基于SCADA数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法与流程

基于scada数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法
技术领域
1.本发明涉及风力发电机检测领域，具体涉及一种基于scada数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法。


背景技术：

2.风力发电机组（后续简称风机）偏航系统的作用是：1.按照主控系统的对风逻辑实现风机实时跟踪风向，提高风能利用率；2.当电缆处于扭缆状态时，实现反向偏航解缆，保护电缆安全。偏航系统的工作基本介绍：1.当风机不需要偏航时，偏航系统要保持机舱的位置，此时偏航电机电磁刹车抱闸，偏航制动器加压至系统设计刹车压力，偏航系统通过偏航制动片提供的摩擦力矩和偏航驱动电机提供的摩擦力力矩，抵抗风机的偏航力矩，保持机舱位置不变。2.当主控系统给偏航发出偏航指令时，偏航系统首先降低液压站刹车压力，此时偏航制动器压力不会将至零压而是降低到一个设定的偏航刹车压力后，偏航电机松开电机电磁刹车并驱动偏航系统进行偏航，此时偏航制动片提供的摩擦力矩将是一个阻尼力矩，其目的是维持偏航系统平稳偏航。
3.现有技术的缺陷和不足：（一）目前风电机组的偏航摩擦片有磨损报警或者磨损指示器，当摩擦片磨损到一定程度，机组会自动报警，或者维护人员定期检查磨损指示器会了解偏航摩擦片的磨损情况。但是目前行业普遍存在的情况是：摩擦片由于液压管路漏油，磨损碳粉堆积、沙尘水汽污染等原因，偏航摩擦片还没磨损到设定的报警厚度时，摩擦片的工作表面就会形成釉质导致摩擦片工作异常。这种釉质层长期积累会造成偏航过程产生异常振动和噪声。目前风电行业还没有对偏航摩擦片污染情况进行报警，等现场发现偏航振动大、噪声大时摩擦片已经不能通过清理恢复，为了更好的维护摩擦片，提高摩擦片的使用寿命，风电场运维过程急需对偏航早期污染的预警。
4.目前偏航摩擦片的更换，行业的更换标准不够科学，是以风机的运行年限为周期的，或者以磨损到一定厚度才更换的。由于风电场每台机组的位置差异，在不同的区域风机的实际偏航时间差异较大，为了做更好的维护计划，需要更精细的计算每台机组每个时间段的偏航时间，并根据偏航时间对摩擦片进行寿命管理。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于scada数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法，解决目前偏航擦片存在污染而无法及时报警的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于scada数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法，包括以下步骤：步骤一、设置本算法的计算周期d天，调用数据间隔为s秒，偏航刹车压力对比标准数据为p bar；步骤二、在计算的周期d天内，从风电机组的数据采集和监视控制系统scada中根
据偏航速度变量筛选出间隔时间s秒的数据：偏航速度＞0且偏航刹车压力＞p bar的数据，并根据数据点的时间戳，将偏航时刻统计为n个连续的时间段，每段时长t1,t2
……
tn,同时根据时间戳将每个偏航时间段范围的风速、机舱外温度、机舱振动筛选出来，依次做以下计算：风速平均值，机舱振动的rms值、峰峰值；在计算的周期d天内，总偏航时间为t，t=t1 t2
……
tn；步骤三、在n个连续的时间段内的机舱振动的rms值和振动峰值与设定标准值进行比较，判断是否进行实时报警并输出相应报警；步骤四、将每个计算周期内的每台风机根据偏航时刻的是否在标准计算风速段下进行筛选，在标准计算风速段内的数据记录该偏航时刻下的机舱振动的rms值、峰峰值，机舱温度平均值，且数据按照温度进行分仓，将风电场每台机组1年的数据按照上述方法进行分仓，对每个仓的数据进行统计计算，计算每个仓机舱振动rms值得均值，计算机舱振动峰值的均值，用该均值作为正常摩擦片的基准值，且将每个仓的机舱振动rms值与相应倍数的基准值进行比较，根据比较结果判断偏航摩擦片性能是否出现下降；步骤五、将每台风机的每个计算周期d天内的偏航时间进行累加，当偏航累积时间超出相应设定值后，对摩擦片进行检查维护或者提示准备备品配件，小风季进行更换。
