一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，屬于風(fēng)力發(fā)電機組運行狀態(tài)監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。在該方法中，將風(fēng)電機組SCADA運行數(shù)據(jù)作為輸入，以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，采用bin方法，實現(xiàn)了對溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分，通過對各區(qū)間溫度特征量運行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，最終實現(xiàn)各區(qū)間內(nèi)溫度特征量區(qū)間閾值確定。本方法可直接應(yīng)用到基于風(fēng)電機組SCADA信息的狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警系統(tǒng)中，也可應(yīng)用與基于風(fēng)電機組控制系統(tǒng)信息的實時狀態(tài)監(jiān)測與評估中，從而提高基于溫度特征量的風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性，為評估及預(yù)測風(fēng)電機組安全運行可靠性提供技術(shù)支撐。
【專利說明】一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機組運行狀態(tài)監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]針對風(fēng)電機組工況多變，溫度特征量變動范圍較大的情況，傳統(tǒng)上僅對溫度特征量設(shè)定最高的預(yù)警閾值已不能滿足機組狀態(tài)監(jiān)測的要求。目前，在利用溫度特征量實現(xiàn)對機組關(guān)鍵部件異常識別研究方面，對如何合理的設(shè)定溫度特征量的閾值研究比較少見，較多研究集中在從風(fēng)速、環(huán)境參量與溫度特征量映射關(guān)系研究上，選取能表征機組關(guān)鍵部件運行工況的樣本，通過多元參數(shù)擬合方法，以及非線性估計、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等智能方法，將所計算的溫度特征量理論值和實際值之間的殘差作為判別機組關(guān)鍵部件異常的依據(jù)，在一定程度上實現(xiàn)對機組關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測。然而，選取表征機組關(guān)鍵部件運行工況的樣本數(shù)據(jù)耗時費力，且應(yīng)用智能算法過程中不可避免的摻雜人為主觀因素，致使上述方法在應(yīng)用上泛化能力弱，工程應(yīng)用較難。
[0003]因此，目前迫切需要尋求一種方法簡單、滿足工程要求且泛化應(yīng)用能力強的溫度特征量閾值確定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，在該方法中僅需要利用風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中提取溫度特征量和風(fēng)電機組有功功率歷史運行數(shù)據(jù)；以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間劃分，并通過對溫度特征量各區(qū)間內(nèi)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算，實現(xiàn)溫度特征量區(qū)間閾值確定。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，包括以下步驟:步驟一:從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中提取溫度特征量和風(fēng)電機組有功功率歷史運行數(shù)據(jù)；步驟二:以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為若干個區(qū)間；步驟三:計算溫度特征量各區(qū)間內(nèi)運行數(shù)據(jù)的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，將所確定的各區(qū)間[μ - 1.96 ο , μ+1.96 σ]，分別作為溫度特征量各區(qū)間的閾值；步驟四:當(dāng)風(fēng)電機組溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組部件出現(xiàn)異常。
[0007]進(jìn)一步，在步驟一中，從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中獲取的溫度特征量包括主軸承溫度、齒輪箱前軸承溫度、齒輪箱后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱冷卻水溫度、齒輪箱回油溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機前軸承溫度、發(fā)電機后軸承溫度、變頻器電抗溫度、變頻器電容溫度、變頻器IGBT溫度，并提取以上溫度特征量的歷史運行數(shù)據(jù)。
[0008]進(jìn)一步，在步驟二中，以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將風(fēng)電機組有功功率從O到額定功率按照大小平均劃分為m個區(qū)間，各區(qū)間用Di, i = 1，2，…m來表示；分別以風(fēng)電機組有功功率每個采樣時刻的運行數(shù)據(jù)數(shù)值大小為依據(jù)，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃歸到各區(qū)間Di,即將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為m個區(qū)間。
[0009]進(jìn)一步，在步驟三中，區(qū)間Di內(nèi)的溫度特征量歷史數(shù)據(jù)數(shù)值為χΓ，#，…彳，其中，j = 1，2，...n，通過逐個計算區(qū)間Di內(nèi)溫度特征量運行數(shù)據(jù)的均值UiQ = 1,2,…m)和標(biāo)準(zhǔn)差σ P i = 1，2, ---m ;均值μ ^的計算公式如下:

