风电机组运行状态监测与分析

【摘要】：风能是世界公认的清洁、绿色能源，风电是低碳能源中发展最快的一种发电技术，它是继火电、水电和核电之后的第四大主要发电能源，是除水电外可再生能源中第一种全球装机容量超过1亿千瓦的电力能源。风电在大力发展的同时，也产生了一系列迫切需要解决的问题，如随着风电机组使用寿命的增长，机组故障增多，维护成本增加，风电机组的运行维护就成为其迫切需要解决的问题之一。风电机组在条件恶劣的环境中工作，如环境温度变化大，风沙、风速变化随机等，这些不确定的因素导致机组各部件发生故障的概率高，特别是当齿轮箱、发电机等重要部件发生故障造成停机时，它不仅影响机组本身的可利用率，还严重影响发电量，造成不必要的经济损失。而且大型风电机组的主要部件位于高达上百米的塔架顶部，对其主要部件如叶片、齿轮箱、发电机等的维护和检修都需要采用吊车等特殊设备。特别是海上风机，部件的维护还需要租用船只，等待适合的天气等。据统计，对于装机为设计寿命20年的风电场，运行维护成本可达到总收入的10%-15%，而海上风电场的运行维护成本高达风电场总收入的20%-25%。 本文首先对从风电场的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统中采集到的风机数据进行分析和数据处理，然后利用MSET（Multivariate StateEstimation Technique）方法对风电机组的齿轮箱轴承温度进行状态估计，得出齿轮箱轴承温度的估计值，接着利用滑动窗口残差统计方法对齿轮箱轴承温度的估计值和实际值之间的残差进行分析，选择合适的滑动窗口，从而得到风电机组齿轮箱轴承温度的残差均值。残差均值的变化能够反映出齿轮箱轴承温度的变化趋势，利用残差均值的实时变化趋势来监测齿轮箱轴承温度是否变化异常，从而进一步的监测齿轮箱是否正常运行。在监测实时残差均值曲线时，要提前设置好残差的阈值区间，当残差均值超过设定好的阈值区间时，系统就会对对齿轮箱轴承温度进行预警，提醒工作人员齿轮箱运行存在安全隐患，要及时对该设备进行检修，提前制定出检修计划，避免造成巨大的经济损失和严重事故。 【关键词】：SCADA 故障 预警 仿真
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 引言9-12
• 1.1.1 中国风电发展现状9-11
• 1.1.2 中国风电发展存在的问题11-12
• 1.2 研究背景及意义12-13
• 1.3 本文研究内容和思路13-15
• 1.3.1 本文研究内容13-14
• 1.3.2 本文研究思路14-15
• 第2章 SCADA 系统及风电机组概述15-29
• 2.1 SCADA 系统15-19
• 2.1.1 SCADA 系统的发展15-16
• 2.1.2 SCADA 系统结构16-17
• 2.1.3 风电场的 SCADA 系统17-19
• 2.2 风电机组介绍19-26
• 2.2.1 风电机组工作原理19-21
• 2.2.2 风电机组基本控制要求21-22
• 2.2.3 风电机组主要类型22-23
• 2.2.4 风电机组常见故障23-26
• 2.3 齿轮箱工作原理26-29
• 第3章 基于 MSET 的状态监测方法29-45
• 3.1 MSET 建模原理29-31
• 3.2 滑动窗口残差统计方法31-32
• 3.3 遗传算法32-33
• 3.3.1 遗传算法基本原理32-33
• 3.3.2 本文遗传算法参数值的选取33
• 3.4 相似度曲线33-36
• 3.4.1 欧几里德距离34
• 3.4.2 曼哈顿距离34
• 3.4.3 切比雪夫距离34-35
• 3.4.4 闵可夫斯基距离35
• 3.4.5 基于 MSET 方法的相似度曲线35-36
• 3.5 齿轮箱轴承温度建模36-45
• 3.5.1 选取建模相关变量36-40
• 3.5.2 模型有效验证40-42
• 3.5.3 测试齿轮箱温度42-45
• 第4章 总结45-46
• 参考文献46-49
• 攻读硕士学位期间参加科研项目及发表论文情况49-50
• 致谢50

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