基于模型的風電機組變槳距系統(tǒng)故障預測的研究.pdf

1、隨著風電事業(yè)的迅猛發(fā)展，變槳距風機正在逐步取代定槳距風機，成為風電機組的主流機型。變槳距系統(tǒng)在風電機組中起著至關重要的作用，它根據(jù)風速的大小和功率的變化隨時對葉片的槳距角進行調節(jié)，從而最大化風能轉換、穩(wěn)定風電機組的功率；與此同時，變槳距系統(tǒng)的頻繁微調也加劇了它的磨損和老化，相對于風電機組的其它部件，變槳距系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性大大增加；而且，變槳距系統(tǒng)安裝在距離地面幾十米高的輪轂內，內部空間十分狹小，從而使得變槳距系統(tǒng)的維修、維護非常困難

2、，加大了人力、物力等的投入成本；更重要的是，若不能及時發(fā)現(xiàn)變槳距系統(tǒng)的故障并采取合理的措施進行處理，將有可能引發(fā)整個風力發(fā)電機組發(fā)生災難性的事故，故對其進行故障預測的研究對延長風機安全穩(wěn)定運行時間和減少風電場運行維修費用具有重要意義。
　　本文提出了基于模型的故障預測方法對風機的電動和液壓變槳距系統(tǒng)進行故障預測：（1）基于模型的風機電動變槳距系統(tǒng)故障預測。首先根據(jù)電動變槳距系統(tǒng)的控制過程及其結構建立了能反映其動態(tài)特性的數(shù)學模型，隨

3、之，建立了風機其它關鍵部件的數(shù)學模型以構成用于電動變槳距系統(tǒng)故障預測的閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學模型，并使之與實際風機系統(tǒng)并行運行，形成殘差；隨后采用殘差的均方根(RMS)作為殘差估計函數(shù)對殘差進行處理，提取故障特征，將由噪聲、擾動等因素引起的殘差變化的最大值作為故障預測的閾值，并考慮系統(tǒng)的延遲和誤警率，實現(xiàn)了電動變槳距機構的故障預測。（2）采用結合自適應閾值的基于模型的故障預測方法對風機液壓變槳距系統(tǒng)進行故障預測。液壓變槳距系統(tǒng)的工作原理完全不同

4、于電動變槳距系統(tǒng)，而且結構更為復雜。本文建立了能體現(xiàn)液壓變槳距系統(tǒng)實際動態(tài)特性的數(shù)學模型，并使之與根據(jù)故障建模理論建立的系統(tǒng)的故障模型并行運行，隨后采用自適應閾值對其進行故障預測。自適應閾值的采用減小了模型誤差及外界環(huán)境因素對風電機組液壓變槳距系統(tǒng)故障預測的干擾，提高了預測結果的準確性。
　　在MATLAB實驗平臺上，通過編程實現(xiàn)了以上算法，分別對電動變槳距系統(tǒng)、槳距角傳感器、電液比例方向閥和液壓缸的故障預測進行了仿真驗證，并取得