風(fēng)電機組故障診斷研究

張艷云

摘 要：近幾年，風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展迅速，由于工作環(huán)境惡劣，風(fēng)電機組故障發(fā)生率提高，故障診斷成為一個重要的研究課題，該文結(jié)合風(fēng)電機組典型故障分析，提出了一種嘗試方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電 故障診斷 信息融合

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0041-01

風(fēng)力發(fā)電是一種安全、清潔、技術(shù)成熟、成本適宜的新型能源，近幾年來其發(fā)展速度非常迅猛。但是由于風(fēng)電機組經(jīng)常工作在低溫、沙塵、風(fēng)暴、冰雪等惡劣壞境條件下，導(dǎo)致風(fēng)電機組故障甚至損壞，影響機組的安全可靠性。同時，風(fēng)電機組超常疲勞運行和各種不確定因素影響，風(fēng)電機組故障出現(xiàn)頻率增大、種類多樣的局面，因此風(fēng)力發(fā)電機的故障診斷是一個不可回避的問題，它既涉及機械故障診斷又涉及電氣系統(tǒng)故障診斷。通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等方法，及時、正確、有效地對風(fēng)電機組各種異常狀態(tài)和故障狀態(tài)作出診斷，提出對機組的運行維護的必要指導(dǎo)，制定合理的檢測維修制度，保證機組工作時發(fā)揮最大的設(shè)計能力和潛力，延長設(shè)備的服役期限和使用壽命，最大限度提高系統(tǒng)可靠性。

1 風(fēng)電機組故障的分類

根據(jù)實踐運行結(jié)論和分型統(tǒng)計，風(fēng)電機組的故障類型大致可概括為電氣故障和機械故障兩大類。其中，電氣故障包括傳感器故障、低壓器件故障、通信故障、變流器故障、變槳故障等，機械故障包括齒輪箱故障、回轉(zhuǎn)支撐故障、軸承故障、葉片故障、機械剎車故障、液壓故障、對中故障等。

許多國內(nèi)外的風(fēng)電機組運行專家通過十幾年來風(fēng)電機組故障方面的研究，從大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析中發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組的故障情況雖然存在一些不確定性因素，但基典型風(fēng)機組件故障的發(fā)生率本上保持著一些基本的規(guī)律趨勢。發(fā)生率按照由高到低依次約為：液壓系統(tǒng)（20%）、傳感器（11%）、轉(zhuǎn)子（10%）、電力模塊（9%）、變槳執(zhí)行模塊（7%）、發(fā)電機（7%）、齒輪箱（6%）、剎車系統(tǒng)（5%）和電子模塊（5%）。

可見，液壓系統(tǒng)、傳感器、轉(zhuǎn)子電力模塊和變槳執(zhí)行模塊部分是占突出地位的故障發(fā)生組件，也是故障監(jiān)控系統(tǒng)及運行維護尤其予以重視的部分。綜合對多年來各種風(fēng)力發(fā)電機組的故障類型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出典型故障及其嚴重程度如表1所示。

針對上述典型故障，一般采取了根據(jù)設(shè)備的實際運行狀態(tài)來安排維修和按照計劃進行維修的基本措施。在正確排解上述故障的同時，監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將對核心故障數(shù)據(jù)特征將進行存儲、判別類型并發(fā)出報警，最終形成故障報告，根據(jù)故障輕重程度指導(dǎo)系統(tǒng)維修維護或容錯運行。

2 風(fēng)電機組故障診斷方法

由于風(fēng)電是一個方興未艾的新事物，其故障診斷技術(shù)也隨之引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，先后出現(xiàn)了傳統(tǒng)故障診斷方法、基于模糊理論和可能性理論的方法、專家系統(tǒng)的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、基于粗糙集理論的方法。但是由于用于描述風(fēng)電機組故障特征與故障類型之間的對應(yīng)關(guān)系是較復(fù)雜的，一種故障類型可能對應(yīng)多種特征信息，而一種特征信息也可能對應(yīng)多種故障類型，另外故障特征常常呈現(xiàn)出多種不確定性特征，所以單靠一種理論或某種方法在復(fù)雜環(huán)境下無法實現(xiàn)準確、及時、有效地對風(fēng)力發(fā)電機組進行故障診斷。目前基于信息融合的故障診斷方法以其獨特新穎、推理科學(xué)、診斷準確而成為一個重要的研究方面，但是當(dāng)前故障診斷中信息融合依然是基礎(chǔ)性研究，所以在這方面需要更加深入和廣泛的研究。

