專利名稱：風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)及評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及風力發(fā)電機組運 行狀態(tài)評估系統(tǒng)及評估方法。
背景技術(shù)：
隨著我國的風電裝機容量迅猛增長，總裝機容量比例逐年增加，單機容量為兆瓦 級大型風力發(fā)電機組以及上百兆瓦風電場正得到迅速發(fā)展；隨著陸上風電技術(shù)的相對成熟 和海上風資源的巨大開發(fā)前景，大容量風力發(fā)電場的建設(shè)正由陸地向近海發(fā)展，甚至向深 海區(qū)域發(fā)展的趨勢。相比陸地風力發(fā)電機組，海上風電機組將面臨更惡劣的運行環(huán)境條件 和更高的運行維護成本。如丹麥2002年建設(shè)并運行的160MW Horns Rev風電場，在運行初 期，風力發(fā)電機組的安全系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、變壓器等都出現(xiàn)了較多故障，僅在2003年到2004 年運行期間，80臺風力發(fā)電機組幾乎平均每天每臺維護2次，如此高的現(xiàn)場故障維護率是 運營商Elsam未曾預(yù)料到的。因此，及時全面準確的監(jiān)測和評估并網(wǎng)風電機組的運行狀態(tài)， 有效避免故障及連鎖故障的發(fā)生，對于優(yōu)化風電場的維修策略和實現(xiàn)大規(guī)模風力發(fā)電機組 安全高效的并網(wǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。基于我國發(fā)展和建設(shè)智能電網(wǎng)的規(guī)劃以及低碳經(jīng)濟戰(zhàn)略目標的提出，如何安全、 可靠、大規(guī)模地利用各種可再生能源是當前面臨的挑戰(zhàn)之一，而風力發(fā)電正是我國可再生 能源中最具有大規(guī)模開發(fā)和利用的一種發(fā)電方式，單機容量為兆瓦級大型風力發(fā)電機組以 及上百兆瓦風電場正得到迅速發(fā)展。隨著我國陸上風力發(fā)電技術(shù)的相對成熟和海上風能資 源的逐步開發(fā)，大容量風力發(fā)電場的建設(shè)正由陸地向近海及深海區(qū)域發(fā)展。相比陸地風力 發(fā)電機組，海上風力發(fā)電機組將面臨更惡劣的運行環(huán)境、檢修條件和更高的維護成本。--如 丹麥2002年建設(shè)并運行的160MW Horns Rev風電場，在運行初期，風力發(fā)電機組的安全系 統(tǒng)、電控系統(tǒng)、變壓器等都出現(xiàn)了較多故障，僅在2003年到2004年運行期間，80臺風力發(fā) 電機組幾乎平均每臺每天維護2次，直接導致2004年近4000萬歐元的損失，如此高的現(xiàn)場 故障維護率以及帶來的高維護成本是運營商未曾預(yù)料到的。因此，如何提高風力發(fā)電機組 (簡稱風電機組)可利用率，降低運行維護成本，確保海上風電機組的高可靠性，已成為我 國發(fā)展海上風電技術(shù)迫切需要解決的關(guān)鍵問題，同時也將成為我國海上風電機組制造商和 風電場運營商追求的重要技術(shù)和經(jīng)濟指標。特別是隨著我國風電機組安裝數(shù)量的迅猛增加 以及海上風電機組的發(fā)展，對風電機組運行狀態(tài)綜合分析、故障診斷以及可靠性研究等方 面有望成為我國風電產(chǎn)業(yè)新的增長點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評 估系統(tǒng)，可對風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)進行在線評估。風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊，用于從風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取機組運行狀態(tài)各評估指標物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)；量化模塊，對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的機組運行狀態(tài)各評估指標物理量的監(jiān) 測數(shù)據(jù)進行量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；權(quán)值確定模塊，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標劃分為多個子項目，根據(jù)風力 發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，實時計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值；模糊評估模塊，將每個項目內(nèi)的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標構(gòu)成模糊評估矩 陣，結(jié)合各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值，評估風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)。進一步，所述風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊從風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取風力發(fā)電機組 運行狀態(tài)評估指標物理量包括齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電 機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、 IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、 環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率；進一步，所述量化模塊對越小越優(yōu)型指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒 輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、機艙振動加速度、電 抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化 分別通過下式進行
0, x<a x-a
，a<x<p-. p - a
1, x>/3式中，g(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運 行狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，a為該指標下限值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、環(huán)境風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功 功率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化分別通過下式進行
