(一)风力发电机组的工作状态
风力发电机组总是工作在如下状态之一：①运行状态；②暂停状态；③停机状态；④紧急停机状态。每种工作状态可看作风力发电机组的一个活动层次，运行状态处在最高层次，紧停状态处在最低层次。
为了能够清楚地了解机组在各种状态条件下控制系统是如何反应的，必须对每种工作状态做出精确的定义。这样，控制软件就可以根据机组所处的状态，按设定的控制策略对调向系统、液压系统、变桨距系统、制动系统、晶闸管等进行操作，实现状态之间的转换。
以下给出了四种工作状态的主要特征及其简要说明。
(1)运行状态：
1)机械刹车松开；
2)允许机组并网发电；
3)机组自动调向；
4)液压系统保持工作压力；
5)叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态。
(2)暂停状态：
1)机械刹车松开；
2)液压泵保持工作压力；
3)自动调向保持工作状态；
4)叶尖阻尼板回收或变距系统调整桨叶节距角向90°方向；
5)风力发电机组空转。
这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目的是要求机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。
(3)停机状态
1)机械刹车松开
2)液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变距系统失去压力而实现机械旁路；
3)液压系统保持工作压力；
4)调向系统停止工作。
(4)紧急停机状态：
1)机械刹车与气动刹车同时动作；
2)紧急电路(安全链)开启；
3)计算机所有输出信号无效；
4)计算机仍在运行和测量所有输入信号。
当紧停电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。
变速变桨距风力发电机组控制策略改进与仿真 刘 军,何玉林,李 俊,黄 文 (重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆市400030) 摘要:在分析变速变桨距风力发电机组基本控制策略的基础上,提出一种扩大过渡区的改进控制策略,用来消除额定功率运行点附近切换造成的功率波动及突变载荷等不利影响。依据改进的控制策略设计了3个控制器平滑过渡方案,实现对该策略的最佳跟踪。运用MAT LAB 仿真平台模拟了改进控制策略下的风力发电机组运行特性,结果表明了改进控制策略的正确性及控制器设计的有效性。 关键词:风力发电机组;变速变桨距;控制策略;扩大过渡区;平滑控制 收稿日期:2010 06 23;修回日期:2010 10 09。重庆市科技攻关重点项目(CST C2007A A3027)。 0 引言 风力发电机组的控制技术由原来单一的定桨距失速控制转向变桨距变速控制,目的是为了防止风能转换系统承受的载荷过重,从风场中最大限度地捕获能量以及为电网提供质量较好的电能。然而,风力发电机组作为一种复杂的、多变量、强耦合、非线性的系统,要想减小风力机载荷以延长其使用寿命,抑制功率波动以降低对电网的不利影响,控制策略的选取及控制器的设计至关重要[1 6]。 本文通过对变速变桨距风力发电机组基本控制策略的分析,针对过渡区运行过程中出现的功率波动大及突变载荷强等情况,提出一种改进的控制策略来减缓此种影响。为最佳跟踪改进的控制策略,设计了3个控制器以实现3个运行区间的平滑过渡。同时应用M ATLAB 仿真平台对变速变桨距风力发电机组运行特性进行了仿真,结果表明了所提出方案的合理性和可行性。 1 基本的变速变桨距控制策略 如图1所示,在转速 转矩平面图中,曲线A BC 描述了变速变桨距风力发电机组的基本控制策略。在低风速区,风电机组从切入风速为V in 的A 点到风速为V N 的B 点,沿着C pmax 曲线轨迹运行,此区间称为恒C p 运行区。由于在B 点发电机转速达到了其上限值 N ,当风速从V N 上升到V N 时,转速将恒定在 N ,提升发电机转矩使风电机组达到其额定功率,在图1中为BC 段,也称为恒转速区或过渡区。当风速超过额定风速V N 时,变桨距系统将开 始工作,通过改变桨距角保持功率的恒定,风电机组将持续运行在C 点,直到风速超过切出风速V out ,此区间称为恒功率区,而此区间内桨距角控制方式采用统一桨距控制,它是指风力机所有桨距角均同时 改变相同的角度[7 8] 。在此需要注意的是:若最大功率P N 曲线与C pmax 曲线的相交点在额定转速极限值左侧,就会造成风电机组在未达到额定转速时,已进入失速状态,相应的A B 区间将被缩小,这时就需 对整个风电机组额定点进行重新选取。 图1 变速变桨距风力发电机组控制策略Fig.1 C ontrol strategy of the variable speed pitch controlled wind turbine driven generator system 从图1可以看出,3个区间工作点的划分非常明显,而控制器的设计与工作点的选取有着必然的联系,因此,基本的变速变桨距风电机组通常会设计2个独立的控制器,一个用来跟踪参考速度,另一个用来跟踪额定功率。由于2个控制器都有各自的控制目标,在运行过程中相互独立,然而在工作点附近,2个控制器又相互制约,这种制约就会导致风电机组在C 点控制系统的调节能力下降,在突遇阵风 82 第35卷 第5期2011年3月10日Vo l.35 N o.5M ar.10,2011