η
[0010]j
μ,=-

η
[0011 ] 標(biāo)準(zhǔn)差σ i的計算公式如下:
[0012]Gi = J~X(x</}-uJ

V n /=1
[0013]將[U1-L 96 σ ρ μ才1.96 σ J作為溫度特征量在區(qū)間Di的閾值。
[0014]進(jìn)一步，在步驟四中，將溫度特征量各區(qū)間的閾值應(yīng)用到風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組關(guān)鍵部件出現(xiàn)異常。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的一種風(fēng)電機組溫度特征量閾值分區(qū)確定方法可直接應(yīng)用到基于風(fēng)電機組SCADA信息的狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警系統(tǒng)中，也可應(yīng)用與基于風(fēng)電機組控制系統(tǒng)信息的實時狀態(tài)監(jiān)測與評估中，從而提高基于溫度特征量的風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性，為評估及預(yù)測風(fēng)電機組安全運行可靠性提供技術(shù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0017]圖1為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值確定方法結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值確定方法流程示意圖；
[0019]圖3為實施例中某1.5MW風(fēng)電機組區(qū)間D3內(nèi)齒輪箱前軸承溫度的歷史數(shù)據(jù)；
[0020]圖4為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值應(yīng)用過程。

【具體實施方式】
[0021]在本發(fā)明所述的方法中，將風(fēng)電機組SCADA運行數(shù)據(jù)作為輸入，以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，采用bin方法，實現(xiàn)了對溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分，通過對各區(qū)間溫度特征量運行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，最終實現(xiàn)各區(qū)間內(nèi)溫度特征量區(qū)間閾值確定。
[0022]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0023]圖1為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值確定方法結(jié)構(gòu)圖，圖2為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值確定方法流程示意圖。
[0024]如圖所示，本方法包括以下步驟:步驟一:從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中提取溫度特征量和風(fēng)電機組有功功率歷史運行數(shù)據(jù)；步驟二:以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為若干個區(qū)間；步驟三:計算溫度特征量各區(qū)間內(nèi)運行數(shù)據(jù)的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，將所確定的各區(qū)間[μ — 1.96 O , μ+1.96σ]，分別作為溫度特征量各區(qū)間的閾值；步驟四:當(dāng)風(fēng)電機組溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組部件出現(xiàn)異常。
[0025]具體來說:
[0026]在步驟一中，從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中獲取的溫度特征量包括主軸承溫度、齒輪箱前軸承溫度、齒輪箱后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱冷卻水溫度、齒輪箱回油溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機前軸承溫度、發(fā)電機后軸承溫度、變頻器電抗溫度、變頻器電容溫度、變頻器IGBT溫度，并提取以上溫度特征量的歷史運行數(shù)據(jù)。
