure 5 is a graph showing the deviation of the vibration magnitude value according to the generator speed value in the fault diagnosis method of a wind power generator according to the present invention.
Figure 6 is another graph showing the deviation of the vibration magnitude value according to the generator speed value in the fault diagnosis method of a wind power generator according to the present invention.
7 is a graph showing a change in a vibration magnitude value according to a generator speed value at a drive end of a generator in a fault diagnosis method of a wind power generator according to the present invention.
8 is a graph showing a change in a vibration magnitude value according to a generator speed value at a non-drive end of a generator in the fault diagnosis method of a wind power generator according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of diagnosing a failure of a wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 액티브 빈이 결정된 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 액티브 빈이 결정된 다른 예시도이다.1 is a flow chart showing a method for diagnosing a fault in a wind power generator according to the present invention, FIG. 2 is an exemplary view in which an active bin is determined in a fault diagnosis method for a wind power generator according to the present invention, and FIG. 3 is a fault in a wind power generator according to the present invention Another example is the active bean is determined in the diagnostic method.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명을 통해 고장이 진단되는풍력 발전기는 복수개의 블레이드(미도시)와, 블레이드가 구비되어 회전하는 회전축(미도시), 회전축에 연결되어 회전함으로써 전력을 생산하는 발전기(미도시)를 포함할 수 있다.As shown in Figures 1 to 3, the wind power generator is diagnosed a fault through the present invention is a plurality of blades (not shown), the blade is provided with a rotating shaft (not shown), connected to the rotating shaft to rotate power It may include a generator (not shown) to produce.
후술할 발전기 속도 값이나 진동 크기 값 등은 풍력 발전기의 원하는 위치에 다수개의 센서를 구비시키고, 각 센서를 통해 센싱된 값을 사용할 수 있다.The generator speed value, vibration size value, etc., which will be described later, may be provided with a plurality of sensors at a desired position of the wind generator, and values sensed through each sensor may be used.
한편, 상기와 같이 구성된 풍력 발전기의 고장 진단 방법은, 시운전 데이터 수집 단계(S101), 시운전 데이터 생성 단계(S103), 액티브 빈 결정단계(S105), 동작 데이터 측정단계(S107) 및 고장 판단 단계(S109)를 포함할 수 있다.On the other hand, the failure diagnosis method of the wind generator configured as described above, commissioning data collection step (S101), commissioning data generation step (S103), active bin determination step (S105), operation data measurement step (S107) and failure determination step ( S109).
시운전 데이터 수집 단계(S101)는 미리 결정된 시운전 기간 동안 기 결정된 시간간격 내에서 일정시간 동안 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 수집한다.The commissioning data collection step (S101) collects a generator speed value and a vibration magnitude value for a predetermined time within a predetermined time interval during a predetermined commissioning period.
예를 들어, 시운전 기간은 1년 사이로 결정될 수 있으며, 시간 간격은 10분에서 30분 사이, 일정시간은 30초에서 60초 사이로 결정될 수 있다.For example, the trial run period may be determined between 1 year, the time interval may be determined from 10 minutes to 30 minutes, and the predetermined time may be determined from 30 seconds to 60 seconds.
이때, 발전기 속도 값은 기준 운전 변수에 해당하며, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법은, 기준 운전 변수로, 회전속도, 발전기 속도 값을 사용할 수 있다.At this time, the generator speed value corresponds to a reference operation variable, and the method for diagnosing a failure of the wind power generator according to the present invention may use rotation speed and generator speed values as reference operation variables.
특히, 본 발명은 기준 운전 변수로 발전기 속도 값을 사용함으로써 고장 진단의 신뢰성을 향상시키는데, 후술할 액티브 빈은, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하인 영역에서 선택되게 할 수 있다.In particular, the present invention improves the reliability of failure diagnosis by using the generator speed value as a reference operation variable, and the active bin, which will be described later, can be selected in an area where the generator speed value is 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value. have.