將證據(jù)推理模式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與信息融合理論相結(jié)合形成一個綜合故障診斷模式不失為一個研究方向。故障診斷信號源于各類傳感器，因此故障特征信號多數(shù)情況存在隨機、模糊、不確定等特性，分別對應(yīng)于一種或多種故障類型，采取信息融合手段并根據(jù)故障特征和故障之間的關(guān)聯(lián)度，建立起可統(tǒng)一度量上述各不確定信息的測度；采取證據(jù)推理（如D-S證據(jù)推理），可以解決不確定性信息問題，將各種不確定性故障特征作為推理證據(jù)，合并融合后做出診斷決策；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可設(shè)計容錯控制器，結(jié)合信息融合故障診斷決策結(jié)果決定是否采用容錯控制。將模糊推理、信息融合（D-S證據(jù)推理）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)在一起，各自發(fā)揮優(yōu)勢，彌補了單一故障診斷方法的缺陷，提高了系統(tǒng)故障診斷和容錯控制效果。

3 結(jié)語

隨著風(fēng)電機組的不斷發(fā)展，機組的故障診斷技術(shù)也在不斷發(fā)展，各種診斷技術(shù)的相互融合，優(yōu)勢互補是保證故障診斷準確有效的方向，成熟良好的診斷技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電機組中，必將推動風(fēng)電事業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)測與控制[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[2] 姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 彭力.信息融合關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社，2010.

[4] 王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.endprint

摘 要：近幾年，風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展迅速，由于工作環(huán)境惡劣，風(fēng)電機組故障發(fā)生率提高，故障診斷成為一個重要的研究課題，該文結(jié)合風(fēng)電機組典型故障分析，提出了一種嘗試方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電 故障診斷 信息融合

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0041-01

風(fēng)力發(fā)電是一種安全、清潔、技術(shù)成熟、成本適宜的新型能源，近幾年來其發(fā)展速度非常迅猛。但是由于風(fēng)電機組經(jīng)常工作在低溫、沙塵、風(fēng)暴、冰雪等惡劣壞境條件下，導(dǎo)致風(fēng)電機組故障甚至損壞，影響機組的安全可靠性。同時，風(fēng)電機組超常疲勞運行和各種不確定因素影響，風(fēng)電機組故障出現(xiàn)頻率增大、種類多樣的局面，因此風(fēng)力發(fā)電機的故障診斷是一個不可回避的問題，它既涉及機械故障診斷又涉及電氣系統(tǒng)故障診斷。通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等方法，及時、正確、有效地對風(fēng)電機組各種異常狀態(tài)和故障狀態(tài)作出診斷，提出對機組的運行維護的必要指導(dǎo)，制定合理的檢測維修制度，保證機組工作時發(fā)揮最大的設(shè)計能力和潛力，延長設(shè)備的服役期限和使用壽命，最大限度提高系統(tǒng)可靠性。

1 風(fēng)電機組故障的分類

根據(jù)實踐運行結(jié)論和分型統(tǒng)計，風(fēng)電機組的故障類型大致可概括為電氣故障和機械故障兩大類。其中，電氣故障包括傳感器故障、低壓器件故障、通信故障、變流器故障、變槳故障等，機械故障包括齒輪箱故障、回轉(zhuǎn)支撐故障、軸承故障、葉片故障、機械剎車故障、液壓故障、對中故障等。

許多國內(nèi)外的風(fēng)電機組運行專家通過十幾年來風(fēng)電機組故障方面的研究，從大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析中發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組的故障情況雖然存在一些不確定性因素，但基典型風(fēng)機組件故障的發(fā)生率本上保持著一些基本的規(guī)律趨勢。發(fā)生率按照由高到低依次約為：液壓系統(tǒng)（20%）、傳感器（11%）、轉(zhuǎn)子（10%）、電力模塊（9%）、變槳執(zhí)行模塊（7%）、發(fā)電機（7%）、齒輪箱（6%）、剎車系統(tǒng)（5%）和電子模塊（5%）。

可見，液壓系統(tǒng)、傳感器、轉(zhuǎn)子電力模塊和變槳執(zhí)行模塊部分是占突出地位的故障發(fā)生組件，也是故障監(jiān)控系統(tǒng)及運行維護尤其予以重視的部分。綜合對多年來各種風(fēng)力發(fā)電機組的故障類型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出典型故障及其嚴重程度如表1所示。