风力发电并网技术及电能质量控制策略 发表时间：2018-08-20T17:02:21.880Z 来源：《红地产》2017年8月作者：熊毅 [导读] 随着我国科学技术的发展，社会的进步，加上矿物资源越来越贫乏， 随着风力发电技术的不断发展，已经从过去的小型风力发电机独立运行发展为大型发电机组并网运行，也就是常说的风力发电场并网运行。采用这种运行方式以后，不但提高了对风力的利用率，还在电能供给方面做出了卓越的成绩。在电能的质量控制面，因为风力发电并网技术的实行，使电能质量控制达到了良的效果，从而在根本上改变了人们的用电状况，为人们的工作和生活增添了一份助力。 1 风力发电的原理和技术 空旷的原野和辽阔的海面是风能的优质资源，风力发电是利用大自然中的空气以一定速度流动所产生的风能驱动风车的叶片旋转，将此旋转运动在增速机中转速提升，在由此产生的力矩带动下，发电机组中的导体通过切割磁力线产生感应电动势，外接闭合回路在导体中会有电流产生，实现风能向电能的转换。依据目前的风车技术，只要风速大于 3 米 / 秒便可以产生电能，实现发电目的。 风力发电机一般有风轮、偏航装置、发电机组、塔架、限速安全机构和储能用蓄电池等部件构成。风轮是由，个或、个叶片组成的集风装置，它的作用是采集风的动能转变为风轮旋转的机械能。风轮后面的调向器也叫尾舵，它的功能是控制风轮的迎风方向，使风轮随时面对风向，最大限度地获取风能。限速安全机构的作用是对风轮的转速予以一定的限制，使之在规定的范围内保持相对稳定，起到保证风力发电机限速平稳运行的作用。塔架则是机组的承载和风轮的支撑机构。 由于自然界的风速极不稳定，其很强的随机性和间歇性致使风力发电机的输出功率也极不稳定，高峰和低谷落差甚大，所以，风力发电机发出的电能不能直接用在电负载上，而是先用铅酸蓄电池储存起来，以保持风力发电系统持续稳定的供电运行状态。 2 风力发电并网技术 风电并网技术，是发电机输出电压，在频率、幅值和相位以上及电网系统电压是一致的。而随着风电机组容量的逐渐增大，风电电力并网的时候对电网的冲击也随之增大，因此选择科学的风电并网技术是十分必要的。 2.1 同步风力发电机组并网技术 同步发电机在运行的过程当中，一方面要输出有功功率，而另一方面则需提供无功功率，此外还需周波稳定及质量高，所以被广泛采用。然而怎么将这项技术与风电机组的并网结合起来也是一个问题，通常因风速不稳定等因素造成了转子转矩的不稳定，在并网的时候调速的性能不能达到精度要求，若不采取有效的控制，就会出现无功振荡或失步的问题。特别是重载情况，结果可能会更加的严重。但是近些年，随着科学技术不断提高，新型的电力电子技术能够在一定的程度上处理好这个问题，例如说一些变频装置。所以同步风力发电机组并网技术应当给予足够重视。 2.2 异步风力发电机组并网技术 与同步风电机组并网技术不同，异步风电机运行的过程当中，其主要凭借转差率调整负荷，因此调速的精度要求较低，也不需要同步设备与整步操作，只需要在其转速接近同步转速的时候，就能够轻松的并网。风电机组配用异步发电机，优点就在这项技术控制装置相对较为简单，在并网之后无振荡与失步问题，并且运行稳定及可靠。而缺点是直接并网可能会造成大冲击电流出现，降低电压，从而对系统运行的安全造成一定影响，系统的本身没有无功功率，其需要进行无功补偿。若不稳定系统频率太低的话，就会使电流剧增及电压过载。因此，对异步风电机组要进行严格的监视，并采取有效的措施，才能够保证发电机组的安全运行。 3 电能质量控制策略 3.1 改善电能质量 电能质量就是电力系统中电能的质量，理想的电能应该是美对称的正弦波，但有些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。很多城市的电能质量较低，对人们的生活和工作产生了很大的影响，因此必须改善电能质量。主要方法为：首先可以改善电功率因数，使无功就地平衡，但要注意的是，一定要合理选择供电半径。其次要合理选择供电系统线路的导线截面，但要注意合理配置变电与配电设备，防止其过负荷运行。第三要适当设置调压措施，例如串联补偿、变压器加装有载调压装置、装同期调试相机或者静电电容器等。以上三种措施，在实际的用中对电能质量的改善具有良好的效果，可以大力推广。同时，我们要注意及时对百姓的用电情况进行调查，找出不足之处，以便于对电能质量及时进行改善。 3.2 提高电能质量 电能质量的高低影响着人们的日常生活和工作，因此在改善电能质量的基础上，必须有所提高。很多城市的电能质量虽然得了改善，但还是没有办法满足人们的需求，因此，提高电能质量成为了人们的迫切要求，对于科研人员来说也是一项重要的任务。要想提高电能质量，首先要找出供电电压超过允许偏差的原因，经过大量的调查和研究，我们发现原因主要有三点，一是冲击性负荷、非对称性负荷的影响；二是调压措施缺乏或使用不当；三是线路过负荷运行。根据上述三点原因，使用风力发电并网技术可以有效的提高电能质量，不仅节省了运营成本，而且对风能的利用率也提高了不少。 4 结束语 综上所述，研究风力发电并网技术及电能质量控制策略对确保电网电能质量具有重要的作用。因此要进一步提高风力发电并、网技术及电能质量控制策略，这样才能促进整个电力系统的稳定运行。 参考文献： [1] 常耀华 . 对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论 [J]. 电子制作 ,2014(01):266. [2] 齐洁 , 常耀华 . 对风力发电并网技术与其电能质量控制策略浅论 [J]. 企业研究 ,2014(02):153. [3] 魏巍 , 关乃夫 , 徐冰 . 风力发电并网技术及电能质量控制 [J]. 吉林电力 ,2014,42(05):24-26. [4] 樊裕博 . 风力发电并网技术及电能质量控制策略 [J].科技传播 ,2015,7(21):43-44. [5] 邹金运 . 风力发电并网技术及电能质量控制策略 [J].黑龙江科技信息 ,2015(35):88. [6] 谢鹏 . 风力发电并网技术与电能质量控制 [J]. 科技创新导报 ,2016,13(13):41+70. [7] 路立仁 . 浅析风力发电并网技术及电能控制策略 [J].科技与创新 ,2016(17):134. [8] 张国新 . 风力发电并网技术及电能质量控制策略 [J].电力自动化设备 ,2009,29(06):130-133.
