风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法及装置与流程

本公开涉及风力发电，更具体地说，涉及一种风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法及装置。

背景技术：

1、风力发电机组的偏航控制系统大多采取主动偏航对风方式，通过实时调节风轮的迎风位置，使得机组实现最大风能捕获和降低载荷，通常采用液压偏航刹车系统。在风力发电机组频繁的偏航和制动下，易出现偏航振动失稳以及偏航闸片磨损等问题，报出加速度超限故障并停机。通常在偏航加速度超限故障发生后，风力发电机组在经过一段时间之后进行自动复位，但是如果没有排除掉触发故障的原因，则故障会频繁触发，频繁的启停机会影响各零部件的使用寿命，增加机组运维难度和成本，也会造成机组发电量损失。造成机组偏航加速度超限故障的原因有很多，除了偏航耦合振动以外，还主要包括：极端风况、塔影效应、塔筒耦合振动、变桨耦合振动、主控系统耦合振动、电气电力系统耦合振动等引起机组共振，此外加速度传感器安装不当、松动、异响等问题也会导致机组频繁报出加速度超限故障。通常，可通过在关键部件上加装高频振动传感器来采集高频振动数据，并结合时域和频域方法提取故障特征，以实现机组振动状态监测和故障诊断，但是此类方案主要存在易受噪声影响和成本高等问题。此外，现有的监测偏航刹车系统部件的方案主要是通过监测偏航刹车片、刹车片厚度、磨损情况来监测偏航刹车系统的工作状态，此类方案需要加装额外的传感器，且功能单一，无法全面监测偏航振动异常问题，也无法诊断偏航加速度超限故障的原因。另外，基于机器学习算法的方案存在过拟合与解释性差的问题。例如，在基于朴素贝叶斯算法的风机机舱振动故障诊断系统及方法中采用的样本必须满足条件独立性假设，而偏航相关数据(风速、风向、偏航指令、偏航刹车压力、机舱加速度等)的耦合性较强，导致算法面临着过拟合与解释性差的风险。总之，引发机组偏航加速度超限故障的原因有很多，因此难以准确预警和诊断机组偏航加速度超限故障，并且现有的方案存在易受噪声影响、成本高、需要加装额外的传感器、算法面临过拟合与解释性差的风险等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本公开提出一种风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法及装置、计算系统及计算机可读存储介质。

2、根据本公开的一方面，提供一种风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法，所述方法包括：获取所述风力发电机组处于非偏航状态下的运行数据以及处于偏航状态下的运行数据；针对所述风力发电机组的每个叶轮转速区间，确定所述风力发电机组处于非偏航状态下的运行数据的第一统计特征值以及所述风力发电机组处于偏航状态下的运行数据的第二统计特征值；响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因。

3、可选地，所述第一统计特征值包括所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的均值和方差以及偏航余压中位数，所述第二统计特征值包括所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的均值和方差以及偏航余压中位数。

4、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的偏航余压中位数，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的偏航余压中位数，其中，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因的步骤包括：响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个超出预设范围，确定所述风力发电机组存在偏航余压异常或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为偏航余压异常。

5、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的均值，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的均值，其中，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因的步骤包括：响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个大于预定阈值，确定所述风力发电机组存在加速度传感器异常或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为加速度传感器异常。

6、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因的步骤包括：响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第二阈值，确定所述风力发电机组存在偏航振动异响或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为偏航振动异响。

7、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因的步骤包括：针对指示所述风力发电机组处于停机或启机偏航对风状态的叶轮转速区间，响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第三阈值，确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为风机停机或启机偏航对风时塔筒共振或者偏航刹车系统故障。

8、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因的步骤包括：针对指示所述风力发电机组处于并网发电状态的叶轮转速区间，响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第三阈值，确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为风机偏航扭矩失稳或者偏航异响。

9、根据本公开的另一方面，提供一种风力发电机组的偏航故障预警和诊断装置，所述装置包括：数据获取单元，获取所述风力发电机组处于非偏航状态下的运行数据以及处于偏航状态下的运行数据；统计特征值确定单元，针对所述风力发电机组的每个叶轮转速区间，确定所述风力发电机组处于非偏航状态下的运行数据的第一统计特征值以及所述风力发电机组处于偏航状态下的运行数据的第二统计特征值；预警和诊断单元，响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个满足预设条件，确定所述风力发电机组发生偏航故障或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因。

10、可选地，所述第一统计特征值包括所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的均值和方差以及偏航余压中位数，所述第二统计特征值包括所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的均值和方差以及偏航余压中位数。

11、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的偏航余压中位数，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的偏航余压中位数，其中，预警和诊断单元响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个超出预设范围，确定所述风力发电机组存在偏航余压异常或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为偏航余压异常。

12、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的均值，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的均值，其中，预警和诊断单元响应于所述第一统计特征值和所述第二统计特征值中的至少一个大于预定阈值，确定所述风力发电机组存在加速度传感器异常或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为加速度传感器异常。

13、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，预警和诊断单元响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第二阈值，确定所述风力发电机组存在偏航振动异响或者确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为偏航振动异响。

14、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，预警和诊断单元针对指示所述风力发电机组处于停机或启机偏航对风状态的叶轮转速区间，响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第三阈值，确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为风机停机或启机偏航对风时塔筒共振或者偏航刹车系统故障。

15、可选地，所述第一统计特征值为所述风力发电机组处于非偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，所述第二统计特征值为所述风力发电机组处于偏航状态下的机舱加速度有效值的方差，其中，预警和诊断单元针对指示所述风力发电机组处于并网发电状态的叶轮转速区间，响应于所述第一统计特征值小于第一阈值并且所述第二统计特征值大于第三阈值，确定所述风力发电机组发生偏航故障的原因为风机偏航扭矩失稳或者偏航异响。

16、根据本公开的另一方面，提供一种包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的计算系统，其中，所述指令在被所述至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如上所述的风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法。

17、根据本公开的再一方面，提供一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行如上所述的风力发电机组的偏航故障预警和诊断方法。

18、根据本公开的又一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的计算系统。

19、通过采用本公开，能够对风力发电机组偏航振动状态进行全工况监测，并且能够在发生偏航故障之后准确地诊断故障发生的原因及相应工况，且无需加装额外的传感设备，从而有助于提升机组稳定性、降低运维成本和减少发电量损失。