一种风电场运行监控及事件综合评价方法
【专利摘要】一种风电场运行监控及事件综合评价方法，包括：首先建立风电场级数据管理中心，利用事件信息库汇集管理每个风电场的所有事件数据，每个事件信息库包括评价指标库和基准评价库两个子库。其次对风电场事件综合评价，针对含有多个因素的风电场事件实施模糊综合评价计算，通过加权平均模糊合成运算输出风电场事件的评价结果。最后分析模糊综合评价结果，找到解决风电场事件的技术手段，为指导上层管理机构有目的性地实施运维管理和采取预防措施提供决策手段，辅助现场维护人员有计划性地且准确到位地实施现场运维工作。
【专利说明】一种风电场运行监控及事件综合评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多个风电场的大规模多种类型风电机组的运行状态监控及风电场事件的综合评价方法。
【背景技术】
[0002]国内现有的多数风电场一般存在多期建设，占地面积大、地形条件复杂，同一场内各区域机组类型及出力不同，同一场内机组生产厂家不同等四类主要特征。由此，多数风电场存在使用哪个厂家风机，监控系统须与此厂家风机配套来监控风机运行。这样，一方面，主控制器的通信协议、通信方式及容量不同，风电机组电气控制系统的运行状态及关键参数得不到实时监控，不仅降低了风电机组的维护效率、不利于故障的及时处理及预防，而且促使风力发电公司的风电场监控系统及更高一级的监控系统无法对单个或多个风电场的风力发电机组的运行状况集中监控和管理，导致风电场群的信息存在孤岛问题未能彻底解决；另一方面，随着大规模、集群化开发并网模式推进以及电力调度的介入，每个厂家机组的功率调度响应特性亦存在差异。在能量管理和分配方面，亦需采用与机组配套的不同的控制策略和系统，这样会出现同一区域机组的运行方式可能不同，甚至会出现低负荷下停机状况，从而导致产品质保期延迟，并且需要投入大量地人力和财力成本。因此，风力发电公司亟需一套集中的风电辅助决策系统，来提高风电服务技术水平，对风电机组的周期性或计划性维修模式予以调整，合理有效地处理和分析风电场故障。
[0003]风电场内或风电机组内一般装有就地或远程数据采集及监控系统(SupervisoryControl And Data Acquisition System,简写SCADA),该系统可以对风电机组的运行状态实现基本监测、故障等事件报警与记录，可以随时发出报警提示与生成事件报告，为风电场运行的可靠性和稳定性提供了强有力的支撑，如专利CN200810057555.4通过结合地理信息系统为发电集团提供了旗下所有风电场的综合监控与管理。国内在风电机组的故障诊断方面也取得了一些成果，专利CN201210553609.2中结合多特征多级综合评判的方法对传动链系统实施故障诊断；专利CN201220586500.4提供一种风电监控与故障诊断系统，可对风电机组电气量实施监控的同时，也能对机组的故障状态进行预知和报警。
[0004]但是，就地数据采集与监控系统有时会受到存储或分析数据等条件的限制，系统数据处理速度慢，自动化程度较低，且监测的参数仅限于一些变流器或主控制器的基本电气类参数以及环境参数，实现的功能侧重于电气设备或电控系统相关，而如何针对单个风电场或风电场群的整机、尤其是一些目前正进入维修或维护的高峰期的早期机组与升压站内的其他设备事件实施预警和决策分析，而如何采用智能方法来减少设备维护成本；如何对于发电集团旗下的所有风电场实施事件运行监控及综合评价，成为当前辅助风电公司解决处理风电技术问题的重要维修及服务技术之一。这种技术不仅可对风电机组的电控类零部件进行状态监测或故障报警，而且针对场内升压站箱变设备，风电场消防安防设备以及影响生产管理的其他外部设备提供准确到位的事件诊断方法来分析故障原因和发展趋势，实现故障定位、预知和告警；从而为机组维修提供辅助决策和技术支持及指导作用。这样，不仅可减少整机因事故发生而引起连锁迫害，而且使风机得以预防性检修和维护，保障风电场的安全可靠运行，提高企业设备管理现代化和自动化水平。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有风电场设备运行监控过程中存在的数据采集管理、事件诊断、维修服务方法的技术缺陷和信息孤岛等缺点，提出一种以风机运行维护事件评价为主的综合评价方法。本发明应用于多类型的多个风电场，可在风电场内发生严重故障事件前快速、准确地定位及预警，并提供辅助检修策略，进而降低发生故障次数，确保风电机组及其他设备安全稳定运行；提高场级可利用率和风电场发电的安全稳定性。
