一種風電機組狀態監測系統性能評估方法技術方案

本發明專利技術公開一種風電機組狀態監測系統的性能評估方法，建立反映風電機組狀態監測系統狀態的馬爾可夫模型，并給出了系統在某一時刻處于各個狀態的概率的計算步驟和相應的數學公式。然后，建立了反映單個傳感器狀態的數學模型，具體分為健康狀態和失效狀態。建立了反映整個監測系統狀態的系統函數，根據系統中處于健康狀態和失效狀態的傳感器的數量來劃分系統的狀態，具體分為健康狀態、風險狀態和失效狀態。為了保持系統可用性不小于某一預定值，備件傳感器的最小數目和系統中允許短缺的備件傳感器的最大數目通過系統可用性的穩態值的計算來確定。有助于為風電機組日常維護計劃的制定提供依據，便于利用最小的維護成本來最大程度地保持系統的性能。

【技術實現步驟摘要】
技術 領域本專利技術涉及，能夠實現風電機組狀態監測系統性能的評估，確定維持系統性能所需滿足的條件。
技術介紹
隨著風電技術的不斷進步，風力發電已成為最具潛力的新能源發電方式。然而，風電機組運行環境狀況往往較為惡劣，故障率高。同時，風電機組日常維護工作往往還會因惡劣天氣而難以及時開展，這些都大大增加了維護費用，嚴重影響了風電場的生產效益。因此，為了降低經濟損失與維護成本，大多數風電場都為風電機組裝設了狀態監測系統，通過在風電機組關鍵部件上安裝傳感器來獲得這些部件的狀態數據，及時了解設備的運行狀況、及時發現故障隱患減少嚴重故障的發生。然而，由于環境惡劣，風電機組上安裝的傳感器容易失效，而風電機組狀態監測系統的性能也必然會隨著失效傳感器數量的增多而下降，難以完成狀態監測任務。同時，由于構建風電機組狀態監測系統需要花費一定費用，在保證系統監測性能的情況下應考慮盡量降低系統的構建成本。
技術實現思路
專利技術目的針對風電機組狀態監測系統性能受失效傳感器影響的問題，本專利技術提供一種風電機組狀態監測系統性能的評估方法。技術方案，風電機組狀態監測系統由若干個相同的傳感器構成，這些傳感器被分為m個簇,每一個簇中均包含η個相同的振動傳感器，即整個狀態監測系統中共部署k=mXn個相同的振動傳感器。每個振動傳感器因發生故障而失效的分布函數為fjt)。因出現故障而失效的傳感器可以利用備件更換，備件數目為I。失效節點經修復后作為備件仍被再次利用。節點被修復的分布函數為f2(t)。f\(t)與^⑴均為指數形式，對應的速率分別為\和電機組狀態監測系統共有k+Ι個狀態。系統在某一時刻的狀態通過三個整數因子來反映，第一個為該時刻系統中正常運行的傳感器的數目，第二個為該時刻可利用的備用傳感器的數目，第三個為該時刻失效且不能被備用傳感器替換的傳感器的數目。傳感器的狀態采用兩狀態模型，即健康狀態和失效狀態。系統狀態分為三種類型健康狀態、風險狀態與失效狀態。健康運行狀態是指，系統監測性能可靠，所有失效傳感器均能夠被備件修復，系統中所有傳感器均處于健康狀態；風險運行狀態是指，系統監測性能雖然能夠滿足需求，但是因缺乏備件部分失效傳感器不能被修復；失效運行狀態是指，系統可容忍不被修復的失效傳感器數目超過最大值，監測性能不能滿足需求。當系統中運行的傳感器數量和備件數量變化時，這三類狀態之間可相互轉化。通過考察風電機組狀態監測系統的可用性來判斷系統是否能夠滿足監測要求。狀態監測系統在某一時刻的可用性是指該時刻系統中用于監測風電機組狀態的傳感器全部處于健康狀態或者無法被備用傳感器修復的失效傳感器數目沒有超過允許值。系統在某一時刻的可用性A(t)與備件數目I及每個簇中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值fimi之間的關系通過仿真進行驗證。系統的穩態可用性As與備件數目I及每個簇中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值fjmax之間的關系通過仿真進行驗證。由此確定在給定備件數目I的情況下，要使系統穩態可用性A達到額定值，系統中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值fjmax ；以及在給定系統中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值f_x的情況下，要使系統穩態可用性A達到額定值，所需備件數目I的最小值。系統處于各個狀態的概率用PtlU) Pk+1(t)來表示，各個狀態概率之間的關系可以用以下馬爾可夫方程組來描述權利要求1.一種風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于 將風電機組狀態監測系統中的振動傳感器分為m個簇，每一個簇中均包含η個相同的振動傳感器，狀態監測系統中共部署k=mXn個相同的振動傳感器； 每個振動傳感器因發生故障而失效的分布函數為f\(t);因出現故障而失效的傳感器可以利用備件更換，備件數目為I ;失效節點經修復后作為備件仍被再次利用；節點被修復的分布函數為f2(t)與f2(t)均為指數形式，對應的速率分別為a i和β i ; 系統共有k+Ι個狀態；系統在某一時刻的狀態通過三個整數因子來反映，第一個為該時刻系統中正常運行的傳感器的數目，第二個為該時刻可利用的備用傳感器的數目，第三個為該時刻失效且不能被備用傳感器替換的傳感器的數目； 傳感器的狀態采用兩狀態模型，即健康狀態和失效狀態；系統狀態分為三種類型健康狀態、風險狀態與失效狀態； 通過考察風電機組狀態監測系統的可用性來判斷系統是否能夠滿足監測要求；狀態監測系統在某一時刻的可用性是指該時刻系統中用于監測風電機組狀態的傳感器全部處于健康狀態或者無法被備用傳感器修復的失效傳感器數目沒有超過允許值。