1,风力发电机按叶片分类。 按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。 （1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。适合于大型风力发电厂。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。 （2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。 凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。所以绝大多数风扇都是三片叶的。三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。降低维修成本。 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 2,按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列。 （1）小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。 （2）中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。 （3）大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。 （4）兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。 3,按功率调节方式分类。可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和 独立变桨型风力发电机。 （1）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。
茂名职业技术学院 毕业设计 题目：风力发电组轴承的常见失效形式及故障分析系别：机电信息系专业：机械制造与自动化班别：13机械一班姓名：何进生指导老师：张浩川日期：2015年7月1日至2016年5月1日
内容摘要 随着全球经济的发展和人口的增长，人类正面临着能源利用和环境保护两方面的压力，能源问题和环境污染日益突出。风能作为一种蕴藏量丰富的自然资源，因其使用便捷、可再生、成本低、无污染等特点，在世界范围内得到了较为广泛的使用和迅速发展。风力发电己成为世界各国更加重视和重点开发的能源之一。随着大型风力发电机组装机容量的增加，其系统结构也日趋复杂，当机组发生故障时，不仅会造成停电，而且会产生严重的安全事故，造成巨大的经济损失。 本论文先探讨了课题的实际意义以及风力发电机常见的故障模式，在这个基础上对齿轮箱故障这种常见故障做了详尽的阐述，包括引起故障的原因、如何识别和如何改进设计。通过对常见故障的分析，给风力发电厂技术维护提供故障诊断帮助，同时也给风电设备制造和安装部门提供理论研究依据。 关键词 风力发电机;故障模式;齿轮箱;故障诊断
Common Faults And Their Analysis Of The Wind Turbine Abstract With the global economic development and population growth, humanity is facing with the pressure from two sides of the energy use and environmental protection, the energy problem and environmental pollution has become an increasingly prominent issue. Wind power as a abundant reserves of natural resources, because of its convenient use, renewable, low cost, no pollution, has been more widely used and rapid development in the world. Wind power has been taken as one of the priority development energy sources in the world．The increase of wind power capacity and complicated system structure will not only cause power outage，but also raise serious accidents when the set is at fault． In the beginning, the dissertation introduces the practical significance of project and the common failure mode of wind turbines, then researches and describes the failure of gearbox in detail, including the cause of failure, how to identify and how to improve the design. Based on the analysis of common failures, not only provide assistance for fault diagnosis to the technical
