识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法及装置制造方法及图纸

提供了一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法及装置。所述方法包括：获取风力发电机组的运行数据；基于获取的运行数据，确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值及在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值；基于确定的振动信号在叶轮的一倍旋转频率及三倍旋转频率下的能量幅值，确定叶轮是否处于气动不平衡状态。根据所述方法及装置，能够准确、快速地自动识别风力发电机组的叶轮是否处于气动不平衡状态。的叶轮是否处于气动不平衡状态。的叶轮是否处于气动不平衡状态。

【技术实现步骤摘要】
识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法及装置


[0001]本专利技术总体说来涉及风力发电
，更具体地讲，涉及一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法及装置。

技术介绍

[0002]通常在风力发电机组的设计仿真阶段，会根据整机的数学模型(涉及叶片、塔架、变桨、及变流系统等)，设计出风力发电机组的控制参数，其中包含风力发电机组的最优桨距角参数。在风力发电机组运行时，如果风力发电机组的输出功率小于额定功率，则叶片的桨距角被固定在最优桨距角，以便使叶片从风能中获取最大的能量。
[0003]然而，在现场安装过程中，由于安装误差或者错误，可能导致叶片(一支或者多支)的实际桨距角与最优桨距角之间存在偏差，从而产生叶轮气动不平衡。除此之外，机组运行过程中的一些环境因素亦可能导致叶轮气动不平衡，例如，叶片表面污染物聚集，并且在不同叶片间不均匀分布，此外，叶片表面结冰也可能导致叶轮的气动不平衡。
[0004]由于叶轮系统是一个惯性较大的旋转部件(特别是针对永磁直驱机组)，叶轮气动不平衡可能对机组的安全稳定运行造成不良影响：1)导致机组出力降低，这是由于机组叶片的实际桨距角与最优桨距角之间存在偏差，降低了叶片吸收风能的效率；2)影响发电机主轴的寿命，这是由于在叶轮气动不平衡的条件下，机组在运行过程中，叶轮系统相对于发电机主轴存在一定角度的偏载，并以一定周期重复出现，进而影响发电机主轴的寿命；3)导致机组故障频繁，这是由于叶轮气动不平衡的存在，叶轮平面承受的推力不均衡，使得在某些工况条件下，机组机舱的加速度超过阈值，从而导致机组振动故障。
[0005]然而，现有技术无法自动识别风力发电机组的叶轮气动状态，以及时调整叶轮的气动状态，尽量避免上述不良影响。例如，现有的机组控制技术只能对机组的振动进行保护，通过机舱内的加速度传感器，检测机舱在X方向和Y方向的加速度信号，并计算X方向和Y方向的合成加速度信号，当机组的加速度信号或者合成加速度信号超过一定阈值时，机组停机保护，一般来说，可能导致该加速度超限故障的原因很多，比如极端风况(风速增或者突降)，控制参数不合适、叶轮气动不平衡等，但由于现有技术无法自动识别叶轮的气动状态，因此，无法自动判别该加速度超限故障是否由叶轮气动不平衡所导致。