2.如權利要求I所述的風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于三種類型的系統狀態分別為健康運行狀態是指，系統監測性能可靠，所有失效傳感器均能夠被備件修復，系統中所有傳感器均處于健康狀態；風險運行狀態是指，系統監測性能雖然能夠滿足需求，但是因缺乏備件，部分失效傳感器不能被修復；失效運行狀態是指，系統可容忍不被修復的失效傳感器數目超過最大值，監測性能不能滿足需求；當系統中運行的傳感器數量和備件數量變化時，這三類狀態之間可相互轉化。3.如權利要求I所述的風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于系統在某一時刻的可用性A(t)與備件數目I及每個簇中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值fjmax之間的關系通過仿真進行驗證； 系統的穩態可用性As與備件數目I及每個簇中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值f_x之間的關系通過仿真進行驗證；由此確定在給定備件數目I的情況下，要使系統穩態可用性A達到額定值，系統中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值f_x ；以及在給定系統中可容忍不被修復的失效傳感器數目的最大值的情況下，要使系統穩態可用性A達到額定值，所需備件數目I的最小值； 系統處于各個狀態的概率用Ptl (t) Pk+1(t)來表示，各個狀態概率之間的關系用以下馬爾可夫方程組來描述4.如權利要求3所述的風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于狀態監測系統某一時刻的可用性A (t)定義為在t時刻S(N)=I或O的概率；由下式計算，5.如權利要求3所述的風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于系統的穩態可用性通過下式來計算6.如權利要求5所述的風電機組狀態監測系統的性能評估方法，系統中有M(Μ < k)個備件傳感器短缺，此時在一個簇中恰好有&個備件傳感器短缺的概率為全文摘要本專利技術公開一種風電機組狀態監測系統的性能評估方法，建立反映風電機組狀態監測系統狀態的馬爾可夫模型，并給出了系統在某一時刻處于各個狀態的概率的計算步驟和相應的數學公式。然后，建立了反映單個傳感器狀態的數學模型，具體分為健康狀態和失效狀態。建立了反映整個監測系統狀態的系統函數，根據系統中處于健康狀態和失效狀態的傳感器的數量來劃分系統的狀態，具體分為健康狀態、風險狀態和失效狀態。為了保持系統可用性不小于某一預定值，備件傳感器的最小數目和系統中允許短缺的備件傳感器的最大數目通過系統可用性的穩態值的計算來確定。有助于為風電機組日常維護計劃的制定提供依據，便于利用最小的維護成本來最大程度地保持系統的性能。文檔編號G06F19/00GK102938024SQ20121047214公開日2013年2月20日 申請日期2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風電機組狀態監測系統的性能評估方法，其特征在于：將風電機組狀態監測系統中的振動傳感器分為m個簇，每一個簇中均包含n個相同的振動傳感器，狀態監測系統中共部署k=m×n個相同的振動傳感器；每個振動傳感器因發生故障而失效的分布函數為f1(t)；因出現故障而失效的傳感器可以利用備件更換，備件數目為l；失效節點經修復后作為備件仍被再次利用；節點被修復的分布函數為f2(t)；f1(t)與f2(t)均為指數形式，對應的速率分別為α1和β1；系統共有k+l個狀態；系統在某一時刻的狀態通過三個整數因子來反映，第一個為該時刻系統中正常運行的傳感器的數目，第二個為該時刻可利用的備用傳感器的數目，第三個為該時刻失效且不能被備用傳感器替換的傳感器的數目；傳感器的狀態采用兩狀態模型，即健康狀態和失效狀態；系統狀態分為三種類型：健康狀態、風險狀態與失效狀態；通過考察風電機組狀態監測系統的可用性來判斷系統是否能夠滿足監測要求；狀態監測系統在某一時刻的可用性是指該時刻系統中用于監測風電機組狀態的傳感器全部處于健康狀態或者無法被備用傳感器修復的失效傳感器數目沒有超過允許值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：傅質馨，袁越，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：