风力发电机组常见故障及诊断方法卢志海 摘要：近几年来，能源需求不断增加，不可再生能源逐渐减少，无污染、可再 生能源受到各个国家的高度重视。风力发电机组的开发与应用，能够提供清洁能源，减少能源应用给环境造成的破坏。然而，因风力发电机组配套设施的缺乏、 运行管理措施不完善等问题，增加了安全隐患的存在。现就风力发电机组运行安 全进行分析，提出了一种新型风力联合发电系统及安全运行控制有效措施。 关键词：风力发电；机组；控制措施；运行安全 引言 随着环境污染问题的日益突出，同时为了克服能源危机，风能作为一种绿色 可再生能源越来越受到世界各国的重视，风力发电机组(简称风电机组)作为将风 能转化为电能的关键装备得到了迅猛的发展。风电机组通常坐落于偏僻的、交通 不便的、环境恶劣的远郊地区以及沿海或近海区域，且机舱一般安装在离地面几 十米甚至上百米的高空，因此风电机组日常运行状态检测困难，维护成本昂贵。 风电机组在工作过程中，转子叶片的转速随风速的变化而变化，当阵风来袭或风 作用在不同叶片上的力不平衡时，叶片会受到复杂交变的冲击载荷，这些载荷通 过主轴传递到风电机组的其他关键零部件，如轴承、齿轮箱、发电机等，会对风 电机组的运行可靠性造成极大的影响。 一、风力发电机组的运行安全分析 风机借助主动对风方式，保证叶轮长期处于迎风状态，将风能转化成机械能，由驱动发电机转化机械能为电能，最终实现电网电能输送，这是风力发电机组工 作的主要原理。风力发电机组需要在野外长期运行，工作条件极其恶劣，人为无 法控制自然界风能，导致风力发电机组承受不同类型复杂载荷，一旦外界条件发 生变化，给风力发电机组运行安全造成严重威胁。 风力发电机组作为一个全天性自动运行设备，在运行期间能够实现自我控制，且与状态检测、自动运行及无人值守需求相符。从现阶段风力发电机组控制系统 来看，其核心是可编程控制器，控制器、传感器、PLC及其他执行机构共同构成 了控制系统。传感信号充分反映风力发电机组运行状态，一旦某项指标出现变化，在PLC的处理下，控制器将发出指令以对各项进行控制。由此可见，风力发电机 组控制系统与运行安全有着密切联系。实现风力发电机组运行安全的方式，不仅 可以借助风力发电机组控制系统，还可以在常规运行系统中设置安全链保护系统，这种系统主要运用单回路结构。机组出现过速、电网异常、极限风速、变桨超限 等故障时，回路能够自动断开，这样能够确保风力发电机组运行安全。 二、风电机组的故障特点 当风力发电机组发生故障时，风电机组的参数较正常状态运行时发生一定的 变化，这些参数的变化也是机组发生故障的体现，即风电机组的故障表征。从目 前研究结果来看，在故障条件下，对不同控制策略下风力发电机组故障表征对比 尚处于空白，具体分析如下： （１）定子铁芯故障 定子铁芯故障有定子铁芯松动和短路两种情况，松动是由于定子铁巧安装过 程中压装不紧或其紧固件松脱发生，短路是在非正确装配、轴承磨损或转轴弯曲 或非平衡磁拉力的作用下，定转子摩擦使得铁芯齿顶部分地方绝缘磨掉而导致片 间相连形成短路。铁芯松动的信号特征是电磁振动和噪声増大量非常多，频谱图 中会出现基本频率。
风力发电机及风力发电控制技术综述 摘要：本文分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，风力发 电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。 关键词：风力发电机电力系统控制技术 Overview of Wind Power Generators and the Control Technologies SU Chen-chen Abstract:This paper analyzes the advantages and disadvantages of the various wind turbine control technology of wind power, wind power generation system, and finally prospected the future control of wind turbines and wind power technology. 1 引言 在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。德国、西班牙、丹麦、美国等欧美国家在风力发电理论与技术研发方面起步较早，因而目前处于世界领先地位。与风电发达国家相比，中国在风力发电机制造技术和风力发电控制技术方面存在较大差距，目前国内只掌握了定桨距风机的制造技术和刚刚投入应用的兆瓦级永磁直驱同步发电机技术，在风机的大型化、变桨距控制、主动失速控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待进一步研究和应用[1]。发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点，控制技术是风力机安全高效运行的关键，因此研制适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制且供电性能良好的发电机系统和先进的控制技术是风力发电推广应用的关键。