[0006]本发明的另一目的在于弥补并提高风电机组采集与监控系统和其他运行监控设备的数据挖掘分析能力，通过汇集风电场内设备的历史数据，构建场级数据管理中心，确立评价指标库和基准评价库，利用智能方法和模糊数学对各类事件进行综合评价，为风力发电公司克服现有风电技术中在设备材料选型的缺陷和不足，提高风电场的生产效率和电能质量，增强风电厂家之间的数据信息开放性，起到改善和推动作用，为后续的类似事件评价奠定基础评价参考依据。
[0007]本发明采用以下技术方案实现:
[0008]首先，本发明建立风电场级数据管理中心，用于汇集管理每个风电场的所有事件数据。在数据管理中心里，每个风电场的事件数据是以事件信息库为计量单位进行管理，每个事件信息库包括评价指标库和基准评价库两个子库。其中，评价指标库是结合风电场各类实际事件特征而建立，包含多个风电场采集与监控系统、状态监测设备和消防安防设备提供的各类历史运行数据，用于为风电场事件评价提供评价因素，从而减轻了风电机组采集与监控系统的实时数据采集和转发的负担。基准评价库用于管理每个风电场事件的历史评价模型和评价结果。基准评价库的每个事件历史评价模型即为历史评价计算时所采用的评价指标、评价方法以及评价结果记录，用于新的风电场或类似的事件评价基准参考，进而为其他风电场的类似事件提供了评价信息共享和事件评价基础。而且风电场的事件评价是一种独立的运行监控方法，不需风电场采集与监控系统的软硬件设备来参与执行，从而减少了风电场采集与监控系统针对风电场运行数据的挖掘和分析压力，并且节省了对运行数据的备份和处理空间。
[0009]其次，对风电场事件进行综合评价，给出一种基于历史实际运维参数的模糊综合评价方法。所述模糊综合评价方法用于针对含有多个因素的风电场事件进行综合评价计算，分别输出每个因素指标的评价结果和总体的综合评价结果。所述综合评价计算，先根据模糊综合评价指标体系原则从评价指标库里抽取数据构建风电场事件的评价因素集，确立评价值集合和构建模糊关系矩阵，进而形成模糊综合评价指标体系；再利用评价因素对确定事件的相对重要性实施主次评价因素权重计算；最终通过加权平均模糊合成运算输出风电场事件的评价结果。
[0010]最后，分析评价结果，从而找到解决风电场事件的技术手段，为指导上层管理机构有目的性地实施运维管理和采取预防措施提供决策手段，辅助现场维护人员有计划性地实施现场运维工作。
[0011]一种风电场运行监控及事件综合评价方法的具体步骤包括:[0012]步骤1、建立风电场级数据管理中心，利用云收集功能分别汇集管理每个风电场的事件数据。在数据管理中心里，每个风电场的事件数据是以事件信息库为计量单位进行管理。所述风电场级数据管理中心的事件信息库包括基准评价库和评价指标库，基准评价库管理共享事件的评价模型和评价结果，从而对后续其他类似事件评价形成参考；评价指标库包括电气控制设备评价指标库、环境指标库和故障系数指标库3个子库，分层管理记录不同事件评价时所用的指标体系。每个风电场级事件信息库的建立方法如下:
[0013](1)利用单个独立的风电场名称作为标识，建立每个风电场的事件信息库；
[0014](2)在每个事件信息库中，建立评价指标库的3个子库。具体步骤如下:①运用每个电气控制设备的历史运行参数，包括风电机组各零部件的基本电气信息和故障统计数据，建立风电机组的电气控制设备评价指标库，所述的电气控制设备包括变桨距、主控制器和变流器；②运用影响风电机组运行的外部环境参数如升压站参数、风况，消防安防设备等历史运行参数建立环境指标库应用各类故障发生前、发生中、发生后的参数建立故障系数指标库；④标识电气控制设备评价指标库、环境指标库和故障系数指标库中所有参数索引；⑤利用电气控制设备评价指标库、环境指标库和故障系数指标库的所有数据确立评价因素集合U = (U1, U2,..., Ui,...un)，Ui表示第i (O≤i≤n)个评价因素，若每个评价因素Ui下还包含下一层评价因素集，即为(un, ui2, ui3,...，Uij....，uj，其中j, m≥O。
[0015](3)在每个事件信息库中，记录不同历史事件对应的评价模型和评价结果，建立风电场级数据管理中心的基准评价库。若某次风电场事件评价与历史事件相似或相同，则基准评价库直接依据历史评价结果给出评价结果依据。
