摘要：风力发电机组由于运行环境及自身结构所限，与传统发电设备相比，故障产生概率较高，且故障产生原因复杂多样。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。基于此，本文主要分析了风力发电系统状态监测和故障诊断技术。
Abstract: because of the limitation of the operating environment and its own structure, wind turbine has a higher probability of failure than traditional power generation equipment, and the reasons for failure are complex and varied. In the face of this situation, it is necessary to carry out real-time, comprehensive and systematic monitoring of wind turbine, and at the same time adopt a variety of analytical and diagnostic methods to promptly detect and solve the failure of the unit during operation, so as to avoid causing huge economic losses. Based on this, this paper mainly analyzes the wind power system status monitoring and fault diagnosis technology.
关键词：风力发电机组；状态监测；故障诊断
引言
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。。
1 风力发电系统状态监测和故障诊断技术研究现状与发展趋势
1.1 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金风的永磁直驱发电机的使用寿命，提高了金风的永磁直驱发电机的可靠性和安全性。金风的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，降低了金风的永磁直驱发电机意外停机的风险，提高机组的运行效率，同时还能够降低金风的永磁直驱发电机装备的维护成本。随着金风的永磁直驱发电机的广泛使用，社会对金风的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金风的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金风的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。对于金风的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。 许多学者使用金风的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。金风的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。
1.2 存在的问题及发展趋势
随着时代的发展，科技不断进步，对金风的永磁直驱发电机的保护和维修取得进一步发展，为国家的发展和社会经济效益作出了贡献。基于金风的永磁直驱发电机故障的智能诊断系统的研究，特别是最近几年关于金风的永磁直驱发电机负荷增长的研究。信号分析技术等实际应用技术获得了进一步的发展，自动化测试技术同计算机科学技术的飞速发展为发电机的正常运行起着非常重要的作用。与此同时，发电机仍然存在以下几个方面的缺点：（1）功能不足。中国目前对金风的永磁直驱发电机的故障诊断比较侧重于风力发电的状态分析，故障诊断和状态监测尚未被考虑到。以现在的发展来看，需要开发集成系统来对金风的永磁直驱发电机实施监测、分析、诊断、管理以及合理的维护。（2）诊断方法的独特性。目前可利用的系统仅能检查错误信号的问题，还不能做到对设备其他因素的诊断，对于不同的设备也没有做出有效的改变。（3）资源浪费过高。现有的故障诊断系统和风力检测系统没能更好的结合起来。到目前为止，虽然资金投入量大，但是风力发电场的资源分配不足，维护成本太高。（4）实际设计的缺陷。金风的永磁直驱发电机的诊断系统大多没有经过现场测量，金风的永磁直驱发电机体型过大等实际设计的缺点突出[1]。
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2风力发电机组构成与状态监测技术
2.1 风力发电机组构成
风力发电机组主要由叶轮、变桨系统、传动机构、主控系统、变频系统、发电机组、机舱、偏航系统、塔架等结构组成，依靠风能带动叶轮转动，利用变桨距技术调整叶轮转速、提稳定性，进而传动至发电机处完成发电[2]。
2.2 状态监测技术
（1）性能参数检查
该方法主要用于监测风力发电机组在运行状态下的实际输出功率，将获取到的实际监测结果与机组正常输出功率进行对比，判断其性能参数是否超出阈值，以此判断风力发电系统有无故障问题。
（2）振动监测技术
振动监测技术用于监测发电机组运行过程中轴承、齿轮等构件与机舱系统的振动情况，利用传感器采集其振动信号，进而利用系统将采集到的信号与正常信号进行对比，倘若发现该信号存在异常情况，则系统将会自动发出报警信号进行提示。通常在使用振动监测技术时主要采用幅域统计分析法、等旋转角采集法等方法，配合运用FFI 分析法消除干扰，以此提高振动信息的精确性，相较于其他监测技术而言成本略高[3]。
（3）油液监测技术
油液质量对于风力发电机组的运行效能发挥着重要影响，采用油液监测技术进行油液质量、铁屑、油温、油滤压降的离线检查，以此获取到的监测数据可以直观反映系统部件的运行状况，定位具体故障。
3 风力发电机组故障诊断技术
3.1 故障诊断分析
对风力发电机组进行故障诊断时，要根据机组自身结构的复杂性和机组运行环境的特殊性，综合分析各种因素，提高故障诊断结果的准确性。风力发电机组运动部件多、结构复杂，故障诊断比较困难。因此需要更新传统诊断技术，积极应用新技术和新理念，准确诊断各种故障，为故障的解决提供依据。对于风力发电机组的故障诊断，需要准确掌握各类不同的故障现象，根据机组电力参数、振动、压力、形变、磨损、温度等性能特征进行综合分析，完成故障诊断[4]。
3.2 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。
3.3 振动分析
振动分析的应用原理是在机组内各大部件（如齿轮箱支架、发电机支架、主轴支架、机组机架）上安装振动传感器，这些传感器能够准确测量机组内各大部件的振动情况。通过对传感器反馈的振动信号进行处理和分析，能够快速、精准地判断机组内各部件的振动状态以及运行趋势，并以此分析振动来源和产生原因，判断机组运行是否出现故障[5]。
结束语
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。
参考文献:
[1] 张晓东，许宝杰，吴国新，等.风力发电机组早期故障诊断[J].现代制造工程，2015（3）：126-131.
[2] 王致杰，刘三明，孙霞.大型风力发电机组状态监测与智能故障诊断[M].上海：上海交通大学出版社，2013.
[3] 刘伟.风电机组传动系统维护与故障诊断[J].硅谷，2014（5）：104.
[4] 郭艳平. 面向风力发电机组齿轮箱滚动轴承故障诊断的理论与方法研究[D]. 浙江大学,2012.
[5] 傅雷. 面向状态监测和故障诊断的风力发电模拟技术及其应用研究[D]. 浙江大学,2018.
论文作者:李建威
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
标签：永磁论文; 发电机论文; 机组论文; 故障诊断论文; 风力发电机组论文; 故障论文; 金风论文; 《电力设备》2019年第16期论文;