7.步骤三通过对scada中的数据进行筛选，将偏航时的数据通过设置值阈的比较筛出，计算出每段偏航的总偏航时间，通过偏航时间内每个时刻的机舱振动的rms值来检测摩擦片是否有异常并实时输出报警；步骤四通过根据偏航时刻内的风速段进行分类，检测在标准计算风速段内的机舱振动的rms值、峰峰值，机舱温度平均值，并根据温度进行分仓，然后根据分仓数据进行正常摩擦片的机舱振动峰值的均值进行判断，对摩擦片的性能趋势进行判断；步骤五通过累积时间进行摩擦片的维护及更换判断；通过本方法可以对偏航摩擦片的实时状态、趋势及累积摩擦性能进行计算，从多个维度对摩擦片进行判断。
8.上述的步骤一中计算周期d=1天，调用数据间隔为s=1秒，偏航刹车压力对比标准数据为p=5bar。
9.上述的步骤三中，在n个连续的时间段内，若某一段时刻的机舱振动rms值大于0.3m/s
²
，小于0.5m/s
²
，系统直接输出预警：摩擦片表面状态异常；若某一段时刻的机舱振动rms值大于等于0.5m/s
²
，且 振动峰值大于1m/s
²
系统直接输出报警：请更换摩擦片。
10.上述的步骤四中标准计算风速段为6-8m/s，数据按照温度进行分仓的方法为：第一个仓：温度小于等于-10℃；第二个仓：温度大于-10℃，小于 10℃；第三个仓温度≥10℃。
11.上述的步骤四中将每个仓的机舱振动rms值与相应倍数的基准值进行比较的详细方法为：当每个仓的机舱振动rms值大于2.5倍基准值或者机舱振动峰值大于2倍基准值，判定偏航摩擦片性能下降。
12.上述的步骤五中，当偏航时间达到2000小时，发出预警，对摩擦片进行检查维护，当达到4000小时，提示准备备品配件，小风季进行更换。
13.本发明提供的一种基于scada数据的风电机组偏航摩擦片预警及寿命评估方法，解决了目前风电行业偏航摩擦片污染而无法提前报警额的问题；本算法不需要增加额外的传感器和硬件，仅通过机组自身运行数据进行分析即可实现偏航摩擦片问题额预警问；解
决了目前偏航摩擦片粗放的运维管理模式，做到了更精准的寿命统计及预估。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明算法的流程图。
具体实施方式
15.以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案，以某风电场的运行数据作为实施例：该算法以1天为计算周期，调用数据间隔为秒级，本算法以1秒间隔数据为例进行算法说明。
16.一、系统首先通过偏航速度变量筛选出处于偏航时刻的1秒数据点，如，偏航速度＞0且偏航刹车压力＞5bar的数据，，，该数据去除偏航解缆时刻数据，解缆时刻偏航刹车压力全泄压至0，考虑到泄压残留，将筛选条件定为5bar，并根据数据点的时间戳，将偏航时刻统计为n个连续的时间段，偏航过程是连续的一般持续30秒以上，每段时长t1,t2
……
tn,算法同时根据时间戳将每个偏航时间段范围的风速、机舱外温度、机舱振动筛选出来，依次做以下计算：风速平均值，机舱振动的rms值、峰峰值。
17.二、算法计算1天的总偏航时间t，t=t1 t2
……
tn;三、实时报警算法：当算法识别到某一段偏航时刻的机舱振动rms值大于0.3m/s
²
，小于0.5m/s
²
，系统直接输出预警：摩擦片表面状态异常；当算法识别到某一段偏航时刻的rms值大于等于0.5m/s
²
，且 振动峰值大于1m/s
²
系统直接输出报警：请更换摩擦片；四、趋势报警：为了进行趋势分析，每天每台风机根据偏航时刻风速段进行分类，由于偏航主要发生在中低风速段，本算法选取6-8m/s，当每个偏航时刻的平均风速在6-8m/s风速段时，算法同时记录该段时间的机舱振动的rms值、峰峰值，机舱温度平均值。由于环境温度变化，机组各部件的热胀冷缩对偏航过程的振动也有影响，为了趋势分析的一致性，数据同时按照温度进行分仓，本算法分3个仓 ，第一个仓：温度小于等于-10℃；第二个仓：温度大于-10℃，小于 10℃；第三个仓温度≥10℃，算法将风电场每台机组1年的数据按照上述算法进行分仓，对每个仓的数据进行统计计算，计算每个仓机舱振动rms值得均值，计算机舱振动峰值的均值，用该均值作为正常摩擦片的基准值，并按照以下逻辑设置报警线，当每个仓的机舱振动rms值大于2.5倍基准值或者机舱振动峰值大于2倍基准值，系统输出偏航摩擦片性能下降。
18.五、将每天偏航时间进行累加，当偏航时间达到2000小时，发出预警，对摩擦片进行检查维护，当达到4000小时，提示准备备品配件，小风季进行更换。