本文分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，风力发电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。 2 风力发电机 2.1 风电机组控制系统概述 图1为风电机组控制系统示意图。系统本体由“空气动力学系统”、“发电机系统”、“变流系统”及其附属结构组成; 电控系统(总体控制)由“变桨控制”、“偏航控制”、“变流控制”等主模块组成(此外还有“通讯、监控、健康管理”等辅助模块)。各种控制及测量信号在机组本体系统与电控系统之间交互。“变桨控制系统”负责空气动力系统的“桨距”控制，其成本一般不超过整个机组价格5%，但对最大化风能转换、功率稳定输出及机组安全保护至关重要，因此是风机控制系统研究重点之一。“偏航控制系统”负责风轮自动对风及机舱自动解缆，一般分主动和被动两种偏航模式，而大型风电机组多采用主动偏航模式。“变 流控制系统”通常与变桨距系统配合运行，通过双向变流器对发电机进行矢量或直接转矩控制，独立调节有功功率和无功功率，实现变速恒频运行和最大(额定)功率控制。
大型风力发电机组故障诊断综述 发表时间：2018-05-22T10:02:18.487Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：李育波[导读] 摘要：近年来随着经济的不断发展，大型风力发电机组故障诊断的要求越来越高。国投白银风电有限公司甘肃兰州 730070 摘要：近年来随着经济的不断发展，大型风力发电机组故障诊断的要求越来越高。本文通过分析大型风力发电机组故障诊断方法，探讨及分析了风电机组故障诊断未来的发展方向。关键词：大型风力发电机组故障诊断引言：近年来，作为绿色、可再生能源的风能已成为解决能源污染问题必不可少的重要力量，截至2015年底，全球风电总装机容量已达427.4GW，其中陆上风电装机市场，中国仍居榜首。风力发电迅速发展带来巨大市场机遇的同时，也带来了巨大挑战。一方面，风电机组的工作条件十分恶劣，长期暴露在风速突变、沙尘、降雨、积雪等环境下，造成了风电机组故障频发。 1风电机组定性故障诊断方法和内容基于定性经验的风电机组故障诊断是一种利用不完备先验知识描述系统功能结构，并建立定性模型实现故障诊断过程的方法。大型风力发电机组故障诊断主要包括了2个方面，一个是风电机组定性故障诊断方法，另一种是风电机组定量诊断方法，这两种方法相辅相成。基于定性经验的风电机组故障诊断是一种利用不完备先验知识描述系统功能结构，并建立定性模型实现故障诊断过程的方法。基于ES风电机组故障诊断方法的基本思想是：运用专家在风力发电领域内积累的有效经验和专门知识建立知识库，并通过计算机模拟专家思维过程，对信息知识进行推理和决策以得到诊断结果。 1.1故障树分析法 FTA 是以故障树逻辑图为基础的一种演绎分析方法，20世纪60年代由美国贝尔实验室提出，既可以用作定性分析又可以用于定量分析。该方法以图形化为表达方式，从故障状态出发，逐级对故障模式和故障部件进行分析推理以确定故障原因和故障发生概率。其中，风电机组故障诊断大多是将其作为定性诊断方法进行分析。为获得清晰、形象地故障原因和宝贵的专家经验，并提供专家级的解决方案，文献结合FTA技术与专家系统应用于风电机组齿轮箱故障诊断中，结果表明该方法对专家库的依赖程度过大。提出了基于FTA的风电机组传动链故障诊断方法，采用框架结构的混合知识表达方式，建立了基于故障树的智能诊断系统。 1.2符号有向图（SDG）方法符号有向图SDG是基于定性经验或基本定律的一种故障诊断技术。可实现正、反向推理，在缺乏知识的详细过程背景下，能够捕捉有效信息并结合相关搜寻策略准确、快速地检测和定位故障。风电机组故障部件的检修顺序对降低风场运营成本起着举足轻重的作用，根据风电机组各部件的相互作用机理，建立了SDG故障诊断模型，并采用关联算法安排检修顺序，但文中仅仅针对控制回路较少的情况展开研究。结合SDG和模糊逻辑方法应用于风电机组故障诊断中，并采用了层次分析法设计故障诊断系统，有效地抑制了分辨率低等问题。基于SDG的风电机组故障诊断不要求完备的定量描述，能充分利用系统结构和正常运行条件下的不完全信息，但系统复杂程度的增加将导致SDG支路数和节点数之间复杂关系的增加，造成故障诊断的实时性和精准度较差。因此，该方法较少应用在风电机组故障诊断中。 2风电机组定量故障诊断方法 2.1基于解析模型的方法基于解析模型的故障诊断适用于观测对象传感器数量充足且具备精确数学模型的系统，通过与已知模型进行分析对比从而达到故障识别的目的，主要包括参数估计法、状态估计法等。文献建立了三叶片水平轴风电机组基准模型，采用 5种不同的故障监测与隔离方案评估了7种不同的测试系列，取得了较为满意的结果，但是基准模型的简单化不能体现风电机组的复杂功能。文献在考虑未知执行器增益和延迟两种情况下，提出了基于离散时间卡尔曼滤波器和交互多模型估计器的风电机组转换器故障诊断方法。以三叶片水平轴风电机组为研究对象，利用改进未知输入观测器方法进行故障识别，实现了干扰解耦和噪声降低的效果，提高了诊断精度，但该方法的自适应能力不强。 2.2基于数据驱动的方法基于数据驱动的诊断方法包含2种方式1分析处理监测信号以提取故障特征；2直接利用大量相关数据进行推理分析并得到诊断结果，主要包括信号处理法、人工智能定量法与统计分析法，是目前风电机组故障诊断所采用的主流方法。 3风力发电故障诊断系统为提高风场经济效益，改善运维现状，越来越多的机构致力于研发风电机组在线故障诊断系统，已经取得了许多卓有成效的成就，主要针对风电机组的关键部件，包括机舱、基础、塔架、叶片、齿轮箱等。