針對上述典型故障，一般采取了根據(jù)設(shè)備的實際運行狀態(tài)來安排維修和按照計劃進行維修的基本措施。在正確排解上述故障的同時，監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將對核心故障數(shù)據(jù)特征將進行存儲、判別類型并發(fā)出報警，最終形成故障報告，根據(jù)故障輕重程度指導(dǎo)系統(tǒng)維修維護或容錯運行。

2 風(fēng)電機組故障診斷方法

由于風(fēng)電是一個方興未艾的新事物，其故障診斷技術(shù)也隨之引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，先后出現(xiàn)了傳統(tǒng)故障診斷方法、基于模糊理論和可能性理論的方法、專家系統(tǒng)的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、基于粗糙集理論的方法。但是由于用于描述風(fēng)電機組故障特征與故障類型之間的對應(yīng)關(guān)系是較復(fù)雜的，一種故障類型可能對應(yīng)多種特征信息，而一種特征信息也可能對應(yīng)多種故障類型，另外故障特征常常呈現(xiàn)出多種不確定性特征，所以單靠一種理論或某種方法在復(fù)雜環(huán)境下無法實現(xiàn)準確、及時、有效地對風(fēng)力發(fā)電機組進行故障診斷。目前基于信息融合的故障診斷方法以其獨特新穎、推理科學(xué)、診斷準確而成為一個重要的研究方面，但是當(dāng)前故障診斷中信息融合依然是基礎(chǔ)性研究，所以在這方面需要更加深入和廣泛的研究。

將證據(jù)推理模式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與信息融合理論相結(jié)合形成一個綜合故障診斷模式不失為一個研究方向。故障診斷信號源于各類傳感器，因此故障特征信號多數(shù)情況存在隨機、模糊、不確定等特性，分別對應(yīng)于一種或多種故障類型，采取信息融合手段并根據(jù)故障特征和故障之間的關(guān)聯(lián)度，建立起可統(tǒng)一度量上述各不確定信息的測度；采取證據(jù)推理（如D-S證據(jù)推理），可以解決不確定性信息問題，將各種不確定性故障特征作為推理證據(jù)，合并融合后做出診斷決策；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可設(shè)計容錯控制器，結(jié)合信息融合故障診斷決策結(jié)果決定是否采用容錯控制。將模糊推理、信息融合（D-S證據(jù)推理）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)在一起，各自發(fā)揮優(yōu)勢，彌補了單一故障診斷方法的缺陷，提高了系統(tǒng)故障診斷和容錯控制效果。

3 結(jié)語

隨著風(fēng)電機組的不斷發(fā)展，機組的故障診斷技術(shù)也在不斷發(fā)展，各種診斷技術(shù)的相互融合，優(yōu)勢互補是保證故障診斷準確有效的方向，成熟良好的診斷技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電機組中，必將推動風(fēng)電事業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)測與控制[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[2] 姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 彭力.信息融合關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社，2010.

[4] 王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.endprint

摘 要：近幾年，風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展迅速，由于工作環(huán)境惡劣，風(fēng)電機組故障發(fā)生率提高，故障診斷成為一個重要的研究課題，該文結(jié)合風(fēng)電機組典型故障分析，提出了一種嘗試方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電 故障診斷 信息融合

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0041-01

風(fēng)力發(fā)電是一種安全、清潔、技術(shù)成熟、成本適宜的新型能源，近幾年來其發(fā)展速度非常迅猛。但是由于風(fēng)電機組經(jīng)常工作在低溫、沙塵、風(fēng)暴、冰雪等惡劣壞境條件下，導(dǎo)致風(fēng)電機組故障甚至損壞，影響機組的安全可靠性。同時，風(fēng)電機組超常疲勞運行和各種不確定因素影響，風(fēng)電機組故障出現(xiàn)頻率增大、種類多樣的局面，因此風(fēng)力發(fā)電機的故障診斷是一個不可回避的問題，它既涉及機械故障診斷又涉及電氣系統(tǒng)故障診斷。通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等方法，及時、正確、有效地對風(fēng)電機組各種異常狀態(tài)和故障狀態(tài)作出診斷，提出對機組的運行維護的必要指導(dǎo)，制定合理的檢測維修制度，保證機組工作時發(fā)揮最大的設(shè)計能力和潛力，延長設(shè)備的服役期限和使用壽命，最大限度提高系統(tǒng)可靠性。