액티브 빈이 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하인 영역에서 선택되게 되면, 액티브 빈 구간에서 선택되는 진동 크기 값의 편차가 적어 진단에 대한 신뢰성이 향상되게 된다.When the active bin is selected in a region in which the generator speed value is 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value, there is little variation in the vibration magnitude value selected in the active bin section, thereby improving reliability for diagnosis.
또한, 본 발명은 발전기 속도 값을 이용하여 시운전 데이터를 수집할 수 있지만, 이러한 단계를 거치지 않고, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하인 영역에서 액티브 빈 구간을 설정하여 풍력 발전기의 고장 여부를 진단할 수 있다.In addition, the present invention can collect commissioning data using the generator speed value, but without going through these steps, the wind turbine is set by setting the active bin section in an area where the generator speed value is 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value. It can diagnose the failure.
시운전 데이터 생성 단계(S103)는, 시운전 데이터 수집 단계(S101)에서 수집된 발전기 속도 값과, 발전기 속도 값이 측정될 때 발생되는 진동 크기 값이 매칭되어 테이블화된 제1 정보를 생성한다.In the commissioning data generation step (S103), the generator speed value collected in the commissioning data collection step (S101) and the magnitude of vibration generated when the generator speed value is measured are matched to generate tabulated first information.
또한, 기 결정된 발전기 속도 값의 구간별로 각 구간에 해당되는 발전기 속도 값의 횟수에 해당하는 제2 정보를 생성한다.In addition, the second information corresponding to the number of times of the generator speed value corresponding to each section is generated for each section of the predetermined generator speed value.
이때, 제1 정보는 매칭 그래프로 제공될 수 있고, 제2 정보는 히스토그램으로 제공될 수 있다.At this time, the first information may be provided as a matching graph, and the second information may be provided as a histogram.
액티브 빈 결정단계(S105)는, 제1 정보와, 제2 정보를 이용하여 적어도 하나 이상의 액티브 빈 및 액티브 빈 대푯값을 결정할 수 있다.The active bin determining step S105 may determine at least one or more active bins and active bin representative values using the first information and the second information.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 액티브 빈 결정단계(S105)에서는, 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간을 제1 액티브 빈으로 결정하고, 발전기 속도의 최대값이 나타난 구간을 제2 액티브 빈으로 결정할 수 있다.2 and 3, in the active bin determination step (S105), the cut-in section of the histogram is determined as the first active bin, and the section in which the maximum value of the generator speed is displayed is the second active You can decide to empty.
또한, 상기 제1 액티브 빈 구간과, 상기 제2 액티브 빈 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타내는 구간을 제3 액티브 빈 구간으로 결정할 수 있다.In addition, the first active bin section and the section in which the number of times the generator speed value is maximum in the second active bin section may be determined as the third active bin section.
구체적으로, 측정되는 데이터 횟수가 급격하게 많아지는 구간이 뚜렷하게 존재하는데, 이러한 구간은 풍력 발전기가 동작을 시작하는 컷인(Cut-In) 구간에 해당하며, 이러한 구간을 제1 액티브 빈 구간으로 설정할 수 있다.Specifically, a section in which the number of measured data is rapidly increased is clearly present, and this section corresponds to a cut-in section in which the wind power generator starts operating, and this section can be set as the first active bin section have.
또한, 풍력 발전기의 발전기 속도 값의 최대값이 나타나는 조건도 풍력 발전기의 운용에 있어서 중요한 요소이기 때문에, 발전기 속도 값의 최대값이 나타난 범위 구간을 제2 액티브 빈으로 결정할 수 있다.In addition, since the condition in which the maximum value of the generator speed value of the wind generator appears is also an important factor in the operation of the wind generator, the range section in which the maximum value of the generator speed value appears can be determined as the second active bin.