数据采集与监控系统是目前较为成熟的商业软件之一，除了通过分析收集到的数据预测轴承和其他机械等最基本的故障以外，该系统还具有控制发电应用数据的作用。为提高风电机组故障预测精度，产生了许多结合SCADA数据进行状态监测的系统。其中通用电气的风电状态监测系统采用傅里叶频域和加速度包络分析机组运行信息，并对主轴承、发电机、机舱、齿轮箱等关键部件进行故障诊断，达到了每年每台风电机组节省 3000 美元的效果。Mita-Teknik的状态监测系统使用傅里叶振幅谱、傅里叶包络谱、峭度值分析等方法分析振动信号以判定主轴承、发电机、齿轮箱等部件的故障，大大地提高了机组的运行效率。为配合管理人员、操作人员和维修工程师的工作任务，斯凯孚的 3.0状态监测系统采用傅里叶频域分析、时域分析和包络分析等方法确定风电机组的故障类型，但该系统对风电机组主传动链的监测不太全面。相对国外而言，国内风力发电监测技术比较落后且故障自诊断技术较为不成熟，导致目前该系统以状态监测为主，并辅以专家远程人工分析，实现机组的故障诊断及其定位。主要有东北大学、华中科技大学的“风力发电在线监测和故障诊断系统”，以及金风科技公司的“风电机组在线监测系统”和唐智科技的风电机组在线故障诊断系统”等。 4结束语：随着大功率风电机组的快速发展和并网运行，对其运行可靠性与系统稳定性提出了更高的要求，必将促进风电机组状态监测、故障诊断和智能维护技术的进一步发展。任何一种单独技术或绝对方法都无法解决风电机组所有故障诊断问题，因此，采取多种技术方法相结合，取长补短实现风电机组的故障诊断将逐步成为未来的研究热点。参考文献：
风力发电机偏航系统控制策略研究 摘要：风能作为一种可再生的清洁能源，是人与自然和谐共处，实现社会与经 济可持续发展的新能源。风向是在不断变化，水平轴的风力发电组就需要不断利 用偏航系统来进行方向的调整，通过风能最大限度的利用，就能够满足实际的需求。因此，本文就风力发电机偏航系统的控制策略进行探讨。 关键词：风力发电机；偏航系统控制策略 1研究现状综述 纵观整个风电技术的发展历程及其现阶段所呈现出的发展趋势，现代大型风 力发电机组的单机容量不断增大，原来适用于中小型风机的风速、风载等分析模 型在大型化的风机应用中逐渐显现出不适性，巨大的风轮扫略平面内风速的空间 分布差异变得很大，长长的叶片在旋转过程中所处的方位不同，所处的风况也不 尽相同。现有的风速建模研究文献多倾向于简化风速模型或未深入考虑风速的空 间分布对机组运行的影响。由于风轮扫略面积成倍增大，偏航误差造成的叶片动 力学特性及机组的偏航力矩、倾斜力矩等载荷波动也会被成倍放大，对于中小型 风机能够容许的偏航误差对于大型风机则未必适用，而偏航容许误差的调整可能 会很大程度上影响偏航控制算法。现有的文献大多局限于研究偏航误差对偏航控 制和气动性能的影响以及如何针对性的进行优化提高，而频繁偏航造成的偏航硬 件设备的耗损和高故障率很少被关注，在偏航误差对风电机组并网运行特性的影 响方面以及基于偏航系统可靠性的偏航控制策略优化设计更是少有研究成果问世。 2风力发电机偏航控制系统分析 2.1风力机组 风力发电机是直接将风能转化为机械功，然后利用机械功实现对转子的带动 旋转，最终输出交流电。在转换能量的时候，基于风力机将风能直接转变为机械能，然后将机械能转换成为电能，这样就可以满足实际的转换，让风力机组可以 满足其实际的应用目标偏航系统结构。基于大型水平轴风电机组，其包含的部分 主要是针对偏航轴承、驱动装置、计数器等。 2.2偏航系统功能 偏航控制系统也属于对风装置，其包含的具体功能在于：配合机组控制系统，放出现风速矢量方向改变的时候，利用偏航控制系统的处理，就可以实现风向平 稳而快速的对准，并且也可以满足风轮最大风能的实现；针对风机电缆而言，还 需要考虑到单向缠绕偏多从而引发电缆出现断裂现象。一旦电缆缠绕，就能适应 自动解缆处理的需求，进而实现风机的运行安全性，其实际的控制流程见图1。 2.3风速和风向 风是地球上的一种自然现象，由太阳辐射热引起。太阳照射到地球表面，地 表各处因受热不均产生温差，从而引起大气对流运动形成风。自然风有大小也有 方向，通常用风速或风力描述风的大小、用风向描述风的方向。气象上把风吹来 的方向称为风向。风向的度量有多种方法：在陆上多采用16方位度量法；在海 上多采用36方位度量法；而在高空则多用角度表示，将圆周标成360°，北风(N) 对应0°(或360°)，东风(E)对应90°，南风(S)对应180°，西风(W)对应270°，其它细分风向可由此计算得出，风的大小也称风的强度常用风力或风速表示。 2.4偏航误差 当风向发生变化或机组偏航对风不准时，风向与风轮轴线就会偏差一定角度，
大型风力发电机组远程故障诊断系统 南京协宏软件技术有限公司 2015年01月
目录 1系统概述 (4) 1.1系统名称 (4) 1.2风电背景 (4) 2编制依据及系统概述 (4) 2.1系统概述 (5) 2.2技术基础 (5) 2.3项目技术特点 (5) 2.4设计制造的行业技术标准 (6) 3系统结构与特点 (7) 3.1系统结构总图 (7) 3.2系统测点配置 (7) 3.3系统硬件特点 (8) 3.3.1数据采集监测站Drivetrain DAU (8) 3.3.2数据服务器 (9) 3.3.3传感器 (9) 3.4系统实时监测功能 (10) 3.4.1实时监测 (10) 3.4.1总貌图描述 (12) 3.4.2棒图描述 (13) 3.4.3波形频谱图描述 (13) 3.4.4趋势跟踪图描述 (14) 3.5分析诊断功能 (15) 3.6数据管理功能 (20) 3.6.1数据记录的存储策略 (20)