1 風(fēng)電機組故障的分類

根據(jù)實踐運行結(jié)論和分型統(tǒng)計，風(fēng)電機組的故障類型大致可概括為電氣故障和機械故障兩大類。其中，電氣故障包括傳感器故障、低壓器件故障、通信故障、變流器故障、變槳故障等，機械故障包括齒輪箱故障、回轉(zhuǎn)支撐故障、軸承故障、葉片故障、機械剎車故障、液壓故障、對中故障等。

許多國內(nèi)外的風(fēng)電機組運行專家通過十幾年來風(fēng)電機組故障方面的研究，從大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析中發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組的故障情況雖然存在一些不確定性因素，但基典型風(fēng)機組件故障的發(fā)生率本上保持著一些基本的規(guī)律趨勢。發(fā)生率按照由高到低依次約為：液壓系統(tǒng)（20%）、傳感器（11%）、轉(zhuǎn)子（10%）、電力模塊（9%）、變槳執(zhí)行模塊（7%）、發(fā)電機（7%）、齒輪箱（6%）、剎車系統(tǒng)（5%）和電子模塊（5%）。

可見，液壓系統(tǒng)、傳感器、轉(zhuǎn)子電力模塊和變槳執(zhí)行模塊部分是占突出地位的故障發(fā)生組件，也是故障監(jiān)控系統(tǒng)及運行維護尤其予以重視的部分。綜合對多年來各種風(fēng)力發(fā)電機組的故障類型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出典型故障及其嚴重程度如表1所示。

針對上述典型故障，一般采取了根據(jù)設(shè)備的實際運行狀態(tài)來安排維修和按照計劃進行維修的基本措施。在正確排解上述故障的同時，監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將對核心故障數(shù)據(jù)特征將進行存儲、判別類型并發(fā)出報警，最終形成故障報告，根據(jù)故障輕重程度指導(dǎo)系統(tǒng)維修維護或容錯運行。

2 風(fēng)電機組故障診斷方法

由于風(fēng)電是一個方興未艾的新事物，其故障診斷技術(shù)也隨之引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，先后出現(xiàn)了傳統(tǒng)故障診斷方法、基于模糊理論和可能性理論的方法、專家系統(tǒng)的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、基于粗糙集理論的方法。但是由于用于描述風(fēng)電機組故障特征與故障類型之間的對應(yīng)關(guān)系是較復(fù)雜的，一種故障類型可能對應(yīng)多種特征信息，而一種特征信息也可能對應(yīng)多種故障類型，另外故障特征常常呈現(xiàn)出多種不確定性特征，所以單靠一種理論或某種方法在復(fù)雜環(huán)境下無法實現(xiàn)準確、及時、有效地對風(fēng)力發(fā)電機組進行故障診斷。目前基于信息融合的故障診斷方法以其獨特新穎、推理科學(xué)、診斷準確而成為一個重要的研究方面，但是當(dāng)前故障診斷中信息融合依然是基礎(chǔ)性研究，所以在這方面需要更加深入和廣泛的研究。

將證據(jù)推理模式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與信息融合理論相結(jié)合形成一個綜合故障診斷模式不失為一個研究方向。故障診斷信號源于各類傳感器，因此故障特征信號多數(shù)情況存在隨機、模糊、不確定等特性，分別對應(yīng)于一種或多種故障類型，采取信息融合手段并根據(jù)故障特征和故障之間的關(guān)聯(lián)度，建立起可統(tǒng)一度量上述各不確定信息的測度；采取證據(jù)推理（如D-S證據(jù)推理），可以解決不確定性信息問題，將各種不確定性故障特征作為推理證據(jù)，合并融合后做出診斷決策；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可設(shè)計容錯控制器，結(jié)合信息融合故障診斷決策結(jié)果決定是否采用容錯控制。將模糊推理、信息融合（D-S證據(jù)推理）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)在一起，各自發(fā)揮優(yōu)勢，彌補了單一故障診斷方法的缺陷，提高了系統(tǒng)故障診斷和容錯控制效果。

3 結(jié)語

隨著風(fēng)電機組的不斷發(fā)展，機組的故障診斷技術(shù)也在不斷發(fā)展，各種診斷技術(shù)的相互融合，優(yōu)勢互補是保證故障診斷準確有效的方向，成熟良好的診斷技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電機組中，必將推動風(fēng)電事業(yè)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)測與控制[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[2] 姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 彭力.信息融合關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社，2010.

[4] 王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.endprint