또한 컷인과, 발전기 속도값이 최대가 되는 조건사이에서, 가장 많은 발전기 속도의 횟수가 나타나는 구간도 중요한 부분으로, 가장 많은 발전기 속도 값의 횟수가 나타난 것은, 풍력 발전기가 운용될 때 가장 많은 시간 동안 해당 발전기 속도 값으로 작동한다는 것을 의미하기 때문에, 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제3 액티브 빈으로 결정할 수 있다.Also, between the cut-in and the condition that the generator speed value becomes the maximum, the section in which the number of the most generator speeds appears is an important part, and the number of the most generator speed values appears for the most time when the wind generator is operated. Since it means that the generator is operated at the generator speed value, the third active bin may be determined as a range section in which the number of generator generator speed values is the maximum.
상기와 같은 과정을 거쳐 액티브 빈을 결정할 수 있으며, 보다 정확한 진단을 위해 보조 액티브 빈 구간을 설정할 수 있다.Through the above process, the active bin can be determined, and an auxiliary active bin section can be set for more accurate diagnosis.
구체적으로, 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간보다 작은 값으로 결정된 발전기 속도 값과 컷인 구간 사이에서, 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제1 보조 액티브 빈으로 결정하고, 컷인 구간 이상에서 제1 액티브 빈 구간과, 제3 액티비 빈 구간을 제외한 나머지 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제2 보조 액티브 빈으로 결정할 수 있다.Specifically, among the histogram, between the generator speed value determined to be smaller than the cut-in section and the cut-in section, the section with the largest number of generator speed values is determined as the first auxiliary active bin, and is removed from the cut-in section or higher. A section in which the number of times of the generator speed value is the maximum in the remaining sections other than the 1 active bin section and the third activity bin section may be determined as the second auxiliary active bin.
또한, 컷인 이전에도 풍력 발전기의 움직임이 없는 것은 아니며, 미세한 움직임이 있을 수 있다.In addition, there is no movement of the wind power generator before the cut-in, and there may be fine movement.
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. In this case, since the wind turbine is not actually in full operation, it is not critical to the diagnosis of the failure, but it is also possible to use the data for this case to perform the diagnosis of the failure.
따라서, 컷인보다 작은 값으로 결정되는 미리 결정된 최소 발전기 속도 값 및 컷인 사이에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 1 보조 액티브 빈으로 결정할 수 있다.Accordingly, it is possible to determine a predetermined minimum generator speed value determined as a value smaller than the cut-in and a range section in which the number of generator speed values between cut-ins is the maximum as the first auxiliary active bin.
또한, 컷인 이후 가장 빈번한 운전 조건이 나타나는 범위 구간도 고려하는 것이 바람직하다. 따라서, 컷인 이후 제1 내지 제3 액티브 빈을 제외한 나머지 범위 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타난 범위 구간을 제 2 보조 액티브 빈으로 결정할 수 있다.In addition, it is preferable to consider a range section in which the most frequent driving conditions appear after cut-in. Accordingly, after the cut-in, the range section in which the number of generator speed values is the maximum in the remaining range sections excluding the first to third active bins may be determined as the second auxiliary active bin.
상기와 같이 액티브 빈이 결정되고 나면, 액티브 빈의 대표값이 결정된다. After the active bean is determined as described above, a representative value of the active bean is determined.
이러한 액티브 빈 대푯값은, 액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값과, 액티브 빈 구간에서의 진동 크기값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값과 표준편차값 및 액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 최대값 중에서 선택된 적어도 어느 하나 일 수 있다.These active bin representative values include the average value and standard deviation value of the vibration magnitude value in the active bin section, and the average value and standard deviation value of the value obtained by removing noise from the vibration magnitude value in the active bin section and the vibration magnitude value in the active bin section. It may be at least one selected from the maximum value of.