3.6.2事故追忆功能 (20) 3.6.3数据传输的可靠性策略 (20) 3.6.4数据记录稀疏策略 (21) 3.6.5数据备份方法 (21) 3.6.6用户数据检索功能 (21) 4远程监测与诊断中心 (22) 4.1远程监测中心系统结构图 (22) 4.2系统硬件特点 (22)
1系统概述 1.1系统名称 大型风力发电机组远程故障诊断系统 1.2风电背景 近十年来，风力发电在全世界范围内得到了持续高速发展，为应对全球气候变化作出了重要贡献。风能作为一种清洁的可再生能源已成为低碳经济的重要标志之一。我国在大规模的风能利用方面虽然起步较晚，但近些年来发展非常快，到2009年年底，全国风力机械标准化技术委员会共制定发布风力发电国家标准和行业标准61项，累计装机容量跃过20GW大关，达到25.8053GW。2009年当年，我国新增风机10129台，装机容量13，8032GW，占全球新增风电装机的1/3，超过美国排名全球第一。据国家发改委能源司对未来国家能源战略划，到2020年中国的风电装机总容量将达到30GW。 风力发电机组面对各种恶劣的工作环境及严格的电网条件，运行工况复杂多变，各种因素使风力发电机组的可利用率，风电转换效率及使用寿命受到很大影响，很多重大事故的发生，往往源于一个数据的错误或一种信息的疏忽。在一个现代化的大型风电场中，可能会有十几台甚至几十台上百台风力机，如何有效地对各风力机状态进行监测和分析，使整个风电场安全、可靠、经济地运行就变得至关重要。 由于风场的选址受到地理条件及风能资源的限制，各风场之间的距离可能会非常遥远，特别是对于海上风场的情况。在这样的前提下，如何方便快捷地对各风场运行状况进行监测和分析以及实现风场间的远距离数据通讯，保证多风场的统一管理运营及维护，并使得广泛的国内、国际技术合作和多方在线断得以实现，成为今后风电行业的新兴发展方向。 本技术方案是依据风力发电机组远程状态监测与故障诊断的需求，结合我公司多年从事旋转机械远程在线状态监测和分析诊断以及风电设备状态监测及分析产品的开发和规模应用经验而编制的。 2编制依据及系统概述
风力发电机组故障诊断与预测技术研究综述 发表时间：2018-06-25T16:23:49.517Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：孟永辉[导读] 摘要：现如今，随着我国科技的不断发展进步，随着风力发电机组装机容量的快速发展，累计运行时间的持续增长，风电机组的维护问题日益突出，迫切需要研发有效的风电机组故障诊断与预测系统。（东方电气（天津）风电科技有限公司天津 300462）摘要：现如今，随着我国科技的不断发展进步，随着风力发电机组装机容量的快速发展，累计运行时间的持续增长，风电机组的维护问题日益突出，迫切需要研发有效的风电机组故障诊断与预测系统。从故障诊断和故障预测两个方面，归纳风力发电机组的主要故障特点；针对故障诊断难点问题，分析和总结基于振动、电气信号分析和模式识别算法的故障诊断方法的研究现状，指出各种方法的技术特 点、局限性和今后的发展趋势；针对风电机组中机械结构和电子系统性能退化的各自特点，归纳当前的研究进展，提出物理失效模型和数据驱动模型融合的故障预测方法；最后，归纳了利用风力发电机组数据采集与监控系统（SCADA）数据进行故障诊断与预测的最新进展及需要进一步研究的问题。关键词：风力发电机组；故障诊断；故障预测引言随着环境污染问题的日益突出，同时为了克服能源危机，风能作为一种绿色可再生能源越来越受到世界各国的重视，风力发电机组（简称风电机组）作为将风能转化为电能的关键装备得到了迅猛的发展。风电机组通常坐落于偏僻的、交通不便的、环境恶劣的远郊地区以及沿海或近海区域，且机舱一般安装在离地面几十米甚至上百米的高空，因此风电机组日常运行状态检测困难，维护成本昂贵。有统计资料表明，陆上和海上风电机组的维护费用占到各自风场收入的10%～15%和20%～35%左右，因此风电机组在恶劣环境下的运行可靠性问题特别受到关注。 1风电机组的故障 1.1齿轮箱齿轮箱是连接风电机组主轴和发电机的传动部件，其功能是将主轴上较低的转速提高到相对较高的转速，以满足发电机工作所需的转速要求。齿轮箱一般由一级行星齿轮和两级平行齿轮传动构成，其工作条件恶劣、工况复杂、传递功率大。齿轮箱中的行星齿轮、高速轴侧轴承、中间轴轴承、行星齿轮传动侧轴承以及其润滑系统较容易发生故障。风电机组运行过程中，受交变应力、冲击载荷等作用的影响，齿轮容易发生齿面磨损、齿面擦伤、点蚀、断齿等故障；轴承容易发生磨损、滚道滑伤、滚子打滑、外圈跑圈等故障。虽然齿轮箱不是风电机组中发生故障最频繁的部件，但是由齿轮箱故障引起的停机维修时间却是最长的，而且维修费用很高。因此齿轮箱的故障诊断与预测得到了广泛的关注。通过对齿轮箱的振动信号分析，利用小波神经网络的方法成功地诊断了齿轮箱故障；另外基于轴承温度、润滑油温度和油液磨粒等信息的分析方法也相继被提出用于齿轮箱故障的检测。 1.2电机（发电机或电动机）双馈发电机和永磁同步发电机在目前的风力发电机组技术中广泛被使用。其中双馈式风力发电机组的转速较高，其额定转速为1800r/min，因此机组中需要齿轮箱用于增速，这样使得机组重量较重，另外发电机的高速运转存在着一定的噪声污染；电机为异步发电机，变流器连接转子，变流器功率可以双向流动，通过转子交流励磁调节实现变速恒频运行，机组的运行范围很宽，在额定转速60%～110%的范围内都可以获得良好的功率输出。直驱式风力发电机组由风轮直接耦合电机转子工作，电机转速较低，一般为每分钟几十转。