[0027]在步驟二中，以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將風(fēng)電機組有功功率從O到額定功率按照大小平均劃分為m個區(qū)間，各區(qū)間用Di, i = 1,2，來表示；分別以風(fēng)電機組有功功率每個采樣時刻的運行數(shù)據(jù)數(shù)值大小為依據(jù)，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃歸到各區(qū)間Di,即將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為m個區(qū)間。
[0028]在步驟三中，區(qū)間Di內(nèi)的溫度特征量歷史數(shù)據(jù)數(shù)值為#,.^，...#)，其中，j =
1,2,...n，通過逐個計算區(qū)間Di內(nèi)溫度特征量運行數(shù)據(jù)的均值μ = 1，2，…m)和標(biāo)準(zhǔn)差σ P i = 1，2, ---m ;均值μ ^的計算公式如下:
η
[0029]3
M=--
η
[0030]標(biāo)準(zhǔn)差σ i的計算公式如下:
[0031 ] Gi = Ι-Σ(χ(/}-Μ>?V 11 i'=l
[0032]將[μ「1.96 O P μ ^1.96 σ J作為溫度特征量在區(qū)間Di的閾值。
[0033]在步驟四中，將溫度特征量各區(qū)間的閾值應(yīng)用到風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組關(guān)鍵部件出現(xiàn)異常。
[0034]圖3為實施例中某1.5麗風(fēng)電機組區(qū)間D3內(nèi)齒輪箱前軸承溫度的歷史數(shù)據(jù)，圖4為風(fēng)電機組溫度特征量區(qū)間閾值應(yīng)用過程。
[0035]下面通過具體實施例來對本發(fā)明所述的方法進(jìn)行具體說明:
[0036]風(fēng)電機組溫度特征量的區(qū)間閾值確定，包括以下幾個部分:特征量提取部分、區(qū)間劃分部分、區(qū)間閾值確定部分。
[0037]特征量提取部分:
[0038]除了從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中獲取風(fēng)電機組有功功率外，需要獲取的溫度特征量，如，主軸承溫度、齒輪箱前軸承溫度、齒輪箱后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱冷卻水溫度、齒輪箱回油溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機前軸承溫度、發(fā)電機后軸承溫度、變頻器電抗溫度、變頻器電容溫度、變頻器IGBT溫度。對以上溫度特征量的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，作為區(qū)間閾值確定方法的輸入。
[0039]區(qū)間劃分部分:
[0040]以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將風(fēng)電機組有功功率從O到額定功率按照大小平均劃分為m個區(qū)間，各區(qū)間用DiQ = 1，2，…m)來表示。分別以風(fēng)電機組有功功率每個采樣時刻運行數(shù)據(jù)數(shù)值大小為依據(jù)，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)歸類到各區(qū)間Di,即將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為m個區(qū)間；例如，某對于額定功率為1.5MW的風(fēng)電機組，利用bin區(qū)間劃分方法，將風(fēng)電機組有功功率作為區(qū)間劃分的依據(jù)，從0-1.5麗從小到大平均劃分成10個區(qū)間，劃分的區(qū)間見表I所示。
[0041]表I某1.5MW風(fēng)電機組風(fēng)電機組有功功率區(qū)間劃分
[0042]
Ef§iAD2^D4^
有功功率 0-0.15 0.15-0.30 0.30-0.45 0.45-0.60 0.60-0.75
(MW)______
區(qū)間DD7/?DDw
有功功率 0.75-0.90 0.90-1.05 1.05-1.20 1.20-1.35 1.35-1.50
CMW) ____
[0043]然后，分別以風(fēng)電機組有功功率每個采樣時刻運行數(shù)據(jù)數(shù)值大小為依據(jù)，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)歸類到各區(qū)間Di (i = I, 2，…10)，即將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為10個區(qū)間。
[0044]區(qū)間閾值確定部分:
[0045]區(qū)間Di內(nèi)的溫度特征量數(shù)據(jù)為數(shù)值為逐個計算區(qū)間Di內(nèi)溫度特征量運行數(shù)據(jù)的均值Ui (i = 1，2，…m)和標(biāo)準(zhǔn)差。i(i = 1，2，…m)。
[0046]均值μ i的計算公式如下:

