关键词：风力发电机组；状态监测；故障诊断技术研究
引言
风电并网后会引起一系列的挑战，人工智能是目前广泛使用的用来模拟、效仿人的大脑思维的一种技术学科。将这种技术应用在风电场并网中，可处理一些抽象的、非线性的结构化信息，如风电场中的故障诊断问题、齿轮箱故障诊断问题以及故障诊断中涉及的参数调优问题。
1风力发电机组状态监测和故障诊断的意义
风力发电能够缓解国内能源供应紧张的局面，改善能源结构，对于国家环境保护和电力工业的可持续发展具有重大意义。随着国内风力发电行业的快速发展，风力发电机组故障已成为一个不可忽视的问题。通过对风力发电机组的运行状态进行实时监测，能够及时发现机组运行过程中存在的故障隐患；通过提取机组故障信息并进行分析处理，能够诊断机组故障发生的原因并制定有效的处理措施。这对于提高风力发电机组运行可靠性，促进风力发电行业健康发展具有重大的现实意义。
2风力发电机组故障诊断的研究现状
就目前发展而言，风力发电机的维护系统使得风力发电机出现故障的隐患减小。此系统的应用有效延长了永磁直驱发电机的使用寿命，提高了永磁直驱发电机的可靠性和安全性。永磁直驱发电机维护系统能够有效维护发电机的正常运行，降低了永磁直驱发电机意外停机的风险，提高机组的运行效率，同时还能够降低永磁直驱发电机装备的维护成本。随着永磁直驱发电机的广泛使用，社会对永磁直驱发电机系统故障诊断技术给予巨大的关注。实时监控发电机设备故障并及时维护能够提高永磁直驱发电机的可靠性，降低机器的运行成本。令人可喜的是国外和其他研究人员对于如何减少永磁直驱发电机故障问题，对线圈中转子电流的谐波和搜索线圈电压的方法以及分析定子绕组的损坏作出了研究。对于永磁直驱发电机来说，常用的、有效的方法是定子电流的频谱分析，该分析方法对于监测和诊断电动机存在的缺陷有着很大的作用。电流的频谱分析被用来感应电动机绕组出现的故障、机械的不平衡以及定子缺陷的诊断和监测。许多专家在小波分析理论的基础上提出了双功率风力发电机定子绕组故障的分析方法。许多学者使用永磁直驱发电机时将动力转换成为连续小波变换。通过用频率大小除以分量的大小、机器的损伤程度和频率分布来识别风向和风力的等级。永磁直驱发电机的轴承降低了生产成本，减少了对振动传感器的损坏。
3风力发电机组状态监测和故障诊断技术
3.1热力参数分析
风力发电机组热力参数分析，即通过分析风力发电机组在运行过程中各项温度和湿度的变化，确定其运行状态。风力发电机组内的温度主要有：各大部件（如发电机、齿轮箱、发电机、运动电机、变流器等）的内部温度、机舱内温度、控制柜内温度、各项液压油/润滑油温度。而风力发电机组内的湿度主要有：机舱内湿度、控制柜内湿度等。通过对风力发电机组内的热力参数进行监控，能够有效监测机组的运行状态。同时根据热力参数的变化趋势和反馈结果，能够准确判断机组内产生故障的设备位置，能够为分析故障原因提供充分详实的依据。
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3.2故障诊断方法
故障诊断方法与故障发生的原因和概率有关。经验丰富的施工人员采用故障树分析方法对施工现场更加直观的进行分析和处理，但是，此方法误差大，准确度不高。油液分析是一种有效的故障诊断方法，通过监测油液中污染颗粒粉末的痕迹，定性和定量分析可以确定故障发生的位置和严重性，液油最主要的诊断方法。还可以采用红外监测和红外热成像的诊断方法，红外检测是最特殊的诊断方法，此方法可以通过绘成红外线图进行研究。组件的温度越高，电子元件过热，诊断结果受到影响，组件的温度降低，电子组件出现热缺陷，导致接触不良，影响诊断结果的正确性。通过分析压力、温度、电流和电阻等因素，推测出现故障的原因，是诊断电机故障的主要方法。X射线通过向被测设备发送特定信号，待测设备提供信号是X射线的主要运用原理。在机器上安装传感器和其他系统可以控制诊断发电机的性能。
3.3改进小波变换在信号特征提取中的应用
小波变换在分析信号时只能对低频段范围内的信号进一步分解。为了实现更加全面的信号分析结果，细化分析信号的高频段，克服小波变换只能进一步分解低频范围之内的信号这个固有缺陷，小波包在分析齿轮箱振动信号方面要比小波变换的处理结果更为细。实际应用中，采用小波包分析齿轮箱振动信号时，首要的是确定齿轮箱振动信号所具有的特性，进而确定小波包对齿轮箱振动信号所需的分解层数，由此在低频段或者高频段上获得所分析信号的有用分量。在分析风力发电机组齿轮箱振动信号的时候，小波包非常适用。
3.4风力发电机组可靠性分配方法选择推荐
风力发电机组是一个长寿命、复杂的机电一体大系统，由若干部件有机组成，每个部件要完成各自的规定功能，并与其他部件发生联系。在运行过程中既不允许设计寿命为25年的大型关键零部件出现故障，也不允许可维修（可更换）的部件故障频繁，影响风力发电机组的可利用率。由于风力发电机组的这种特殊性，可靠性指标的确定及分配不仅要考虑关键重要零部件，也必须考虑到其他不可维修系统。不可维修系统与可维修系统的可靠性特性差别较大，所以应当针对风电风力发电机组的不可维修系统和可维修系统分别进行可靠性分配。首先针对风力发电机组不可维修系统部件（如叶片、变桨回转轴承、轮毂、齿轮箱、主轴、轴承座等机械部件），先考虑该部件自身的可靠性特性及可靠性信息量少的实际情况，再考虑可靠性分配方法的适用及推广性，推荐这部分关重件采用以下可靠性分配方法，把可靠性指标可靠度Rs根据所建可靠性模型分配下去。
结语
面对这种情况，需要对风力发电机组进行实时、全面、系统的监测，同时采取多种分析诊断方法，及时发现并解决机组运行时的故障，避免造成巨大的经济损失。为了使风力发电机减少故障发生率，施工人员和维护人员采用了一种独特的故障诊断方法，这种方法不仅节省了设备的维护成本，而且还满足了现有金风的永磁直驱发电机的使用需求。作为管理维护发电机的工具，风力发电机的监测和故障诊断系统需要进一步改善，现场施工人员还应该创建综合风力发电场，减少工作人员的工作量。由于发电机的独特性，相应部门应当采用适当的措施对永磁直驱发电机实施维护和管理。
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论文作者:张艳生
论文发表刊物:《中国电业》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：永磁论文; 发电机论文; 齿轮箱论文; 方法论文; 故障论文; 风力发电机组论文; 故障诊断论文; 《中国电业》2019年11期论文;