구체적으로, 어떤 조건에서 어느 정도의 크기의 진동이 나타나면 정상 작동 중이고, 진동이 일정크기 이상이면 고장이라고 판단하기 때문에, 액티브 빈 대표값은 진동 크기 값으로 나타날 수 있다.Specifically, if a certain amount of vibration occurs under certain conditions, it is operating normally, and if the vibration is greater than a certain size, it is determined to be a failure, so the representative value of the active bin may appear as a vibration magnitude value.
액티브 빈 대표값은 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값으로 결정될 수 있다.The active bin representative value may be determined as an average value and a standard deviation value of vibration magnitude values in the active bin range section.
하지만, 이러한 시운전 기간에도, 기후의 갑작스러운 변화에 의하여 노이즈가 발생할 수 있으며, 통계적 처리를 이용하여 노이즈를 제거한 뒤 평균값 및 표준편차값을 찾아 이를 액티브 빈 대표값으로 결정할 수 있다.However, even in such a trial run period, noise may be generated due to sudden changes in the climate, and noise may be removed using statistical processing to find the average value and the standard deviation value and determine it as the representative value of the active bin.
즉, 액티브 빈 대표값은, 액티브 빈 범위 구간 내 진동 크기 값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값 및 표준편차값으로도 결정할 수 있다.That is, the representative value of the active bin may be determined as an average value and a standard deviation value of the value obtained by removing noise from the vibration magnitude value in the active bin range section.
또는, 고장 진단을 위한 기준을 단순화하고자 하는 목적에서, 진동 평균값 및 표준편차값이 아니라 진동 최대값 만을 기준으로 삼을 수도 있다. Alternatively, for the purpose of simplifying the criteria for diagnosing a fault, it is also possible to use only the maximum vibration value, not the average vibration value and the standard deviation value.
상기와 같이 액티브 빈 및 액티브 빈 대표값이 결정되면 풍력 발전기는 실질적인 운용에 들어가며, 동작 데이터를 측정하게 된다.When the active bin and the active bin representative values are determined as described above, the wind power generator enters practical operation and measures operation data.
동작 데이터 측정단계(S107)에서는, 풍력 발전기가 동작하는 동안의 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 측정한다.In the operation data measurement step (S107), the generator speed value and the vibration magnitude value during the operation of the wind power generator are measured.
고장 판단 단계(S109)는, 동작 데이터 측정 단계에서 측정된 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 이용하여 풍력 발전기의 고장유무를 판단한다.The failure determination step (S109) determines whether the wind generator has a failure using the generator speed value and the vibration magnitude value measured in the operation data measurement step.
구체적으로, 고장 판단 단계(S109)에서는, 발전기 속도 값을 이용하여 기준값을 산출하고, 진동 크기 값이 기준값을 초과하는 지를 판단한다. Specifically, in the failure determination step S109, the reference value is calculated using the generator speed value, and it is determined whether the vibration magnitude value exceeds the reference value.
이때, 기준값은 각 액티브 빈에 대해 시운전 기간 중 측정된 진동 크기값의 최대값일 수 있고, 하기 수학식 1에 의거하여 연산될 수 있다.At this time, the reference value may be the maximum value of the vibration magnitude value measured during the trial run period for each active bin, and may be calculated based on
수학식 1은, F= M+ a×S이며, 수학식 1에서, F는 기준값이고, M은 동작 데이터 측정단계(S107)에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 평균값이며, S는 동작 데이터 측정단계(S107)에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 표준 편차값이며, a는 상수이고, 이때 a는 양수일 수 있다.
