本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于時(shí)間序列聚類診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的方法。

背景技術(shù)：

主軸承是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中重要的組成部分，其將葉輪吸收的風(fēng)能傳遞給齒輪箱，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈重要的能量傳遞機(jī)構(gòu)。我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)面臨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障多發(fā)的境遇，然而在所有的故障中，主軸承、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片等大部件的故障影響尤為嚴(yán)重，會(huì)造成風(fēng)電場嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。其中很多大部件的損壞是由于缺少維護(hù)和監(jiān)管所造成的。如果在需要維護(hù)時(shí)或者在故障的初期就能診斷出來，這是減少風(fēng)電場損失的有效途徑。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的診斷方法，主要是通過振動(dòng)監(jiān)測進(jìn)行診斷，但振動(dòng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸承缺少維護(hù)和油脂問題，主軸承的裝配問題及主軸承的損壞問題，好多都影響都是間接的，診斷監(jiān)測結(jié)果可靠性不高。

由此可見，上述現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的診斷方法，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種診斷結(jié)果可靠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的診斷方法，提前對主軸承故障進(jìn)行預(yù)警，降低主軸承損壞率，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電率和經(jīng)濟(jì)效益，成為當(dāng)前急需改進(jìn)的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于時(shí)間序列聚類診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的方法，診斷結(jié)果可靠，可提前對主軸承故障進(jìn)行預(yù)警，降低主軸承損壞率，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電率和經(jīng)濟(jì)效益。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于時(shí)間序列聚類診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的方法，包括如下步驟：

第一步，數(shù)據(jù)采集、篩選及計(jì)算：采集風(fēng)電場內(nèi)某型號風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率數(shù)據(jù)和主軸承溫度數(shù)據(jù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間段應(yīng)保持一致；對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選評價(jià)刪除異常后，再求各風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率n分鐘均值和主軸承溫度n分鐘均值；

第二步，按照功率聚類：按照第一步獲得的風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率n分鐘均值進(jìn)行區(qū)間選擇，首先選擇某一時(shí)間段，風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照功率分區(qū)間，將在功率區(qū)間[A,B][C,D]…內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)選擇出來；其中，功率區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)為：在此區(qū)間內(nèi)至少存在一臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率對主軸承溫度影響很小，即用曲線擬合的方法求得擬合直線的斜率趨于0；所述功率區(qū)間的具體選擇方法為：以區(qū)間[A,B]為例，以最高的功率B為起點(diǎn)，A點(diǎn)不斷向下延展，只要滿足功率區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)，A點(diǎn)就應(yīng)不斷迭代向下，最終A點(diǎn)取最小的點(diǎn)；[C,D]…區(qū)間的選擇方法相同；將此時(shí)間段的風(fēng)力發(fā)電機(jī)計(jì)算出的功率及主軸承溫度n分鐘均值數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；

第三步，適應(yīng)度評價(jià)：對[A,B]區(qū)間內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承溫度的n分鐘均值進(jìn)行適應(yīng)度評價(jià)，適應(yīng)度說明個(gè)體的優(yōu)劣性；主軸承溫度屬于越小越優(yōu)型指標(biāo)，溫度越低，適應(yīng)度應(yīng)越高；

第四步，選擇優(yōu)良個(gè)體群：根據(jù)每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的適應(yīng)度，選擇優(yōu)良個(gè)體群；

第五步，求得溫度基準(zhǔn)線：將優(yōu)良個(gè)體群的主軸承溫度n分鐘均值再求平均，得到此時(shí)間段的溫度基準(zhǔn)線；

第六步，求得溫度警戒線：所述溫度警戒線為溫度基準(zhǔn)線與允許偏差值之和；

第七步，數(shù)據(jù)代入檢測預(yù)警：在此區(qū)間內(nèi)選擇對應(yīng)的主軸承溫度n分鐘均值數(shù)據(jù)，與警戒線比較，對持續(xù)大于此值的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，加以預(yù)警；

對于[C,D]及其它各區(qū)間，重復(fù)第三步到第七步的方法，分別進(jìn)行預(yù)警。

進(jìn)一步地，所述第一步中，篩選評價(jià)方法為：按照評價(jià)因子α作為篩選器，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選評價(jià)；評價(jià)因子α指的是數(shù)據(jù)的預(yù)處理指標(biāo)，目的是挑出數(shù)據(jù)的缺失值和離群值；對于滿足評價(jià)因子α的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，不滿足的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。

進(jìn)一步地，所述n分鐘均值為10分鐘均值。

進(jìn)一步地，所述第四步中，優(yōu)良個(gè)體群按照輪盤賭法進(jìn)行選擇，適應(yīng)度高的個(gè)體成為優(yōu)良個(gè)體群的概率大。