[0016]步骤2、对风电场事件进行模糊综合评价。结合步骤I建立的评价指标库和基准评价库，针对风电场发生的事件以及事件引起的迫害性损伤程度实施模糊综合评价，并进一步分析评价结果，对预防风电场事件发生、检修风电场设备、诊断故障事件及维修决策时采取的技术措施手段予以辅助和指导。模糊综合评价的具体步骤如下:
[0017]1)构建风电场事件的模糊综合评价指标体系
[0018]模糊综合评价指标体系是进行风电场各因素与事件关联程度的综合评价基础，评价指标的选取是否适宜直接影响事件综合评价的准确性。从步骤I建立的评价指标库中抽取数据来构建模糊综合评价指标体系，抽取数据的原则有:①可测性，评价指标中的最底层次指标来源于具备可直接测量或可采集特性的历史数据；②独立性，同一层内的指标必须相互独立，不存在包含、因果、推导和重叠关系—致性，主要评价指标与评价目标之间保持一致，底层指标与上层指标之间存在一致，相似或相同事件的评价因素存在一致性；④可用性，评价指标既能反映评价目标的属性，还存在切实可行的量化方法可利用。⑤递阶性，按照评价指标与评价目标之间的直接与间接关系，确立主次因素分层的指标结构。
[0019]在每次事件评价之前，若在数据管理中心的基准评价库中检索到与本次评价相似的事件，进一步地优选核实评价指标库的评价因素集是否相同，若因素集相同，那么无需重复评价，直接参照历史事件评价来确定评价结果。若因素集不同或不存在类似事件评价，则需创建该事件的独立评价模型，并修正完善数据管理中心的评价指标库，从而利用多次事件的不同模型评价，形成切实可靠的评价结果。创建评价模型的执行步骤如下:
[0020](a)确定评价因素集
[0021]根据模糊综合评价指标体系原则，针对不同类型的风电场事件确立不同的因素集合U = (U1, u2,..., Ui,...un)，并且不同层次的评价因素，不能等同对待。
[0022](b)建立评价值集合
[0023]根据风力发电企业对评价目标对象做出的各种可能的评价结果集合D，该集合被量化为评语等级，一般划分等级为3到9级，就是D = ((I1, d2,..., Cli,...dp)，d,表示第i(0≤i≤p,3≤p≤ 9)个评价值,通常(Ii采用10分制数据表示。结合风电场事件的评价结果的可靠性和过程的复杂性，该集合的确立一般根据实际需求而定，例如针对风电场事件发生的严重程度的评语划分为{极小、较小、明显、严重、关键}。
[0024](C)确立模糊关系矩阵
[0025]针对某类风电场事件的每个因素Ui构成因素集合U，根据评价集D中的等级指标确定其隶属程度，如表1，计算方法为
【权利要求】
1.一种风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的评价方法为:首先建立风电场级数据管理中心，用于汇集管理每个风电场的所有事件数据；在数据管理中心里，每个风电场的事件数据通过事件信息库进行管理，每个事件信息库包括评价指标库和基准评价库两个子库；所述的评价指标库包含多个风电场采集与监控系统、状态监测设备和消防安防设备提供的各类历史运行数据，用于向风电场事件评价提供评价因素；所述的基准评价库用于管理每个风电场事件的历史评价模型和评价结果； 其次，对风电场事件进行综合评价，给出基于实际的历史运维参数的模糊综合评价方法；所述模糊综合评价方法针对含有多个因素的风电场事件进行模糊综合评价计算，分别输出每个因素指标的评价结果和总体的综合评价结果；所述综合评价计算步骤包括，先根据模糊综合评价指标体系原则从评价指标库里抽取数据构建风电场事件的评价因素集，确立评价值集合和构建模糊关系矩阵，进而形成模糊综合评价指标体系；再利用评价因素对确定事件的相对重要性实施主次评价因素权重计算；最终通过加权平均模糊合成运算输出风电场事件的评价结果； 最后，分析评价结果，找到解决风电场事件的技术手段，为指导上层管理机构有目的性地实施运维管理和采取预防措施提供决策手段，辅助现场维护人员实施现场运维工作。