수학식 1에 의해서 기준값이 산출되면, 측정된 진동 크기값이 기준값 이하인지 기준값을 초과하는 지를 판단하고, 기준값을 초과하면, 풍력 발전기가 고장상태인 것으로 판단할 수 있다.When the reference value is calculated by
한편, 도 4에는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 액티브 빈 구간이 설정되는 영역을 나타내는 예시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 진동 크기값의 편차를 나타내는 그래프가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서 발전기 속도 값에 따른 진동 크기값의 편차를 나타내는 다른 그래프가 도시되어 있다.On the other hand, Figure 4 is an exemplary view showing an area in which the active bin section is set according to the generator speed value in the fault diagnosis method of the wind power generator according to the present invention, Figure 5 is a fault diagnosis method of the wind power generator according to the present invention In FIG. 6 is a graph showing the deviation of the vibration magnitude value according to the generator speed value, and FIG. 6 shows another graph showing the deviation of the vibration magnitude value according to the generator speed value in the failure diagnosis method of the wind power generator according to the present invention. have.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서는, 기준 운전변수로 발전기 속도 값을 사용하고, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90%에서 97%영역일 때 액티브 빈 구간이 설정되게 하여, 액티브 빈 구간에서의 측정된 진동 크기 값의 편차가 적도록 할 수 있다.4 to 6, in the method for diagnosing a failure of a wind power generator according to the present invention, a generator speed value is used as a reference operation variable, and the generator speed value is in the range of 90% to 97% of the generator rated speed value. When the active bin section is set, the deviation of the measured vibration magnitude value in the active bin section may be small.
예를 들어, 발전기의 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90%이상 97%이하에 해당하면, 발전기가 외부의 영향에 대해 민감하게 반응하지 않기 때문에 측정되는 진동 크기 값의 변화가 매우 적다.For example, if the speed value of the generator corresponds to 90% or more and 97% or less of the rated speed value of the generator, the change in the measured vibration magnitude value is very small because the generator does not react sensitively to external influences.
또한, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90%이상 97%이하에 해당하게 되면, 블레이드 피치가 작동하지 않는 영역이기 때문에, 피치를 작동시키는 기기의 영향을 배제한 측정 결과를 얻을 수 있어, 측정 결과에 오류가 적어지게 되고, 변화가 적은 진동 크기 값을 측정할 수 있게 된다.In addition, if the generator speed value falls within 90% or more and 97% or less of the rated speed value of the generator, since the blade pitch does not work, it is possible to obtain a measurement result excluding the effect of the device operating the pitch, and the measurement result. The error becomes less and the vibration magnitude value with little change can be measured.
따라서, 고장 진단에 대한 신뢰성이 향상되게 되는데, RMS 분석이나 KURTOSIS 분석 등에서도 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도의 90% 이상 97%이하인 구간에서 진동 크기 값의 편차가 적게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Therefore, the reliability of the fault diagnosis is improved. In the RMS analysis or KURTOSIS analysis, it can be seen that the variation of the vibration magnitude value is small in the section where the generator speed value is 90% or more and 97% or less of the generator rated speed.
한편, 도 7에는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서, 발전기의 Drive end에서의 발전기 속도 값에 따른 진동 크기값의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 고장 진단 방법에서, 발전기의 Non drive end에서의 발전기 속도 값에 따른 진동 크기 값의 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.Meanwhile, FIG. 7 shows a graph showing a change in a vibration magnitude value according to a generator speed value at a drive end of a generator in the method for diagnosing a failure of a wind power generator according to the present invention, and FIG. 8 shows a wind power generator according to the present invention In the method of diagnosing a fault, a graph showing a change in a vibration magnitude value according to a generator speed value at a non-drive end of a generator is illustrated.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기의 Drive end와, Non drive end에서 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90%에서 97%인 경우에 진동 크기 값이 큰 변화없이 유지되는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figures 7 and 8, it is confirmed that the vibration magnitude value is maintained without a large change when the generator speed value at the drive end and the non drive end of the wind power generator is 90% to 97% of the rated speed value of the generator. You can.
상기와 같이 동작되는 본 발명의 경우, 풍력 발전기의 고장 진단시에 운전변수로서 발전기 속도 값을 사용함으로써, 풍력 발전기의 고장에 대한 신뢰성을 크게 향상시킨다.In the case of the present invention operated as described above, by using the generator speed value as an operation variable when diagnosing a failure of the wind generator, the reliability of the failure of the wind generator is greatly improved.