1’x <a,=
x - a, ^ 一o-, ay<x<P^
A -
0, / , <x<a2 P2-x
, a2<x< P2 P2 - 2
1,x > P2式中，g(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運 行狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，0工、0 2為該指標上限值，a工、a 2為該指標下限值；進一步，所述權(quán)值確定模塊確定各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的常權(quán)值，并 通過下式獲得各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值^(^"^j.-g^r/fxo-gRX1
,v=i上式中和、分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重 和變權(quán)權(quán)重，S為變權(quán)系數(shù)，5 =_1 ;d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)；表示各評 判指標的劣化度。本發(fā)明還提供一種風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，包括如下步驟
6
1)從風力發(fā)電機組獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量；2)對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量數(shù)據(jù) 進行量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；3)應(yīng)用風電機組的工程設(shè)計和檢修記錄，機組故障率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合層 次分析法確定中機組各層次的常權(quán)值，再根據(jù)風電機組實時運行狀態(tài)評估指標的劣化度， 實時計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值；4)采用模糊綜合評判方法，建立風電機組運行狀態(tài)評估模型，得到風電機組運行 狀態(tài)。進一步，所述步驟1)中，從風力發(fā)電機組獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物 理量包括齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞 組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、 控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相 電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率；進一步，所述步驟2)中，對越小越優(yōu)型指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、 齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗 器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化分 別通過下式進行 g(x)-
0, x<a x- a
,a<x<p P -a
1，x>p式中g(shù)(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運行 狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，a為該指標下限值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、 無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化，分別通過下式進行 g(x) 二
x-a,n --,a, <x<pi
P、
0,Px<x<a2 ； P-, -x
~=-,a2 <x< p2
P2 -a2
1，x>JB2式中，g(X)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運 行狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，Pi、日2為上限值，ai、a 2為下限值。進一步，所述步驟3)中，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標中的齒輪箱軸承溫 度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度劃分到齒輪箱狀態(tài)子項目，發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機 繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速劃分到發(fā)電機狀態(tài)子項目，電抗器溫度、電容器 溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度劃分到控制柜狀態(tài)子項 目，機艙位置、機艙振動加速度劃分到機艙子項目，環(huán)境風速、環(huán)境溫度劃分到環(huán)境因素子 項目，相電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率劃分到電網(wǎng)因素子項目；進一步，所述步驟3)中，當風力發(fā)電機組運行狀態(tài)某項評估指標劣化度小于0. 9
7時，通過下式確定各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值 上式中4和分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重
和變權(quán)權(quán)重，6為變權(quán)系數(shù)，6 =_l;d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)；表示各評 判指標的劣化度；進一步，所述步驟4)具體包括如下步驟41)設(shè)定風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估評語為“良好”、“合格”、“注意”、“嚴重”4 種情況；42)確定評判矩陣中各評判指標的隸屬度；43)用風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標Ruk對風電機組進行評估，評語集中的狀 態(tài) li(i = 1,2,3,4)的隸屬度為 Vij(j = 1，2，3，4)，則可用隸屬度集乂1 = [vn,vi2,vi3,vi4] 表示按指標Ruk評估的結(jié)果，一個子項目下的所有評判指標即就構(gòu)成了其模糊評判矩陣； 其中Ruk為第i個項目中的第j子項目的第k個評判指標；44)判斷風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度是否大于0. 