2.按照权利I所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的评价方法包括以下具体步骤: 步骤1、建立风电场级数据管理中心，利用云收集功能分别汇集管理每个风电场的事件数据。所述数据管理中心里的每个风电场事件数据是以事件信息库为计量单位进行管理。所述风电场级数据管理中心的事件信息库包括基准评价库和评价指标库，基准评价库管理共享事件的评价模型和评价结果，从而对后续其他类似事件评价形成参考；评价指标库包括电气控制设备评价指标库、环境指标库和故障系数指标库3个子库，分层管理记录不同事件评价时所用的指标体系； 步骤2、对风电场事件进行模糊综合评价；结合步骤I建立的评价指标库和基准评价库，针对风电场发生的事件以及事件引起的迫害性损伤程度实施模糊综合评价，并进一步分析评价结果，对预防风电场事件发生、检修风电场设备、诊断故障事件及维修决策时采取的技术措施手段予以辅助和指导。
3.按照权利要求2所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，利用所述的电气控制设备评价指标库、环境指标库和故障系数指标库的数据确立评价因素集合U=(U1, U2,..., Ui,...un), Ui表示第i (O≤i≤n)个评价因素，若每个评价因素Ui下还包含下一层评价因素集，即为其中j，m≥O。
4.按照权利要求1所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的步骤2中的模糊综合评价的具体步骤如下: I)构建风电场事件的模糊综合评价指标体系，从步骤I建立的评价指标库中抽取数据来构建模糊综合评价指标体系；在每次事件评价之前，若在数据管理中心的基准评价库中检索到与本次评价相似的事件，进一步地优选核实评价指标库的评价因素集是否相同，若评价因素集相同，则无需重复评价，直接参照历史事件评价来确定评价结果；若评价因素集不同或不存在类似事件评价，则需创建该事件的独立评价模型，并修正完善数据管理中心的评价指标库；2)确定事件的主次评价因素权重； 3)利用风电场事件的模糊综合评价计算得出风电场事件的每个因素指标的评价结果和总体的综合评价结果，寻找解决风电场事件的技术手段； 4)分析风电场事件的综合评价结果，如果评价结果切合实际，并且在数据管理中心的基准评价库里不存在相似事件评价历史记录，则此次评价模型和评价结果纳入基准评价库中，参与后续类似事件评价分析。
5.按照权利要求4所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的构建风电场事件的模糊综合评价指标体系的方法是: (a)确定评价因素集 根据模糊综合评价指标体系原则，针对不同类型的风电场事件确立不同的因素集合U=(U1, U2,...，Ui,...Un); (b)建立评价值集合 根据风力发电企业对评价目标对象做出的各种可能的评价结果集合D，该集合被量化为评语等级，一般划分等级为3到9级，即D = ((I1, d2,..., Cli,...dp)，d,表示第i(0≤i≤p，3^p^9)个评价值，通常Cli采用10分制数据表示； (C)确立模糊关系矩阵 针对某类风电场事件的每个因素Ui构成因素集合U，根据评价集D中的等级指标确定其隶属程度，如表1，计算方法为
6.按照权利要求4所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的利用风电场事件的模糊综合评价计算得出风电场事件的每个因素指标的评价结果和总体的综合评价结果的步骤如下: Ca)首先对子因素层指标uu的模糊关系矩阵作加权平均模糊合成运算，得到子因素层指标Uu对其上一层因素指标Ui的评价结果bu，由bu构成底层因素Uu对主评价因素Ui的评价结果向量集合Bi，其中i表示第i层因素指标，j表示相同的i层中的第j个子目标:
7.按照权利要求4所述的风电场运行监控及事件综合评价方法，其特征在于，所述的分析风电场事件综合评价结果的方法如下: 设定某个风电场事件的评价因素U与该事件之间的影响等级向量为5分等级(Ii (I ^ i ^ 5),评语划分为{极小Cl1、较小d2、明显d3、严重d4、关键dj , 这样，采用5分评语等级划分事件类型,则得到关系矩阵R = Ir1, r2, r3, r4, r5},经过加权平均得出各分层次要因素对主因素指标Ui的评价结果T(i)为:
【文档编号】G06Q50/06GK103793859SQ201410059067
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】门艳娇, 李海东, 张雷, 武鑫, 许洪华, 赵栋利, 赵斌, 谷海涛, 王朝 申请人:北京科诺伟业科技股份有限公司, 保定科诺伟业控制设备有限公司