또한, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97%이하에서 액티브 빈 구간이 설정되도록 하기 때문에, 블레이드의 피치가 작동하지 않는 영역으로, 외부의 영향이 최소화된 상태에서 풍력 발전기의 진동 크기 값을 측정할 수 있어 고장 진단의 정확성을 향상시킨다.In addition, since the active bin section is set at 90% or more and 97% or less of the generator speed value, the blade pitch does not work, and the magnitude of vibration of the wind power generator with minimal external influence is minimized. Values can be measured to improve the accuracy of fault diagnosis.
또한, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97%이하에서 액티브 빈 구간이 설정되도록 하기 때문에, 풍력단지 터빈 통합 모니터링을 운영할 수 있다.In addition, since the bin speed is set so that the active bin section is set at 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value, it is possible to operate the integrated monitoring of the wind farm turbine.
예를 들어, 노후 터빈의 경우, 터빈 보호를 위해 De-rated 운전모드(출력제한발전)로 운전하게 되는데, De-rated 터빈과 정상 터빈 간 진동 데이터 비교를 위해서는 정격출력 대비 저출력 시점에서의 데이터를 비교해야 하므로, 발전기 정격 속도의 90% 이상 97%이하에서 액티브 빈 구간에서 비교할 수 있게 된다.For example, in the case of an old turbine, it operates in a de-rated operation mode (output-limited power generation) to protect the turbine. For comparison of vibration data between a de-rated turbine and a normal turbine, data at a low power point compared to the rated power is used. Since it should be compared, it can be compared in the active bin section at 90% or more and 97% or less of the rated speed of the generator.
이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, it is clear that the present invention can use various changes, modifications, and equivalents, and can be equally applied by appropriately modifying the embodiment. Therefore, the above description is not intended to limit the scope of the present invention as defined by the following claims.
Claims (9)
상기 시운전 데이터 수집 단계에서 수집된 발전기 속도 값과, 발전기 속도 값이 측정될 때 발생되는 진동 크기 값이 매칭되어 테이블화된 제1 정보와, 기 결정된 발전기 속도 값의 구간별로 각 구간에 해당되는 발전기 속도 값의 횟수에 해당되는 제2 정보를 생성하는 시운전 데이터 생성 단계;
상기 제1 정보와 상기 제2 정보를 이용하여 적어도 하나 이상의 액티브 빈 및 액티브 빈 대표값을 결정하는 액티브 빈 결정단계;
풍력 발전기가 동작하는 동안의 발전기 속도 값과 진동 크기 값을 측정하는 동작 데이터 측정단계; 및
상기 동작 데이터 측정 단계에서 측정된 발전기 속도 값을 이용하여 기준값을 산출하고, 진동 크기 값이 기준값을 초과하는 지를 판단하여 상기 풍력 발전기의 고장여부를 판단하는 고장 판단 단계;
를 포함하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.A commissioning data collection step of collecting a generator speed value and a vibration magnitude value for a predetermined time within a predetermined time interval during the commissioning;
The generator corresponding to each section for each section of the first information tabulated by matching the generator speed value collected in the commissioning data collection step with the vibration magnitude value generated when the generator speed value is measured and the predetermined generator speed value A commissioning data generation step of generating second information corresponding to the number of speed values;
An active bean determining step of determining at least one active bean and an active bean representative value using the first information and the second information;
An operation data measurement step of measuring a generator speed value and a vibration magnitude value while the wind power generator is operating; And
A failure determination step of calculating a reference value using the generator speed value measured in the operation data measurement step and determining whether the vibration magnitude value exceeds the reference value to determine whether the wind power generator has failed;
Fault diagnosis method of the wind generator comprising a.
상기 제1 정보는 매칭 그래프로 제공되고,
상기 제2 정보는 히스토그램으로 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.According to claim 1,
The first information is provided as a matching graph,
The second information is a fault diagnosis method of a wind power generator, characterized in that provided as a histogram.
