一种基于传动链地面试验平台的风电机组电气性能综合评估方法与流程

本发明属于风力发电，具体涉及一种基于传动链地面试验平台的风电机组电气性能综合评估方法。

背景技术：

1、风电机组传动链作为风能转化为电能的关键系统，其电气性能直接关系到整机的发电效率、运行稳定性和电网兼容性。随着风力发电机组单机容量不断增大，尤其是海上风电的大规模发展，对风电机组传动链电气性能的综合评估提出了更高的要求。

2、行业内大功率风电机组传动链测试通常在真实环境中开展，而海上环境具有风况随机不确定性，某些测试工况（如电网故障穿越、极限湍流等）往往需要长达数月时间才能出现，测试周期长、成本高、可重复性差。为解决这一问题，需要依靠搭建传动链地面试验平台，以真实复现大功率风电机组传动链动态运行特性，作为评判风电机组传动链性能的依据。

3、目前，国内外已有部分标准对风电机组传动链的性能评估作出了规定。例如，gb/t35854-2018《风力发电机组及其组件机械振动测量与评估》规定了测量和评估风力发电机组及其组件机械振动的条件和方法；gb/t 19073-2018《风力发电机组 齿轮箱设计要求》对齿轮箱的油池温度和轴承温度设定了相关要求；iec 61400-21:2022则定义了风力发电机组电网兼容性的相关测试与评估方法。然而，上述标准存在以下不足：

4、第一，上述标准均仅针对单一工况、单一指标进行评估，无法全面反映风机传动链在实际运行中各类极端及正常工况下的综合性能。

5、第二，现有标准体系分散于机械振动、温度、电网兼容性等不同领域，缺乏一套统一的、面向电气性能的综合评估框架，难以对传动链的整体电气性能进行系统性评价。

6、第三，传统的传动链电气性能评价通常采用单一指标、单一工况的评估方法，未考虑不同评价指标的重要度差异以及测试工况的覆盖程度，评估结果片面，无法为产品设计优化、差异化运维策略制定及机组退役决策提供充分的科学依据。

7、因此，亟须开发一种基于多自由度试验平台的传动链综合性能评估方法，将工况覆盖度、标准满足度、指标重要度三维融合于传动链地面试验评估中，实现对传动链电气性能的系统性、定量化评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于传动链地面试验平台的风电机组电气性能综合评估方法，以解决传统评估方法因单一工况、单一指标评价导致的片面性问题，实现对传动链电气性能的系统性、定量化评估。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于传动链地面试验平台的风电机组电气性能综合评估方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、构建层次结构模型：建立包含目标层、准则层及指标层的递阶层次结构；所述目标层为传动链电气性能，所述准则层包括电能质量、发电机效率、无功功率控制、有功功率控制、发电机绝缘电阻、发电机直流电阻、发电机耐压、变流器效率及变流器抗冲击能力，所述指标层包含各准则层下的具体电气物理量；

4、步骤s2、数据采集：利用传动链地面试验平台模拟被测风电机组的多种预设工况，采集不同工况下的电气性能数据，形成包含各工况下各评价指标实测值的评价数据矩阵；

5、步骤s3、权重确定：基于各评价指标的历史不合格率数据，采用层次分析法构建判断矩阵，计算并获得各评价指标的权重向量；

6、步骤s4、单项评分：针对每一项评价指标，根据评价数据矩阵获取相应评价指标的实测值，并结合测试工况覆盖度和标准满足度计算单项目评价得分；

7、步骤s5、综合计算：根据各单项指标的得分及其对应的权重，通过加权综合公式计算传动链电气性能总分；

8、步骤s6、等级评定：根据计算所得的总分，参照预设的性能等级划分标准，确定传动链电气性能的最终等级。

9、进一步地，步骤s1中，所述指标层包含的具体电气物理量包括：短时闪变、电压不平衡度、功率变化率、电压总谐波畸变率、发电机输入功率与输出功率比、无功功率控制的稳态精度、无功功率控制的动态响应时间、无功功率控制的功率变化率、有功功率控制的稳态精度、有功功率控制的动态响应时间、有功功率控制的功率变化率、定子绕组绝缘电阻、转子绕组绝缘电阻、定子绕组直流电阻、转子绕组直流电阻、定子绕组耐压、转子绕组耐压、变流器输入功率与输出功率比以及变流器du/dt峰值电压。

10、进一步地，步骤s3中，所述权重向量的确定方法为：

11、收集各评价指标对应的历史不合格率数据，将评价指标按不合格率从小到大的顺序进行排序，并依次赋予权重基数；

12、设排序后的指标的权重基数为，指标的权重基数为，则指标相对于的重要性权重为；

13、基于上述权重关系构造判断矩阵，并对判断矩阵进行一致性检验及归一化处理，最终得到各指标的权重向量。

14、进一步地，步骤s4中，所述单项目评价得分a的计算方法为：

15、a=z×30%+w×70%

16、其中，z为测试工况覆盖度得分，w为标准满足度得分。

17、进一步地，所述测试工况覆盖度得分z的计算方法为：

18、z=5×(x/y)

19、其中，x为已测工况数，y为指标对应的应测工况总数。

20、进一步地，用于测试工况覆盖度评价的预设工况包括风电机组冷态工况、热态工况、静态工况、50%负载工况、额定负载工况、过载110%工况和弱磁工况。

21、进一步地，所述标准满足度得分w的计算方法为：

22、获取同类机型传动链单项电气性能指标的历史评价数据集，计算历史数据的平均值及标准差；

23、根据拉依达准则，按评价指标的实测值w所处的区间对标准满足度得分w进行赋值：

24、若，则赋值w=5；

25、若，则w=4；

26、若，则赋值w=3；

27、若，则w=2；

28、若，则w=1；

29、w介于中间值的，采用插值法进行赋值。

30、进一步地，步骤s5中，所述加权综合公式为：

31、；

32、其中，s为电气性能总分，为第i项指标的单项目评价得分，为第i项指标的权重。

33、进一步地，步骤s6中，所述性能等级划分标准为：

34、当时，等级为“低劣”；

35、当时，等级为“缺陷”；

36、当时，等级为“一般”；

37、当时，等级为“良好”；

38、当时，等级为“优秀”。

39、本发明还提供了一种基于传动链地面试验平台的风电机组电气性能综合评估系统，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现上述的方法。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、第一，本发明建立了“目标层-准则层-指标层”三层递阶层次结构模型，将传动链电气性能分解为9个准则层指标和20余个指标层指标，实现了对传动链电气性能的全方位、系统性评估，克服了传统单一指标评估的片面性。

42、第二，本发明引入历史不合格率数据确定指标权重，利用客观统计数据代替主观专家打分，使权重分配更加科学、客观、合理。

43、第三，本发明建立了“测试工况覆盖度”与“标准满足度”相结合的二维单指标量化评分体系，既考虑了测试工况的充分性，又考虑了实测性能相对于行业水平的优劣，评价结果更加全面可靠。

44、第四，本发明通过加权综合评分和等级划分，将复杂的多指标评价结果转化为直观的等级结论（低劣、缺陷、一般、良好、优秀），便于工程技术人员快速判断传动链的健康状态。

45、第五，本发明的评估结果不仅可用于传动链健康状态的分级管理，还可为产品设计优化、差异化运维策略制定及机组退役决策提供科学依据。