9，如是，評估結(jié)果 為嚴重，如否，則執(zhí)行步驟45)；45)采用模糊綜合評判，其表達式為B = AK&VK，其中&為廣義模糊算子，AK為變權(quán) 重，在經(jīng)過模糊綜合評判得到評估值1^(」=1,2,3,4)后，采用最大隸屬度原則取最大評估 值bmax = max(bj| j = 1,2,3,4)相對應(yīng)的h作為評估結(jié)果。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明公開的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)和評估 方法將風力發(fā)電機組在線所監(jiān)測的物理量作為輸入，通過特定的運行狀態(tài)評估模型獲得 機組運行狀態(tài)的輸出，可應(yīng)用到風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)風力發(fā)電機組運行狀態(tài) 實時評估，為風力發(fā)電機組的狀態(tài)檢修提供科學依據(jù)，為確保風力發(fā)電機組高效、可靠、安 全運行具有重要的工程應(yīng)用價值，也為評估及預(yù)測含風電場的電力系統(tǒng)運行可靠性提供技 術(shù)支撐；本發(fā)明從影響風力發(fā)電機組運行狀態(tài)的機組性能和外部因素2個方面建立層次型 的運行狀態(tài)評估指標體系，實時計算運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值，可使評估結(jié)果貼近當前運 行工況，通過判斷單項評估指標的劣化度偏離情況，可避免當多項運行狀態(tài)評估指標嚴重 偏離時，所得的變權(quán)值無效的問題；選用的模糊算子考慮了主要評估指標對運行狀態(tài)的影 響，又保留單個評估指標的全部信息，使得評估結(jié)果更符合實際情況。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述圖1示出了風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估指標分層體系結(jié)構(gòu)圖；圖3示出了半梯形和三角形隸屬函數(shù)分布圖；圖4示出了風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。參見圖1，風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，包括風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊、量 化模塊、權(quán)值確定模塊和模糊評估模塊風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊，用于從風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取機組運行狀態(tài)各評 估指標物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電 機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、 IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、 環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率；量化模塊，對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的機組運行狀態(tài)各評估指標物理量的監(jiān) 測數(shù)據(jù)進行量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；權(quán)值確定模塊，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標劃分為多個子項目，根據(jù)風力 發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，實時計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值； 所述權(quán)值包括常權(quán)值和變權(quán)值，常權(quán)值可以風電機組的工程設(shè)計和檢修記錄，機組故障率 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，再次結(jié)合層次分析法確定中機組各層次的常權(quán)值，然后通過下式，在常 權(quán)值確定的基礎(chǔ)上對各層評估指標進行變權(quán)改進…夂‘廣/^Cd— 廣；上式中和4^分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重 和變權(quán)權(quán)重，6為變權(quán)系數(shù)，6 =-l;d為子項目層中包括的評估指標個數(shù)；經(jīng)、.表示各評 估指標的劣化度；模糊評估模塊，將每個項目內(nèi)的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標構(gòu)成模糊評估矩 陣，結(jié)合各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值，評估風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)。首先，應(yīng)用風電機組控制系統(tǒng)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)的輸 入，再次通過對這些數(shù)據(jù)進行量化，得到實時的各個評判指標的劣化度，最后，當有單項指 標劣化度與允許值偏差較大(g>0.9)時，直接給出評判結(jié)果為“嚴重”。否則權(quán)值模塊和 評估模塊，計算出機組運行狀態(tài)的其它評估結(jié)果，即作為系統(tǒng)的輸出。下面對這幾個模塊的 功能進行詳細敘述。(一 )風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊記錄和儲存風電機組運行狀態(tài)評估系統(tǒng)記錄和儲存風電機組運行狀態(tài)評估系統(tǒng) 要求的特征量，包括齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、 發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整 流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán) 境溫度、相電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率。( 二)量化模塊1)對記錄并儲存各評判指標的限值模塊。對越小越優(yōu)型評判指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電 機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、機艙振動加速度、電抗器溫度、電容器溫 度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化分別通過下式進行
9
