風(fēng)能是一種世界公認(rèn)的可持續(xù)可再生清潔能源,幅員遼闊的中國(guó)風(fēng)能資源尤其豐富。我國(guó)風(fēng)能發(fā)展迅速,風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重在不斷增大,將在2020年實(shí)現(xiàn)15%的份額,成為繼火電、水電后的第三大能源。國(guó)內(nèi)風(fēng)電事業(yè)發(fā)展的同時(shí),風(fēng)電管理模式已由過(guò)去簡(jiǎn)單、非信息化的粗放式管理逐漸向集中、信息化系統(tǒng)管理模式轉(zhuǎn)變,從而大幅提高風(fēng)能利用效率、增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行安全水平。本文圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障特征提取與預(yù)警方法研究?jī)蓚�(gè)問(wèn)題展開了研究。首先,以風(fēng)電SCADA系統(tǒng)中提取的風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)為例,通過(guò)Relief算法分析風(fēng)速、功率、發(fā)電機(jī)溫度等監(jiān)測(cè)參量對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生異常的影響大小。選取各相關(guān)參量中影響發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)的較大相關(guān)權(quán)值的相關(guān)參量組成相關(guān)變量集。完成故障特征信息提取,并為文章最后提出的改進(jìn)加權(quán)主元分析算法提供合理權(quán)值。其次,根據(jù)歷史運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),構(gòu)造覆蓋發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行空間的數(shù)據(jù)矩陣,建立發(fā)電機(jī)故障預(yù)警主元模型。采用滑動(dòng)窗口算法進(jìn)行模型更新,將窗口滑動(dòng)步長(zhǎng)內(nèi)檢測(cè)為正常的數(shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)窗口,同時(shí)剔除滑動(dòng)窗口內(nèi)較早時(shí)刻數(shù)據(jù)來(lái)保證模型適應(yīng)性。利用主元類分析法建立故障預(yù)警模型,若發(fā)電機(jī)存在潛在性故障,平方預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)量發(fā)生明顯改變,并會(huì)連續(xù)超出控制限,故通過(guò)對(duì)平方預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)量的監(jiān)測(cè)能夠?qū)撛谛怨收线M(jìn)行預(yù)警。最后,本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)主元算法、傳統(tǒng)自適應(yīng)主元算法、滑動(dòng)窗口核主元分析算法和基于數(shù)據(jù)塊的滑窗核主元算法分別建立風(fēng)機(jī)故障預(yù)警模型,對(duì)比故障檢測(cè)結(jié)果,驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)算法能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)早期故障,實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的故障預(yù)警。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

圖 1-1 2005-2015 新增、累計(jì)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì).1.2 故障診斷發(fā)展現(xiàn)狀由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，所以狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障系統(tǒng)要求能夠全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)能夠預(yù)測(cè)風(fēng)電機(jī)組未來(lái)的運(yùn)行狀況，有效避免故障發(fā)生。國(guó)外對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)研究起步較早，相應(yīng)的技較為成熟。人工智能[6,7]、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[8-10]、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等智能算法已較為成熟。針對(duì)比較容易發(fā)生故障的發(fā)電機(jī)、齒輪箱等部件國(guó)外已經(jīng)展開了深入的研究，在這個(gè)過(guò)程中積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并不斷改進(jìn)和優(yōu)化診斷。如今無(wú)論是在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)上還是在診斷算法上，都已具備很高的水平斷成熟。如 TavnerEJ 與 PenmanJ 對(duì)發(fā)電機(jī)的振動(dòng)類故障進(jìn)行了研究[11]，釆測(cè)發(fā)電機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)（如電壓、電流等），確定故障的類型、發(fā)生部位、程度及其發(fā)展趨勢(shì)。以國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為單位的有較早的美國(guó) IFD (Incipilure Detection) 技術(shù)、瑞典 SKF 利用風(fēng)輪離心力來(lái)控制系統(tǒng)；西班牙運(yùn)營(yíng)

圖 2-1 風(fēng)電機(jī)組工作原理圖由圖 2-1 可知風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由動(dòng)力機(jī)動(dòng)，將風(fēng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技日常生有廣泛的用途。它的構(gòu)造原理為：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成相互進(jìn)行電應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。由于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體運(yùn)行效率，同時(shí)關(guān)乎供電質(zhì)量，因此，有必要研究障診斷技術(shù)。.1.1 發(fā)電機(jī)基本類型發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置[21]。風(fēng)力發(fā)電系，在風(fēng)力機(jī)的拖動(dòng)下，發(fā)電機(jī)中的線圈繞組切割磁力線，則在線圈繞組上有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。無(wú)論是哪種類型的發(fā)電機(jī)，基本組成部分都是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圈和產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極或者線圈。其中，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，定子為不動(dòng)的部分面介紹四種劃分發(fā)電機(jī)種類的方式[22]。（1）根據(jù)輸出電流形式，分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。

（2）根據(jù)磁極產(chǎn)生方式，分為永磁式發(fā)電機(jī)和電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)。永磁式發(fā)電機(jī)是利用永久性磁鐵在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)永久性磁場(chǎng)，提供機(jī)需要的勵(lì)磁磁通。而電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)則借助在勵(lì)磁線圈內(nèi)流過(guò)的電流產(chǎn)生，用來(lái)提供發(fā)電機(jī)所需要的勵(lì)磁磁通。后者優(yōu)于前者的地方是可以通過(guò)改變電流來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通。（3）按照電樞繞組和磁極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，分為旋轉(zhuǎn)磁極和旋轉(zhuǎn)電樞兩旋轉(zhuǎn)磁極式又被稱為轉(zhuǎn)磁式和轉(zhuǎn)場(chǎng)式，這種方式為發(fā)電機(jī)的電樞繞組在定不動(dòng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極或勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。利用旋轉(zhuǎn)極在電樞中做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終在電樞繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；旋轉(zhuǎn)電樞式也稱式，磁極在定子上固定不動(dòng)，發(fā)電機(jī)的電樞繞組隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁力線，感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。（4）按照與連接電網(wǎng)的頻率是否相同，分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩同步發(fā)電機(jī)也被稱為交流發(fā)電機(jī)，運(yùn)行頻率與其所連接的電網(wǎng)的頻率完全。異步發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)方便，便于自動(dòng)控制，成本低、運(yùn)行可靠、維修且運(yùn)行效率較高，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)一般采用異步發(fā)電機(jī)。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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