技术实现思路

[0006]本专利技术的示例性实施例在于提供一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法及装置，以解决现有技术存在的无法自动识别风力发电机组的叶轮气动状态的问题。
[0007]根据本专利技术的示例性实施例，提供一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法，所述方法包括：获取风力发电机组的运行数据；基于获取的运行数据，确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值及在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值；基于确定的振动信号在叶轮的一倍旋转频率及三倍旋转频率下的能量幅值，确定叶轮是否处于气动不平衡状态。
[0008]可选地，获取风力发电机组的运行数据的步骤包括：当所述风力发电机组在特定条件下正常发电且未限电时，获取所述风力发电机组的运行数据。
[0009]可选地，获取风力发电机组的运行数据的步骤包括：在所述风力发电机组在所述特定条件下正常发电且未限电达到第一预设时长之后，获取第二预设时长内的所述风力发电机组的运行数据，其中，在第二预设时长内，所述风力发电机组仍保持在所述特定条件下正常发电且未限电。
[0010]可选地，确定叶轮是否处于气动不平衡状态的步骤包括：当所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度满足以下至少一个条件时，确定叶轮处于气动不平衡状态：所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度大于预设的叶轮气动不平衡度常数；所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度在风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度之中满足预设条件，其中，所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度为：确定的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值与振动信号在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值的比值。
[0011]可选地，通过下述方式确定所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度在风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度之中是否满足所述预设条件：获取风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度的箱线图；当所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度大于或等于所述箱线图的(Q3+1.5IQR)时，确定所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度满足所述预设条件，其中，IQR＝Q
3-Q1，Q3为所述箱线图的上四分位数，Q1为所述箱线图的下四分位数。
[0012]可选地，所述特定条件为：叶轮的转速达到额定转速，且输出功率未达到额定功率。
[0013]可选地，基于获取的运行数据确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值的步骤包括：基于获取的运行数据，确定叶轮的一倍旋转频率所属的频段；通过对所述风力发电机组的振动信号进行频谱分析，得到所述风力发电机组的振动信号在预设频率范围内的各个频段下的能量幅值；将在所述各个频段之中的第一特定频段下的能量幅值作为：所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值，其中，第一特定频段与确定的叶轮的一倍旋转频率所属的频段相对应。
[0014]可选地，基于获取的运行数据确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值的步骤包括：基于确定的叶轮的一倍旋转频率所属的频段，确定叶轮的三倍旋转频率所属的频段；将在所述各个频段之中的第二特定频段下的能量幅值作为：所述风力发电机组的振动信号在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值，其中，第二特定频段与确定的叶轮的三倍旋转频率所属的频段相对应。
[0015]可选地，基于获取的运行数据确定叶轮的一倍旋转频率所属的频段的步骤包括：基于获取的运行数据确定叶轮的最小转速和最大转速，并基于确定的最小转速和最大转速来确定叶轮的一倍旋转频率所属的频率范围；确定所述风力发电机组的塔架一阶频率；将确定的叶轮的一倍旋转频率所属的频率范围之中除塔架一阶频率之外的频段确定为：叶轮的一倍旋转频率所属的频段。
[0016]可选地，基于确定的最小转速和最大转速确定叶轮的一倍旋转频率所属的频率范围的步骤包括：确定叶轮的一倍旋转频率f
1P
所属的频率范围为：
[0017]ω
t_min
/60≤f
1P
≤ω
t_max
/60，其中，ω
t_min
为确定的最小转速、ω
t_max
为确定的最大
转速。
[0018]可选地，所述预设频率范围为0-2Hz。
[0019]可选地，所述风力发电机组的振动信号为：所述风力发电机组沿机舱的轴向的振动信号。
[0020]根据本专利技术的另一示例性实施例，提供一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的装置，所述装置包括：数据获取单元，获取风力发电机组的运行数据；能量幅值确定单元，基于获取的运行数据，确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值及在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值；气动状态确定单元，基于确定的振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别风力发电机组的叶轮气动状态的方法，其特征在于，所述方法包括：获取风力发电机组的运行数据；基于获取的运行数据，确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值及在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值；基于确定的振动信号在叶轮的一倍旋转频率及三倍旋转频率下的能量幅值，确定叶轮是否处于气动不平衡状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取风力发电机组的运行数据的步骤包括：当所述风力发电机组在特定条件下正常发电且未限电时，获取所述风力发电机组的运行数据。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取风力发电机组的运行数据的步骤包括：在所述风力发电机组在所述特定条件下正常发电且未限电达到第一预设时长之后，获取第二预设时长内的所述风力发电机组的运行数据，其中，在第二预设时长内，所述风力发电机组仍保持在所述特定条件下正常发电且未限电。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定叶轮是否处于气动不平衡状态的步骤包括：当所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度满足以下至少一个条件时，确定叶轮处于气动不平衡状态：所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度大于预设的叶轮气动不平衡度常数；所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度在风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度之中满足预设条件，其中，所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度为：确定的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值与振动信号在叶轮的三倍旋转频率下的能量幅值的比值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下述方式确定所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度在风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度之中是否满足所述预设条件：获取风电场内的所有风力发电机组的叶轮气动不平衡度的箱线图；当所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度大于或等于所述箱线图的(Q3+1.5IQR)时，确定所述风力发电机组的叶轮气动不平衡度满足所述预设条件，其中，IQR＝Q
3-Q1，Q3为所述箱线图的上四分位数，Q1为所述箱线图的下四分位数。6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述特定条件为：叶轮的转速达到额定转速，且输出功率未达到额定功率。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于获取的运行数据确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值的步骤包括：基于获取的运行数据，确定叶轮的一倍旋转频率所属的频段；通过对所述风力发电机组的振动信号进行频谱分析，得到所述风力发电机组的振动信号在预设频率范围内的各个频段下的能量幅值；将在所述各个频段之中的第一特定频段下的能量幅值作为：所述风力发电机组的振动
信号在叶轮的一倍旋转频率下的能量幅值，其中，第一特定频段与确定的叶轮的一倍旋转频率所属的频段相对应。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于获取的运行数据确定所述风力发电机组的振动信号在叶轮的三倍旋转频率下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧发顺，薛达，吴先友，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：