一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，包括：基于台风对机组部件退化的影响机理，构建台风冲击下部件故障率增量模型；结合机组运行状态监测数据，构建部件运行状态的退化与冲击相关性模型，量化承受外部冲击的能力；基于台风随机冲击导致机组性能退化的时变随机性特点，构建考虑退化与冲击相依的海上风电机组部件时变故障率模型，并基于该模型，在台风冲击场景下，构建机组部件剩余寿命预测模型，采用粒子群优化算法，以预测误差最小优化参数，得到优化剩余寿命预测模型；基于实时数据修正优化剩余寿命预测模型并实现剩余寿命预测。与现有技术相比，本发明专利技术具有寿命预测准确率高等优点。有寿命预测准确率高等优点。有寿命预测准确率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及海上风电机组寿命预测领域，尤其是涉及一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法。

技术介绍

[0002]海上风电是加速推进我国实现“3060”双碳战略的重要力量，海上风电机组的高可靠运行是大规模海上风电可持续发展的关键因素。准确预测海上风电机组剩余寿命对降低突发失效风险及高可靠运行、高效率维护决策具有重要的理论意义和工程应用价值。我国海上风电规模化、集群化发展的沿海地区受到台风等恶劣天气影响严重，台风带来的狂风、巨浪，给海上风电机组剩余寿命的准确预测带来了巨大的挑战。
[0003]现有的海上风电机组寿命预测方面的研究，主要存在以下两个问题：1)以往在风电机组剩余寿命预测的研究中，通常基于机组自然退化过程，假设机组性能随时间逐步劣化，忽略了客观存在的海上台风天气的随机冲击影响，难以准确描述海上恶劣运行环境下机组实际退化的演化规律。2)在海上多源多维运维大数据背景下，准确刻画机组随机冲击与退化状态的关联关系，对机组失效过程精确建模及剩余寿命预测不确定性量化问题仍有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：基于台风对机组部件退化的影响机理，分析直接冲击和间接冲击对部件故障率的影响，构建台风冲击下部件故障率增量模型；针对部件退化过程与冲击关联性量化问题，结合机组运行状态监测数据，构建部件运行状态的退化与冲击相关性模型，量化承受外部冲击的能力；基于台风随机冲击导致机组性能退化的时变随机性特点，结合台风冲击下部件故障率增量模型和退化与冲击相关性模型，构建考虑退化与冲击相依的海上风电机组部件时变故障率模型；基于海上风电机组部件时变故障率模型，在台风冲击场景下，构建机组部件剩余寿命预测模型，采用粒子群优化算法，以预测误差最小优化台风冲击下部件故障率增量模型和退化与冲击相关性模型的参数，得到优化剩余寿命预测模型；基于优化剩余寿命预测模型，结合台风冲击监测数据和机组实时运行状态监测数据修正优化剩余寿命预测模型并实现剩余寿命预测。2.根据权利要求1所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，所述台风冲击下部件故障率增量模型的构建包括以下步骤：获取台风多发区域内的台风数据；构建Batts台风风场模型；假设海上风电机组在运行期间遭受台风冲击的次数服从参数为λ的Possion过程，台风经过风电场前后过程中台风风场模型保持不变，采用蒙特卡洛抽样方法得到每个典型台风冲击概率，建立台风随机冲击模型；基于台风随机冲击模型，分析直接冲击和间接冲击对部件故障率的影响，构建台风冲击下部件故障率增量模型。3.根据权利要求2所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，所述台风随机冲击模型为：征在于，所述台风随机冲击模型为：征在于，所述台风随机冲击模型为：征在于，所述台风随机冲击模型为：其中，P(N(t)＝n)表示在(0，t)内台风发生n次冲击的概率，λ为台风的到达率，f
G
(t
si
)为第i次冲击首次到达的所需时间t
si
的概率密度，Γ(i)为伽马函数值；V
Rmax
为最大风半径处的梯度风速，K为经验参数，取值范围为6.93～6.97，Δp为台风中心气压差，R
max
为最大风速半径，f为科式参数；v表示台风瞬时风速，V
s
为台风移动速度；r为台风任意位置到台风中心的距离；x为经验参数，取值范围为0.5～0.7。4.根据权利要求1或2所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，所述台风冲击下部件故障率增量模型为：
其中，为部件退化与冲击相关性函数，表示部件k在运行状态为时受到冲击对故障率增量的影响，t
si
和t
ei
分别表示台风对机组冲击影响的首达时刻和解除时刻，α、ε为部件的台风直接或间接冲击修正系数，v为台风瞬时风速。5.根据权利要求4所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，区分直接冲击和间接冲击的影响，直接冲击下的部件故障率增量模型表示为：征在于，区分直接冲击和间接冲击的影响，直接冲击下的部件故障率增量模型表示为：间接冲击下的部件故障率增量模型表示为：间接冲击下的部件故障率增量模型表示为：其中，Δλ
sk1i
为台风直接冲击导致的机组外部部件故障率，α
k1
、ε
k1
分别为台风直接冲击修正系数，w为垂直于风机表面上的风载荷，ρ为空气密度，C
s
为形状系数，S
α
为垂直于风向平面上的投影面积；Δλ
sk2i
表示台风间接冲击导致的机组内部部件故障率，α
k2
、ε
k2
分别为台风间接冲击修正系数，p为风机的功率，C
p
为风能转换效率系数，λ
a
为风机叶尖速比，β
a
为风机叶片的桨距角，r
a
为风机叶片半径。6.根据权利要求1所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，所述基于部件运行状态的退化与冲击相关性模型的构建包括以下步骤：获取海上风电机组历史运行监测数据；通过主成分聚类分析提取海上风电机组部件在不同运行工况下的健康状态特征，并根据其他状态与健康状态之间的差异值划分不同的部件状态；根据不同工况下的部件状态划分结果以及历史状态演变过程，基于马尔可夫链状态转移过程，建立随机状态模型描述部件的历史状态转移过程，得到退化与冲击相关性模型。7.根据权利要求6所述的一种考虑台风影响的海上风电机组剩余寿命预测方法，其特征在于，所述退化与冲击相关性模型表示为：R...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐洁，李传文，符杨，黄玲玲，魏书荣，贾锋，刘智彬，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：