基于風力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)探究

高林

（遼寧大唐國際新能源有限公司，遼寧 沈陽 110000）

引言

我國工業(yè)生產(chǎn)以及生活的發(fā)展對能源需求越來越多，但石油、天然氣等不可再生能源儲量有限且不可再生，使得人們加強對可再生能源的研究與開發(fā)，近年來風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)進入迅速發(fā)展期。完善的風力發(fā)展技術(shù)為其發(fā)展提供了重要基礎，在成本等方面均具有優(yōu)勢。但是在風力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，存在很多安全隱患，可能發(fā)生一些運行故障。針對其運行進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患以及存在問題，進行改善，保證風力發(fā)電系統(tǒng)正常運行。

一、風力發(fā)電機組故障診斷的研究現(xiàn)狀

就目前發(fā)展而言，風力發(fā)電機的維護系統(tǒng)使得風力發(fā)電機出現(xiàn)故障的隱患減小。此系統(tǒng)的應用有效延長了金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的使用壽命，提高了金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的可靠性和安全性。金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機維護系統(tǒng)能夠有效維護發(fā)電機的正常運行，降低了金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機意外停機的風險，提高機組的運行效率，同時還能夠降低金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機裝備的維護成本。隨著金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的廣泛使用，社會對金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機系統(tǒng)故障診斷技術(shù)給予巨大的關(guān)注。實時監(jiān)控發(fā)電機設備故障并及時維護能夠提高金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的可靠性，降低機器的運行成本。令人可喜的是國外和其他研究人員對于如何減少金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機故障問題，對線圈中轉(zhuǎn)子電流的諧波和搜索線圈電壓的方法以及分析定子繞組的損壞作出了研究。對于金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機來說，常用的、有效的方法是定子電流的頻譜分析，該分析方法對于監(jiān)測和診斷電動機存在的缺陷有著很大的作用。電流的頻譜分析被用來感應電動機繞組出現(xiàn)的故障、機械的不平衡以及定子缺陷的診斷和監(jiān)測。許多專家在小波分析理論的基礎上提出了雙功率風力發(fā)電機定子繞組故障的分析方法。許多學者使用金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機時將動力轉(zhuǎn)換成為連續(xù)小波變換。通過用頻率大小除以分量的大小、機器的損傷程度和頻率分布來識別風向和風力的等級。金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的軸承降低了生產(chǎn)成本，減少了對振動傳感器的損壞。

二、風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析

（一）故障診斷原理

故障診斷是在機械設備的操作基礎下出現(xiàn)的各種錯誤，機械設備出現(xiàn)的故障和狀態(tài)是檢驗金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機的異常的主要手段。設備故障診斷技術(shù)是排除故障的一種有效手段，可以識別設備故障的狀態(tài)，確定設備運行的正常狀態(tài)或異常狀態(tài)，監(jiān)測故障發(fā)生導致的因素，減少出現(xiàn)故障的次數(shù)。錯誤診斷是對分類和辨別診斷對象的錯誤，換而言之，是用現(xiàn)有知識推測設備出現(xiàn)故障的因素和嚴重性。簡而言之，該原理是一種找出毛病的方法，實際上，故障診斷技術(shù)是對金風的永磁直驅(qū)發(fā)電機故障進行識別分類的過程。

（二）風力機的故障診斷技術(shù)

1.葉片的故障診斷

葉片作為風力發(fā)電機組中的前置部分，如果葉片出現(xiàn)問題（不平衡等）就會影響正常發(fā)現(xiàn)。需要對風力發(fā)電機組的葉片定期進行故障監(jiān)測，主要分析葉片的轉(zhuǎn)子不平衡、氣動力不對稱平衡，主要故障集中在這兩方面。常用的方法包括小波不變化方法、功率譜密度等來分析，另外還可以利用光纖電流傳感器網(wǎng)絡來分析葉片的故障問題。

2.振動監(jiān)測技術(shù)

振動監(jiān)測技術(shù)用于監(jiān)測發(fā)電機組運行過程中軸承、齒輪等構(gòu)件與機艙系統(tǒng)的振動情況，利用傳感器采集其振動信號，進而利用系統(tǒng)將采集到的信號與正常信號進行對比，倘若發(fā)現(xiàn)該信號存在異常情況，則系統(tǒng)將會自動發(fā)出報警信號進行提示。通常在使用振動監(jiān)測技術(shù)時主要采用幅域統(tǒng)計分析法、等旋轉(zhuǎn)角采集法等方法，配合運用FFI分析法消除干擾，以此提高振動信息的精確性，相較于其他監(jiān)測技術(shù)而言成本略高。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)

當前該技術(shù)主要包含以下三種應用方向：其一是模式識別層面，使神經(jīng)網(wǎng)絡充當故障分類器的作用，判斷設備的不同故障類型并完成故障分類；其二是故障預測層面，將神經(jīng)網(wǎng)絡用于針對動態(tài)模型設備進行故障預測；其三是知識處理層面，配合專家系統(tǒng)構(gòu)建混合故障診斷系統(tǒng)，以此拓寬故障診斷技術(shù)的應用范疇。通過采用神經(jīng)網(wǎng)絡進行風力發(fā)電機的故障診斷，可以借助歸一化處理降低知識庫管理難度，便于進行神經(jīng)網(wǎng)絡知識的并行聯(lián)想與自適應推理，有效規(guī)避采用專家系統(tǒng)過程中存在的無窮遞歸、組合爆炸等問題，提高故障診斷的實時性。