상기 액티브 빈은, 발전기 속도 값이 발전기 정격 속도 값의 90% 이상 97% 이하인 영역에서 선택되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법. The method according to claim 1 or 2,
The active bin, the method for diagnosing a failure of a wind power generator, characterized in that the generator speed value is selected in a region of 90% or more and 97% or less of the generator rated speed value.
상기 액티브 빈 결정단계는,
상기 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간을 제1 액티브 빈으로 결정하고, 발전기 속도의 최대값이 나타난 구간을 제2 액티브 빈으로 결정하며, 상기 제1 액티브 빈 구간과, 상기 제2 액티브 빈 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대로 나타내는 구간을 제3 액티브 빈 구간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.According to claim 2,
The active bean determination step,
A cut-in section of the histogram is determined as a first active bin, a section showing a maximum value of the generator speed is determined as a second active bin, and the first active bin section and the second active bin section are determined. A method for diagnosing a fault in a wind power generator, characterized in that a section in which the number of times of the generator speed value is maximum is determined as a third active bin section.
상기 액티브 빈 결정단계는,
상기 히스토그램 중 컷인(Cut-In) 구간보다 작은 값으로 결정된 발전기 속도 값과 컷인 구간 사이에서, 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제1 보조 액티브 빈으로 결정하고, 상기 컷인 구간 이상에서 상기 제1 액티브 빈 구간과 상기 제3 액티비 빈 구간을 제외한 나머지 구간에서 발전기 속도 값의 횟수가 최대인 구간을 제2 보조 액티브 빈으로 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.According to claim 4,
The active bean determination step,
Between the generator speed value determined as a value smaller than the cut-in section and the cut-in section among the histograms, a section having the maximum number of generator speed values is determined as a first auxiliary active bin, and the first step is greater than or equal to the cut-in section. A method for diagnosing a fault in a wind power generator, characterized in that a section in which the number of times of generator speed is the maximum is determined as the second auxiliary active bin in the remaining sections other than the 1 active bin section and the third activity bin section.
상기 액티브 빈 대표값은,
액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 평균값 및 표준편차값과, 액티브 빈 구간에서의 진동 크기값에서 노이즈를 제거한 값의 평균값과 표준편차값 및 액티브 빈 구간에서의 진동 크기 값의 최대값 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.According to claim 1,
The active bean representative value is,
At least selected from the average value of the vibration magnitude value in the active bin section and the standard deviation value, and the maximum value of the average value of the noise removal value from the vibration magnitude value in the active bin section, and the maximum value of the standard deviation value and the vibration magnitude value in the active bin section. A fault diagnosis method of a wind power generator, characterized in that any one.
상기 기준값은,
상기 각 액티브 빈에 대해 시운전 기간 중 측정된 진동 크기 값의 최대값인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
The reference value is,
A method for diagnosing a failure of a wind power generator, characterized in that the maximum value of the magnitude of vibration measured during the trial run period for each active bin.
상기 기준값은, 하기 수학식 1에 의거하여 연산되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법.
수학식 1
F= M+ a×S
상기 수학식 1에서, F는 기준값이고, M은 동작 데이터 측정단계에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 평균값이며, S는 동작 데이터 측정단계에서 측정된 발전기 속도가 포함된 액티브 빈 구간에서의 진동 크기의 표준 편차값이며 a는 상수이다.The method according to any one of claims 1 to 3,
The reference value is a fault diagnosis method of a wind power generator, characterized in that calculated based on the following equation (1).
Equation 1
F = M + a × S
In Equation 1, F is a reference value, M is an average value of the vibration magnitude in an active bin section including the generator speed measured in the operation data measurement step, and S is a generator speed measured in the operation data measurement step. The standard deviation of the magnitude of vibration in the active bin section and a is a constant.
상기 a는 양수인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 고장 진단 방법. The method of claim 8,
The a is a method for diagnosing a fault in a wind power generator, characterized in that it is positive.
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