進(jìn)一步地，所述第六步中，允許偏差值考慮正常加油和正常安裝偏差對主軸承溫度的影響而定。

通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明中風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承溫度通過時(shí)間序列的功率聚類和優(yōu)良個(gè)體群的選擇，辨別主軸承是否存在異常的運(yùn)行狀態(tài)從而進(jìn)行診斷。該方法可以提前發(fā)現(xiàn)主軸承溫度異常問題；由于主軸承缺少維護(hù)和油脂問題、主軸承的裝配問題及主軸承的損壞等問題，都對主軸承溫度影響很大。通過該方法，可以提高主軸承的預(yù)警能力，用數(shù)據(jù)代替人工排查，做到有的放矢的維護(hù)與消缺，降低了主軸承損壞率，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電率和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明一種基于時(shí)間序列聚類診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的方法示意圖；

圖2、圖3分別是按照本發(fā)明的診斷方法進(jìn)行診斷的結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

目前風(fēng)電場會(huì)有若干臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)型號相同，零部件相同，這為聚類的方法辯識故障，提供了廣闊的可能性。假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一個(gè)黑匣子，那么對于此匣子的輸入只有風(fēng)和外界環(huán)境(溫濕度等)。由于外界環(huán)境對一個(gè)風(fēng)電場的所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)在同一時(shí)刻的影響是相同的。所以通過時(shí)間序列聚類，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)環(huán)境自變量的降維。

鑒于此，本發(fā)明提出一種基于時(shí)間序列聚類算法診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承故障的方法,以實(shí)現(xiàn)主軸承故障快速的智能診斷。

結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的方法具體實(shí)現(xiàn)如下：

第一步，數(shù)據(jù)采集、篩選及計(jì)算：

首先通過風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)采集某型號風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率數(shù)據(jù)和主軸承溫度數(shù)據(jù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間段應(yīng)保持一致。按照評價(jià)因子α作為篩選器，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)因子α指的是數(shù)據(jù)的預(yù)處理指標(biāo)，目的是挑出數(shù)據(jù)的缺失值和離群值等。對于滿足評價(jià)因子α的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，不滿足的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。再求各種變量(風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率及主軸承溫度)的十分鐘均值。

第二步，按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率十分鐘均值進(jìn)行區(qū)間選擇，首先選擇某一時(shí)間段(以一小時(shí)為例)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)按照功率分區(qū)間，將在功率區(qū)間[A,B][C,D]…內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)選擇出來。功率區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)為：在此區(qū)間內(nèi)至少存在一臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率對主軸溫度影響很小，即用曲線擬合的方法求得擬合直線的斜率趨于0(如[A,B]區(qū)間為[1420,1550])。區(qū)間選擇的方法(以區(qū)間[A,B]為例)，以最高的功率B為起點(diǎn)，A點(diǎn)不斷向下延展，只要滿足功率區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)，A點(diǎn)就應(yīng)不斷迭代向下，最終A點(diǎn)取最小的點(diǎn)。如以最高的功率B(如1550為起點(diǎn))，先假設(shè)區(qū)間為[1500,1550]，如果此區(qū)間的斜率趨近于0,則A點(diǎn)向下選擇，假設(shè)下一個(gè)區(qū)間為[1480,1500],如果此區(qū)間的斜率還是趨近于0,則A點(diǎn)向下選擇，直到選擇到一點(diǎn)A，若A再向下選擇，擬合曲線的斜率將不再滿足趨近于0。

[C,D]…等區(qū)間方法相同。

將此段時(shí)間的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)變量(計(jì)算出來的風(fēng)發(fā)電機(jī)功率n分鐘均值及主軸承溫度n分鐘均值數(shù)據(jù))進(jìn)行保存。以[A,B]區(qū)間聚為一類數(shù)據(jù)，[C,D]區(qū)間為一類,以此類推，共聚為若干類區(qū)間。

第三步，適應(yīng)度評價(jià)：

對[A,B]區(qū)間內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承溫度的十分鐘均值進(jìn)行適應(yīng)度評價(jià)，適應(yīng)度說明個(gè)體的優(yōu)劣性；主軸承溫度屬于越小越優(yōu)型指標(biāo)，溫度越低，適應(yīng)度應(yīng)越高；

第四步，選擇優(yōu)良個(gè)體群：

根據(jù)每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的適應(yīng)度，按照輪盤賭法等方法，選擇優(yōu)良個(gè)體群，適應(yīng)度高的個(gè)體成為優(yōu)良個(gè)體群的概率大。

第五步，求得溫度基準(zhǔn)線：

將優(yōu)良個(gè)體群的主軸承溫度十分鐘均值再求平均，得到此時(shí)間段的溫度基準(zhǔn)線；

第六步，求得溫度警戒線：

所述溫度警戒線為溫度基準(zhǔn)線與允許偏差值之和；允許偏差值應(yīng)考慮正常加油和正常安裝偏差等因素對主軸溫度的影響。

第七步，數(shù)據(jù)代入檢測預(yù)警：

在此區(qū)間內(nèi)選擇對應(yīng)的主軸承溫度n分鐘均值數(shù)據(jù)，與警戒線比較，對持續(xù)大于此值的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，加以預(yù)警；

對于[C,D]及其它各區(qū)間，重復(fù)第三步到第七步的方法，分別進(jìn)行預(yù)警。

圖2、3分別是按照本發(fā)明的上述診斷方法進(jìn)行診斷的結(jié)果圖，大大提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸承的預(yù)警能力。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。