直驱式风力发电机组一般采用永磁同步电机，电机启动转矩较大，定子绕组经全功率变流器接入电网，机组运行范围较宽，但发电机结构复杂、直径较大、成本较高。除了发电机以外，电动机也广泛地应用于风电机组的偏航、变桨等系统中。电机的故障通常分为电气故障和机械故障。电气方面故障有绕组短路、断路、过热、三相不平衡等。机械故障有轴承过热、损坏，定、转子间的气隙异常，转轴磨损变形等。通过对振动、电流、温度等信号的分析，可实现对电机故障的检测。 2风力发电机组的故障诊断技术 2.1基于振动信号的故障诊断方法基于振动信号的分析是目前技术最为成熟、讨论最为广泛的一种故障诊断方法，已经成功地被应用于风力发电机组中齿轮箱、轴承、叶片等关键部件的健康监测和故障诊断。近年来，较多科研人员利用振动信号对风电机组的故障诊断进行了研究。 2.2基于电气信号的故障诊断方法目前，国内学者对基于电气信号的风电机组故障诊断方法的研究涉及较少。国外学者已经在这方面做了大量的探索研究，特别是针对电动机的故障诊断。相对于振动信号，电气信号（如电流信号）中所包含的与故障相关的信号往往是比较微弱的，并通常被电机固有的电气信号和随机噪声掩盖，信噪比较低，提取故障特征比较困难。因此，有必要利用先进的信号分析方法从电气信号中提取出与故障相关的特征，并结合电机模型和转子动力学模型等分析，探讨实现风电机组的故障诊断。 2.3基于模式识别方法的故障诊断方法该类故障诊断方法的研究思路为分析风电机组的一类或多类信号，在时域、频域、时频域上构建一组高维的统计特征，用机器学习的方法进行特征的融合、降维、分类和可视化分析，进而实现对装备的故障诊断。 3风力发电机组的故障预测技术风力发电机组，无论设计得多么可靠，制造得多么精良，随着运行时间的增加，其性能必然发生衰退。对比故障诊断，关于风电机组性能的退化与故障预测方面的研究工作历时较短，文献也相对较少，但是随着对生产安全和经济效益的重视，确保装备持续稳定地工作，避免突发停产事故带来的巨大经济损失和人员伤亡，故障预测已经引起了人们的高度关注。有统计资料表明，大部分机电装备的故障具有较强的时间依赖性和较好的趋势性指标，因而采取科学有效的故障预测方法往往能够揭示装备性能的退化过程，实现对装备的故障预测。就风电机组而言，大部分风电机组的失效通常不是突然发生的，而是经历了一个变化的、动态的、非线性的过程，即从早期故障的发生、发展、恶化直至失效的过程。早期故障的诊断，支持了对风电机组整个寿命周期两阶段的划分，即正常工作阶段和性能衰退阶段，有力地支持了剩余寿命的预测工作。结语
暴风状况下风力发电机组的控制策略 Yen-Chieh Wang & Chih-Bor Lin & Jui-Hung Liu 工业技术研究院, 风能设备技术部，台湾新竹 Mail: yejwang@https://www.doczj.com/doc/4b848057.html,.tw , januarymax@https://www.doczj.com/doc/4b848057.html,.tw, dof@https://www.doczj.com/doc/4b848057.html,.tw 摘要：在亚太地区如中国，台湾和日本，超级台风往往对风力发电机造成严重损坏。在这种情况下，最重要的是解决台风造成的破坏。风力发电机在暴风情况下要经受极限载荷。为使风力发电机适应台风天气，必须对控制策略做出适当的调整。本文旨在寻找一个能在暴风天气下有效减少结构载荷的上风向控制策略。关键词：台风，控制策略，Bladed 1.介绍 2008年9月28日，台风”蔷薇”袭击台湾。当时观察到的最大阵风风速为65m/s，台风中心的平均风速为56m/s。台湾电力公司正在运行的，由Vestas, GE，Harakosan(原弘),和Gamesa供货的风力发电机被损坏。位于台中的由原弘供货的一台风力机的第二节塔架倒下，三片桨叶严重毁坏，其它风力发电机的桨叶和齿箱被损坏。原弘风力机是台湾第一台倒下来的风力机。在2007年8月8日，台风“帕布”袭击台湾。Vestas的一台风力机起火，机舱罩被烧毁。台风每年都袭击台湾，导致重大损失。 一类风场风力发电机可适应的风速(V e50)为70m/s［1］，当风速超过(V e50) 时，会导致结构性损坏。2003年，超级台风“鸣蝉”袭击日本南部的冲绳岛，瞬时的最大风速为74.1m/s［2］。因为极限风况的作用，很多研究致力于如何减轻极限风速的影响。比方说，2003年在宫古岛台风“鸣蝉”对风力发电机的破坏就很好地体现了这一点。在东亚地区需要抗台风的机型以减少系统的维修和故障诊断。 2.运行情况 到目前为止，所有在台湾安装的风力机均采购自欧洲和美洲。所有风力机的设计都是按照IEC风力机标准等级，但是上述等级标准并不适合有台风情况的亚洲地区。IEC等级环境的控制系统设计没有考虑暴风情况，特别是对台风风向的追踪策略。 当台风席卷台湾时，出于安全的考虑，风场基本上把风力机的操作状态拨到空转甚至关掉机器。从控制策略跟风来看，风力发电机的载荷分布是不同的。让风机跟随风向或者与机舱垂直，哪种方式更好？最大的载荷会产生什么样的偏航系统故障呢？在GH开发的Bladed软件的帮助下，可以模拟影响载荷和输出性能的各种变桨动作工况。 3.仿真模型 仿真的模型为2MW变速变桨风力发电机。把通用型的2MW 变速变桨风力发电机模型作为一个试验台，见图1。利用GH公司开发的设计软件Bladed,可设计出不同的风况，分析结构载荷，以验证控制策略。所以，通过不同风速下各种偏航和变桨系统控制间的载荷计算，可以对控制策略做出适当的调整，以确保风力机的可靠性和可用性。