式中，g(x)風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運行狀 態(tài)評估指標的物理量，a為該指標良好值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、環(huán)境風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功 功率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化分別通過下式進行 式中，g(x)風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運行狀 態(tài)評估指標的物理量，0 2為下限值，a ！為下限值；0工和a 2為指標良好值。2)在線計算出各個評判指標的劣化度模塊。(三)權(quán)值確定模塊1)風電機組各層次評判指標常權(quán)值記錄儲存模塊；通過對風電機組的工程設(shè)計和檢修記錄，并結(jié)合機組故障率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)， 結(jié)合層次分析法(AHP)確定中機組各層次的常權(quán)值，見表1所示。表1評估指標的常權(quán)值 2)變權(quán)值計算模塊。因風電機組常在不同的運行工況下切換運行，各評判指標的劣化度必將隨運行狀 態(tài)的變化而改變。鑒于此，擬在常權(quán)已確定的基礎(chǔ)上對各層評判指標進行變權(quán)改進。各評 判指標的變權(quán)值為 上式中41；和a,,分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重 和變權(quán)權(quán)重，s為變權(quán)系數(shù)，本文取5 =-1。d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)。(四)模糊評估模塊具體包括1)劣化度監(jiān)測模塊評語集的劃分是為“良好”、“合格”、“注意”、“嚴重” 4種情況。

當有單項指標劣化度與允許值偏差較大(g>0.9)時，直接給出評判結(jié)果為“嚴
2)評判矩陣模塊
見附圖4所示，當g < 0. 9時，否則再通過所確定變權(quán)值和評判矩陣來得出其它的 評判結(jié)果，即采用模糊綜合評判表達式為B = AK&VK，其中&為廣義模糊算子，Ak為變權(quán)重。
本專利選擇加權(quán)平均型模糊算子，用M(+， )表示，S卩(j = 1,2,3-, n)。另外，
在經(jīng)過模糊綜合評判得到評估值bj(j = 1,2,3,4)后，采用最大隸屬度原則取最大評估值 bmax = max(bj| j = 1,2,3,4)相對應(yīng)的作為評估結(jié)果。參見圖4，本實施例的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，包括如下步驟1)從風力發(fā)電機組獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量，包括齒輪箱軸承 溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水 溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控 制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功 率、有功功率和電網(wǎng)頻率；2)對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量數(shù)據(jù) 進行量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；對越小越優(yōu)型指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電 機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、 IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化分別通過下式進行 式中g(shù)(X)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運行 狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，a為該指標下限值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化，分別通過下式進行 式中，g(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，x為風力發(fā)電機組運 行狀態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，0 1、0 2為上限值，a 1、a 2為下限值。3)參見圖2，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標中的齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回 油溫度、齒輪箱油池溫度劃分到齒輪箱狀態(tài)子項目，發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā) 電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速劃分到發(fā)電機狀態(tài)子項目，電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫 度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度劃分到控制柜狀態(tài)子項目，機艙位置、 機艙振動加速度劃分到機艙子項目，環(huán)境風速、環(huán)境溫度劃分到環(huán)境因素子項目，相電壓、 相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率劃分到電網(wǎng)因素子項目，應(yīng)用風電機組的工程設(shè)計 和檢修記錄，機組故障率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合層次分析法確定中機組各層次的常權(quán)值， 再根據(jù)風電機組實時運行狀態(tài)評估指標的劣化度，實時計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指 標的變權(quán)值；當風力發(fā)電機組運行狀態(tài)某項評估指標劣化度小于0. 9時，通過下式確定各 風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值 上式中和分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重 和變權(quán)權(quán)重，6為變權(quán)系數(shù)，6 =_l;d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)；表示各評 判指標的劣化度；4)采用模糊綜合評判方法，建立風電機組運行狀態(tài)評估模型，得到風電機組運行 狀態(tài)41)設(shè)定風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估評語為“良好”、“合格”、“注意”、“嚴重”4 種情況，即L=[良好，合格，注意，嚴重]=[1” 12，13，14]；42)確定評判矩陣中各評判指標的隸屬度；隸屬函數(shù)的具體確定方通過劣化度， 確定圖3中三角形和半梯形相結(jié)合的分布函數(shù)的劣化度對于4種狀態(tài)等級的模糊分界區(qū) 間，最后建立劣化度對于各狀態(tài)等級的隸屬函數(shù)。