本發(fā)明涉及一種監(jiān)控方法，尤其涉及一種監(jiān)控風電機組狀態(tài)的方法。

背景技術：

目前各風場都有監(jiān)控系統(tǒng)即SCADA來實現(xiàn)風場機組的實時監(jiān)控，但通常情況下，該監(jiān)控僅起到運行數(shù)據(jù)監(jiān)測、機組啟停、限功率管理的作用，機組實時運行的各種數(shù)據(jù)與機組各部件所受的載荷有直接的關系，當前通用的監(jiān)控系統(tǒng)未將機組載荷計算結果、部件材料特性與實際風機運行工況結合，而機組部件實際使用過程中的載荷及疲勞損壞是不能體現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種風電機組狀態(tài)的監(jiān)控方法，解決機組部件的載荷、疲勞壽命的監(jiān)控和管理。

為解決這一技術問題，本發(fā)明提供了一種風電機組狀態(tài)的監(jiān)控方法，由SCADA、機組計算模型、部件材料特性有機結合，包括風電場監(jiān)控及機組載荷計算，所述風電場監(jiān)控為部件當前狀態(tài)及剩余使用時間顯示，并且含有重點監(jiān)控部件選擇及部件狀態(tài)序列顯示功能；所述機組載荷計算為包含機組計算模型和載荷與部件使用壽命計算模型兩個計算模塊，具體包括如下步驟：

步驟1.預先在服務器端建立機組的計算模型，并將各部件的材料特性置入計算模型中；

步驟2.將實際各部件實測值與計算得到的機組輸出量進行對比和分析，對機組計算模型進行修正，通過幾輪的修正可使得計算模型更好地模擬出機組各部件工作狀態(tài)，此時該模型對部件載荷的計算值便可的過程便可較為準確反映機組各部件載荷；

步驟3.機組疲勞計算模型通過雨流計數(shù)法將載荷數(shù)據(jù)轉化為疲勞計算所需數(shù)據(jù)，結合部件材料屬性計算部件理論使用壽命；

步驟4.在上述步驟1-3的基礎上建立機組所有部件的載荷、疲勞壽命的數(shù)據(jù)庫，通過木桶理論分析部件中最易損壞的部件，將其作為重點監(jiān)測對象，并針對該部件進行故障預處理。

所述機組計算模型將機組實際運行工況下的問部件數(shù)據(jù)反饋至機組計算模型中，將對應的數(shù)據(jù)進行比對，從而對機組計算模型進行修正。

所述載荷與部件使用壽命計算模型將機組疲勞計算結果與部件實際工況下的載荷進行結合，并應用實際機組部件疲勞損壞對模型進行修正，從而更為精確地預測機組部件運行壽命。

有益效果：本發(fā)明只需在風場建設前期增加用于模型計算和數(shù)據(jù)庫分析的服務器，建立對應于風場的機組計算模型、機組載荷及疲勞數(shù)據(jù)庫，將現(xiàn)有風場監(jiān)控及機組載荷計算相結合，實現(xiàn)機組部件故障預測及部件壽命預估的監(jiān)控方案，實現(xiàn)對風電機組更有效的管理。本發(fā)明通過對機組實際運行工況及采集數(shù)據(jù)的分析，修正內(nèi)部機組計算模型和載荷及部件壽命計算模型，從而使得在運行期間通過該系統(tǒng)可清晰了解各部件運行狀況及對部件進行故障預測，可實現(xiàn)如下功能：1)更為精確地獲取機組運行期間任意部件的載荷；2)機組任意運行工況下各部件的輸入及輸出功率；3)機組及部件故障預測。

附圖說明

圖1為雨流計數(shù)法示意圖；

圖2為本發(fā)明機組計算模型修正流程圖；

圖3為本發(fā)明載荷與部件使用壽命計算模型修正流程圖；

圖4為本發(fā)明機組監(jiān)控概覽示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做具體描述。

本發(fā)明提供了一種由SCADA、機組計算模型、部件材料特性有機結合的風電機組狀態(tài)的監(jiān)控方法，合理監(jiān)測機組狀態(tài)。

本發(fā)明包括風電場監(jiān)控及機組載荷計算。

所述風電場監(jiān)控為部件當前狀態(tài)及剩余使用時間顯示，并且含有重點監(jiān)控部件選擇及部件狀態(tài)序列顯示功能；所述機組載荷計算為包含機組計算模型和載荷與部件使用壽命計算模型兩個計算模塊。

所述機組計算模型將機組實際運行工況下的問部件數(shù)據(jù)反饋至機組計算模型中，將對應的數(shù)據(jù)進行比對，從而對機組計算模型進行修正。

所述載荷與部件使用壽命計算模型將機組疲勞計算結果與部件實際工況下的載荷進行結合，并應用實際機組部件疲勞損壞對模型進行修正，從而更為精確地預測機組部件運行壽命。

本發(fā)明的監(jiān)控方法具體包括如下步驟：

步驟1.預先在服務器端建立機組的計算模型，并將各部件的材料特性置入計算模型中。計算模型包含該風場所使用的控制策略，當機組監(jiān)控系統(tǒng)將實際工況數(shù)據(jù)輸入到該計算模型中時，系統(tǒng)服務器結合控制策略可計算出當前機組的輸出量，如發(fā)電機組功率、齒箱扭矩、風輪輸出扭矩等。

步驟2.將實際各部件實測值與計算得到的機組輸出量進行對比和分析，對機組計算模型進行修正，通過幾輪的修正可使得計算模型更好地模擬出機組各部件工作狀態(tài)，此時該模型對部件載荷的計算值便可的過程便可較為準確反映機組各部件載荷。