4.數(shù)據(jù)監(jiān)測的分析

在風力發(fā)電機組的實際運行過程中，其運行狀態(tài)會受到以自然環(huán)境為代表的眾多因素的影響。因此，必須加強風力發(fā)電機組的實際運行狀態(tài)進行監(jiān)控，包括工作環(huán)境的溫度、風機的實際轉(zhuǎn)速、電力功率的檢測、并網(wǎng)電力數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測等。當監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的時候，應該結(jié)合實際情況以及工作人員的工作經(jīng)驗進行初步問題分析和故障定位，然后針對實際情況和異常情況進行現(xiàn)場調(diào)查，確定異常原因以及是否存在安全隱患，最終給出異常問題解決方案，保證風力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。為保證風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測的科學性，還需要不斷對技術(shù)進行改革與創(chuàng)新，引入新的信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、傳感技術(shù)以及自動化技術(shù)等。

5.振動監(jiān)測

振動監(jiān)測作為風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測的必要技術(shù)，主要監(jiān)測分析發(fā)電機組中的軸承、齒輪以及機艙部分的振動情況。通過傳感器獲得這些部分的振動信號，然后通過系統(tǒng)對監(jiān)測信號與正常信號進行比對分析，若出現(xiàn)異常系統(tǒng)會給出報警信號。一般在振動監(jiān)測當中采用幅域統(tǒng)計分析的方法進行。振動監(jiān)測設備和其他監(jiān)測技術(shù)相比，成本要高，在應用振動監(jiān)測進行監(jiān)測的時候采用等旋轉(zhuǎn)角采集的方式進行信號采集，為保證信息準確性，分析時采用 FFT 分析消除干擾獲得準確振動信息。

三、風力發(fā)電機組運行安全控制措施

（一）設備的檢修

對于風力發(fā)電機組的運行而言，設備的安全質(zhì)量直接決定了發(fā)電的質(zhì)量，一旦其中某一部件或者某一設備出現(xiàn)問題均會直接影響風力發(fā)電機組的正常運行。因此，在風力發(fā)電機組的工作與運行過程中，需要定期的對其各項設備以及各個部件進行定期的檢修與維護，不僅僅要保證各個零部件和設備的質(zhì)量，還應該保證各個部件以及設備的參數(shù)設置正確，能夠正常運行。當檢測中發(fā)現(xiàn)問題之后，需要根據(jù)問題以及潛在安全隱患進行分析，采取有效的方法和技術(shù)手段來排除安全隱患。針對問題解決問題，針對安全隱患排除隱患，有效規(guī)避風力發(fā)電機組故障風向。另外，對于這種戶外工作的發(fā)電機組而言，不良天氣尤其需要加強檢測維護，根據(jù)預測的極端天氣開始前需要對風力發(fā)電機組進行一次全面臨時檢查，保證當前風力發(fā)電機組的狀態(tài)能夠很好應對不良天氣狀況，保證其正常運行。對于工作人員而言，還應該不斷的加強專業(yè)素養(yǎng)和技術(shù)水平，以滿足風力發(fā)電機組設備檢修的實際要求。

（二）優(yōu)化風能發(fā)電的輸電結(jié)構(gòu)

目前我國風力資源地區(qū)分布不均衡，必須加大對遠距離電力傳輸裝備和技術(shù)的研發(fā)力度。第一，要研發(fā)適合我國國情的遠距離電力傳輸裝備和技術(shù)，逐步解決我國不同地區(qū)風電資源分布平衡的問題；第二，要加大投資力度，全世界范圍內(nèi)引進優(yōu)秀人才，讓風力發(fā)電技術(shù)給風力資源匱乏地區(qū)帶去便利和經(jīng)濟效益，與此同時，讓環(huán)境欠發(fā)達地區(qū)享受風電資源帶來的益處。通過發(fā)電與用電地區(qū)的分配平衡，將風能的利用率加以提升，減少對于化石燃料的依賴，減低污染性氣體的排放，堅持走低碳環(huán)保路線，促進生態(tài)平衡。

（三）加強對于風力發(fā)電安全問題的把控

安全在任何時候都應處于最重要的地位，安全是風力發(fā)電技術(shù)的最根本要求，只有安全性能有保證的風力發(fā)電技術(shù)才有良好的發(fā)展前景。因此，我們必須加大對風力發(fā)電技術(shù)安全管理的力度。培養(yǎng)優(yōu)秀的管理人員，加強對于風力發(fā)電的安全把控，促進風力發(fā)電的安全性，杜絕可能存在的電力安全隱患，保證民眾的人身安全。加強對自動化監(jiān)管系統(tǒng)的研發(fā)，在人煙稀少的地區(qū)或是不易到達的地區(qū)，才能保證這些風力發(fā)電設施的安全性。

結(jié)語

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)與故障診斷技術(shù)對于保障風力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行發(fā)揮了重要作用，工作人員務必要依照相應規(guī)范進行機組安裝，強化安裝質(zhì)量驗收把控，并在日常加強對機組設備、部件的檢修維護，排除系統(tǒng)的故障隱患，借助獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行故障解決方案的運用，進一步提高風力發(fā)電機組的運行效能。