例如，對于齒輪箱軸承溫度Rm評判指標， 其對應(yīng)于各狀態(tài)的隸屬函數(shù)v(g)可分別確定為 上式中Vll(g) v14(g)分別表示齒輪箱軸承劣化度為個g時對應(yīng)于狀態(tài)h l4 的隸屬函數(shù)。同理，可以得到其它評判指標的隸屬函數(shù)，在此不再列出。43)用風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標Ruk對風電機組進行評估，評語集中的狀 態(tài) li(i = 1,2,3,4)的隸屬度為 Vij(j = 1，2，3，4)，則可用隸屬度集乂1 = [vn,vi2,vi3,vi4] 表示按指標Ruk評估的結(jié)果，一個子項目下的所有評判指標即就構(gòu)成了其模糊評判矩陣； 其中Ruk為第i個項目中的第j子項目的第k個評判指標；如，以子項目層中齒輪箱Rn為 例，評判矩陣為 44)判斷風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度是否大于0. 9，如是，評估結(jié)果 為嚴重，如否，則執(zhí)行步驟45)；45)采用模糊綜合評判，其表達式為B = AK&VK，其中&為廣義模糊算子，AK為變權(quán) 重，在經(jīng)過模糊綜合評判得到評估值1^(」=1,2,3,4)后，采用最大隸屬度原則取最大評估 值bmax = max(bj| j = 1,2,3,4)相對應(yīng)的h作為評估結(jié)果。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，其特征在于包括風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊，用于從風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取機組運行狀態(tài)各評估指標物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)；量化模塊，對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的機組運行狀態(tài)各評估指標物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；權(quán)值確定模塊，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標劃分為多個子項目，根據(jù)風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，實時計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值；模糊評估模塊，將每個項目內(nèi)的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標構(gòu)成模糊評估矩陣，結(jié)合各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的權(quán)值，評估風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，其特征在于所述風力 發(fā)電機組監(jiān)測模塊從風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量 包括齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫 度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制 柜溫度、塔基控制柜出口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、 相電流、無功功率、有功功率和電網(wǎng)頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，其特征在于所述量 化模塊對越小越優(yōu)型指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸 承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、機艙振動加速度、電抗器溫度、電容器溫度、 IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化分別通過下式進行 式中，g(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，X為風力發(fā)電機組運行狀 態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，a為該指標下限值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、環(huán)境風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功 率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化分別通過下式進行 式中，g(X)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，X為風力發(fā)電機組運行狀 態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，i^、h為上限值，ai、a 2為下限值。
4.如權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，其特征在于所述權(quán)值 確定模塊確定各風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的常權(quán)值，并通過下式獲得各風力發(fā)電機 組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值 上式中和、分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重和變 權(quán)權(quán)重，6為變權(quán)系數(shù)，6 =-i;d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)；表示各評判指 標的劣化度。