步驟3.機組疲勞計算模型通過雨流計數(shù)法(圖1所示)將載荷數(shù)據(jù)轉化為疲勞計算所需數(shù)據(jù)，結合部件材料屬性計算部件理論使用壽命。監(jiān)控系統(tǒng)將機組實際運行工況下的部件載荷作為輸入量輸入到機組疲勞計算模型中，通過與預先在機組仿真計算時載荷的對應值，可計算出機組當前所受載荷在全部設計壽命期內(nèi)所占比例，從而可計算出機組所有部件所剩余使用壽命。由于材料的不均勻性和疲勞計算的不確定性，上述計算值作為初始值計入預先設定好的機組部件壽命數(shù)據(jù)庫中，作為整機維護的基礎參數(shù)。當該部件由于疲勞損壞時，修正該部件在部件壽命數(shù)據(jù)庫的壽命值。后續(xù)可通過對樣本的分析，修正部件疲勞計算模型及更新部件疲勞數(shù)據(jù)庫。

步驟4.在上述步驟1-3的基礎上建立機組所有部件的載荷、疲勞壽命的數(shù)據(jù)庫，通過木桶理論分析部件中最易損壞的部件，將其作為重點監(jiān)測對象，并針對該部件進行故障預處理，即找出“最短板”，當該部件更換后，對當前機組的“最短板”進行遞歸，這樣每臺機組的最薄弱部件一直處于首要監(jiān)控的位置。

所述步驟3中的疲勞理論：機組疲勞判定時主要采取雨流計數(shù)法(如圖1所示)：利用獲取的應力結果，對風力發(fā)電機組進行疲勞壽命和損傷度計算。疲勞壽命采用S-N曲線進行計算，S為應力幅大小，N為對應的疲勞壽命，N代表材料所能承受該幅值載荷的次數(shù)。S-N曲線由統(tǒng)計分析得出，可信度因子選為2，對應97.7％的可信度。

S-N曲線的計算公式如下：

logN＝logC₀-d/σ-mlogS_r [式1]

其中：S_r——應幅變，

C₀——常量與材料及連接形式有關，

σ——logN的標準差，

d——可信度因子，

M——logS_r對logN的反斜率。

結合各應力幅的大小和出現(xiàn)頻率，可以計算出對應的損傷度，采用線性累加方法，求其總和便可得到結構的總損傷度，以估算出其壽命。

所述步驟4中的木桶理論：木桶原理又稱短板理論，其核心內(nèi)容為：一只木桶盛水的多少，并不取決于桶壁上最高的那塊木塊，而恰恰取決于桶壁上最短的那塊。

圖2所示為機組計算模型修正流程圖。

監(jiān)控系統(tǒng)采集外部環(huán)境數(shù)據(jù)如風速、風向作為模型輸入量，代入機組計算模型，結合該風場使用的控制策略進行機組輸出量的計算，同時實際風電機組受外部的風驅動按照預先置入的控制策略運行。監(jiān)控系統(tǒng)采集的機組實際輸出量和機組計算模型計算的輸出量作為輸入源進入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中進行對比分析，由人工對分析結果進行詳細分析，形成模型修改方案，對機組計算模型進行調(diào)整，完成第一輪更改。修改后的模型繼續(xù)與實際機組在同樣工況下進行數(shù)據(jù)的對比分析，最終使得機組計算模型計算結果與機組實際輸出結果一致。此時該模型對部件載荷的計算結果較之前更為接近實際值。

圖3所示為載荷與部件使用壽命計算模型修正流程圖。

機組部件載荷通過雨流計數(shù)法從時域改變?yōu)轭l域，結合部件材料S-N屬性在機組疲勞計算模型中生成部件載荷與部件使用壽命的對應模型，完成初步計算。機組在實際工況下的部件載荷由之前修正后的機組計算模型計算，將計算結果輸入載荷與部件使用壽命計算模型可計算部件理論剩余使用時間。當部件在使用過程中由于疲勞發(fā)生損壞時，將部件實際使用載荷及使用時間計入部件載荷及壽命數(shù)據(jù)庫，結合理論計算的部件使用時間，進行對比分析，得出計算模型的不足之處并進行修正。

圖4所示為機組監(jiān)控概覽示意圖。

上述模型完成后，根據(jù)實際工況及其對應的部件狀態(tài)序列設定機組故障預警機制，對于序列中最薄弱的部件加強監(jiān)控，針對部件故障時間和故障類型提前準備相應的工具或制定相應的維護方案，當部件更換后，對應更新版的部件狀態(tài)序列，重新定位最薄弱部件，從而實現(xiàn)更有效的監(jiān)控。

本發(fā)明只需在風場建設前期增加用于模型計算和數(shù)據(jù)庫分析的服務器，建立對應于風場的機組計算模型、機組載荷及疲勞數(shù)據(jù)庫，將現(xiàn)有風場監(jiān)控及機組載荷計算相結合，實現(xiàn)機組部件故障預測及部件壽命預估的監(jiān)控方案，實現(xiàn)對風電機組更有效的管理。本發(fā)明通過對機組實際運行工況及采集數(shù)據(jù)的分析，修正內(nèi)部機組計算模型和載荷及部件壽命計算模型，從而使得在運行期間通過該系統(tǒng)可清晰了解各部件運行狀況及對部件進行故障預測。

本發(fā)明可實現(xiàn)如下功能：

1)更為精確地獲取機組運行期間任意部件的載荷；

2)機組任意運行工況下各部件的輸入及輸出功率；

3)機組及部件故障預測。

本發(fā)明上述實施方案，只是舉例說明，不是僅有的，所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包圍。