η
YX⑴
[0047]J

η
[0048]標(biāo)準(zhǔn)差σ i的計算公式如下:
[0049]σ,.= ~Σ(χ(/} ~uJ

Vn /=1
[0050]將[μ 1-1.96σ i7 μ ^1.96 σ J作為區(qū)間Di對應(yīng)的溫度特征量閾值。
[0051]例如:在S2區(qū)間劃分的基礎(chǔ)上，對機組齒輪箱前軸承溫度在區(qū)間D3的閾值確定。通過區(qū)間D3的齒輪箱前軸承溫度歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，圖3所示為區(qū)間D3內(nèi)齒輪箱前軸承溫度的歷史數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)量共4583個，計算均值^和標(biāo)準(zhǔn)差σ3得到:μ3 = 61.03?和σ3 =
2.45°C。所以該機組齒輪箱前軸承溫度D3區(qū)間的閾值為[56.14°C，65.92°C ]。同理，其他區(qū)間和其他溫度特征量計算過程與上述類似。
[0052]區(qū)間閾值實現(xiàn)部分:
[0053]將S3溫度特征量各區(qū)間的閾值作為風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)軟件部分的一個模塊，見圖4。從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)中，實時提取溫度特征量和風(fēng)電機組有功功率的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)(有功功率監(jiān)測數(shù)據(jù)用于定位在區(qū)間閾值模塊內(nèi)的實時溫度特征量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)所屬區(qū)間閾值)，當(dāng)溫度特征量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組部件出現(xiàn)異常。
[0054]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中提取溫度特征量和風(fēng)電機組有功功率歷史運行數(shù)據(jù)； 步驟二:以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為若干個區(qū)間； 步驟三:計算溫度特征量各區(qū)間內(nèi)運行數(shù)據(jù)的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，將所確定的各區(qū)間[μ — 1.96 O，μ +1.96 O ]，分別作為溫度特征量各區(qū)間的閾值； 步驟四:當(dāng)風(fēng)電機組溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組部件出現(xiàn)異常。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，其特征在于:在步驟一中，從風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中獲取的溫度特征量包括主軸承溫度、齒輪箱前軸承溫度、齒輪箱后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱冷卻水溫度、齒輪箱回油溫度、發(fā)電機繞組溫度、發(fā)電機冷卻水溫度、發(fā)電機前軸承溫度、發(fā)電機后軸承溫度、變頻器電抗溫度、變頻器電容溫度、變頻器IGBT溫度，并提取以上溫度特征量的歷史運行數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，其特征在于:在步驟二中，以風(fēng)電機組有功功率為區(qū)間劃分依據(jù)，利用bin方法，將風(fēng)電機組有功功率從O到額定功率按照大小平均劃分為m個區(qū)間，各區(qū)間用Di, i = 1,2, -m來表示；分別以風(fēng)電機組有功功率每個采樣時刻的運行數(shù)據(jù)數(shù)值大小為依據(jù)，將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃歸到各區(qū)間Di,即將溫度特征量歷史運行數(shù)據(jù)劃分為m個區(qū)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，其特征在于:在步驟三中，區(qū)間Di內(nèi)的溫度特征量歷史數(shù)據(jù)數(shù)值為χΓ，χΓ,....^，其中，J =1,2,...η，通過逐個計算區(qū)間Di內(nèi)溫度特征量運行數(shù)據(jù)的均值μ = 1，2，…m)和標(biāo)準(zhǔn)差σ P i = 1，2, ---m ;均值μ ^的計算公式如下:
?>Γ
J=I L1---
η 標(biāo)準(zhǔn)差σ i的計算公式如下:
J-EixJn ~liff
V n j=l 將[μ 1-1.96 σ i，μ ^l.96 σ J作為溫度特征量在區(qū)間Di的閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機組溫度特征量的閾值分區(qū)確定方法，其特征在于:在步驟四中，將溫度特征量各區(qū)間的閾值應(yīng)用到風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)溫度特征量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超過的所屬區(qū)間的閾值時，表明被監(jiān)測的機組關(guān)鍵部件出現(xiàn)異常。
【文檔編號】F03D7/00GK104131950SQ201410355897
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】李輝, 胡姚剛, 楊東, 李洋, 劉盛權(quán), 何蓓, 孟黎, 梁媛媛, 歐陽海黎, 蘭涌森, 劉靜 申請人:重慶大學(xué), 重慶科凱前衛(wèi)風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司