5.風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在于包括如下步驟1)從風力發(fā)電機組獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量；2)對風力發(fā)電機組監(jiān)測模塊獲得的風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量數(shù)據(jù)進行 量化處理，獲得風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度；3)應(yīng)用風電機組的工程設(shè)計和檢修記錄，機組故障率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合層次分 析法確定中機組各層次的常權(quán)值，再根據(jù)風電機組實時運行狀態(tài)評估指標的劣化度，實時 計算風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值；4)采用模糊綜合評判方法，建立風電機組運行狀態(tài)評估模型，得到風電機組運行狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在于所述步驟1)中，從風力發(fā)電機組獲取風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標物理量包括齒輪箱軸承溫度、 齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、 發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出 口風溫度、機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功功率、有 功功率和電網(wǎng)頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在于所述步驟2)中，對越小越優(yōu)型指標齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油池溫度、發(fā)電機軸 承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電抗器溫度、電容器溫度、IGBT 溫度、整流器溫度、控制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度的量化分別通過下式進行 式中g(shù)(x)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，X為風力發(fā)電機組運行狀態(tài) 評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，a為該指標下限值，0為該指標的上限值；對中間型指標機艙位置、機艙振動加速度、環(huán)境風速、環(huán)境溫度、相電壓、相電流、無功 功率、有功功率和電網(wǎng)頻率的量化，分別通過下式進行 式中，g(X)表示風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度，X為風力發(fā)電機組運行狀 態(tài)評估指標的物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，i^、h為該指標上限值，ai、a 2為該指標下限值。
8.如權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在于所述步驟 3)中，將風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標中的齒輪箱軸承溫度、齒輪箱回油溫度、齒輪箱油 池溫度劃分到齒輪箱狀態(tài)子項目，發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機轉(zhuǎn)速劃分到發(fā)電機狀態(tài)子項目，電抗器溫度、電容器溫度、IGBT溫度、整流器溫度、控 制柜溫度、塔基控制柜出口風溫度劃分到控制柜狀態(tài)子項目，機艙位置、機艙振動加速度劃 分到機艙子項目，環(huán)境風速、環(huán)境溫度劃分到環(huán)境因素子項目，相電壓、相電流、無功功率、 有功功率和電網(wǎng)頻率劃分到電網(wǎng)因素子項目。
9.如權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在于所述步驟 3)中，當風力發(fā)電機組運行狀態(tài)某項評估指標劣化度小于0. 9時，通過下式確定各風力發(fā) 電機組運行狀態(tài)評估指標的變權(quán)值錢,(tc (wA’=l上式中和分別為第i個項目中的第j子項目的第k個指標對應(yīng)的常權(quán)權(quán)重和變 權(quán)權(quán)重，6為變權(quán)系數(shù)，5 =-i;d為子項目層中包括的評判指標個數(shù)；表示各評判指 標的劣化度。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項所述的風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估方法，其特征在 于所述步驟4)具體包括如下步驟41)設(shè)定風力發(fā)電機組實時運行狀態(tài)評估評語為“良好”、“合格”、“注意”、“嚴重”4種 情況；42)確定評判矩陣中各評判指標的隸屬度；43)用風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標Ruk對風電機組進行評估，評語集中的狀態(tài)li(i =1,2,3,4)的隸屬度為vdj = 1，2，3，4)，則可用隸屬度集乂1 = [vn, vi2, vi3, vi4]表示按 指標Ruk評估的結(jié)果，一個子項目下的所有評判指標即就構(gòu)成了其模糊評判矩陣；其中Rijk 為第i個項目中的第j子項目的第k個評判指標；44)判斷風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估指標的劣化度是否大于0.9，如是，評估結(jié)果為嚴 重，如否，則執(zhí)行步驟45)；45)采用模糊綜合評判，其表達式為B= AK&VK，其中&為廣義模糊算子，Ae為變權(quán)重， 在經(jīng)過模糊綜合評判得到評估值bj(j = 1,2,3,4)后，采用最大隸屬度原則取最大評估值 bmax = max(bj| j = 1,2,3,4)相對應(yīng)的作為評估結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及風力發(fā)電機組運行狀態(tài)評估系統(tǒng)及評估方法，其中所述評估系統(tǒng)主要包括監(jiān)測模塊、量化模塊、權(quán)值確定模塊、評估模塊，應(yīng)用風電機組控制系統(tǒng)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為實時運行狀態(tài)評估系統(tǒng)的輸入，再次通過對這些數(shù)據(jù)進行量化，得到實時的各個評估指標的劣化度，最后，當有單項評估指標劣化度與允許值偏差較大時，直接給出評估結(jié)果為“嚴重”；否則采用權(quán)值模塊和評估模塊，計算出機組運行狀態(tài)的評估結(jié)果，即作為系統(tǒng)的輸出；本發(fā)明為風力發(fā)電機組的狀態(tài)檢修提供科學依據(jù)，為確保風力發(fā)電機組高效、可靠、安全運行具有重要的工程應(yīng)用價值，也為評估及預(yù)測含風電場的電力系統(tǒng)運行可靠性提供技術(shù)支撐。
文檔編號F03D9/00GK101858312SQ201010187808
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉志詳, 唐顯虎, 李輝, 胡姚剛 申請人:重慶大學;重慶科凱前衛(wèi)風電設(shè)備有限責任公司