[发明专利]一种解决风电机组叶轮不平衡故障的方法

说明书

一种解决风电机组叶轮不平衡故障的方法，通过配重的方式来消除叶轮不平衡故障，其步骤为：（1）将叶片的安装误差角作为气动不平衡的施加参数，结合叶片的设计参数作为建模依据，形成叶片模型；（2）将步骤（1）得到的叶片模型与风机传动链动力学模型、额定转速所需的气动力一起建立风机整机动力学分析模型；（3）利用步骤（2）得到的风机整机动力学分析模型计算发电机功率曲线，并将得到的发电机功率曲线与正常状态下的功率曲线进行对比，找出叶轮不平衡故障所需配重的最佳位置。本发明具有原理简单、精度高、提高叶轮可靠性和稳定性等优点。

技术领域

本发明主要涉及到风电机组领域，特指一种适用于解决风电机组叶轮不平衡故障的方法。

背景技术

叶轮作为风力机的重要部件，对风力机组安全稳定运行影响很大，叶轮不平衡故障是叶轮的主要故障之一，风力发电机组在常年运行过程中，由于风沙对叶片造成的磨损、在寒冷地区叶片结冰抑或旋转过程中叶片内部填充材料在离心力作用下发生松动朝叶尖偏移等均可能造成风力机的质量不平衡故障，特别是风力机的容量越来越大，叶轮直径越来越大，塔架高度也越高，风力机的柔性也越强，叶轮不平衡故障会造成风力机整体结构的巨大振动，同时也会使传动链部件产生疲劳应力进而影响风力机的寿命。在风电机组整机载荷计算中，根据相关规范或标准，需要考虑风轮的不平衡。

风轮的不平衡故障包括质量不平衡和气动力不平衡，当前针对风力机不平衡故障的研究方法主要沿用了其它旋转机械基于实验的振动信号处理方法，但风机所处的环境恶劣，需要在风力机上安装大量的传感器，方法成本较高同时可靠性也较差；其实验方法也难以获得大量的针对某种故障的典型信号，同时难于从机理的角度对故障的影响进行分析。有学者在试验中发现了可以通过发电机的电功率信号来检测风力机的质量不平衡故障，但未对该诊断方法提供理论解释。另有人从故障建模与仿真的角度研究了不平衡故障，对该故障的形成机理进行了阐述，该方法还可以仿真出足够数量的有代表性的各类故障信号，这些信号可以应用到譬如神经网络的训练等需要大量数据的场合，这些故障数据还可以用来试验和比较不同的故障诊断算法，进而对开发新的故障诊断算法也具有重要意义。

但现有的研究无论是基于振动信号还是基于电信号的故障诊断、还是故障模型等都只能对质量不平衡故障和气动不平衡故障进行诊断，并没有给出解决叶轮不平衡故障的具体方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、精度高、提高叶轮可靠性和稳定性的解决风电机组叶轮不平衡故障的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种解决风电机组叶轮不平衡故障的方法，通过配重的方式来消除叶轮不平衡故障，其步骤为：

（1）将叶片的安装误差角作为气动不平衡的施加参数，结合叶片的设计参数作为建模依据，形成叶片模型；

（2）将步骤（1）得到的叶片模型与风机传动链动力学模型、额定转速所需的气动力一起建立风机整机动力学分析模型；

（3）利用步骤（2）得到的风机整机动力学分析模型计算发电机功率曲线，并将得到的发电机功率曲线与正常状态下的功率曲线进行对比，找出叶轮不平衡故障所需配重的最佳位置。

作为本发明的进一步改进：所述步骤（3）中，设定一个误差理论允许值，将得到的发电机功率曲线与正常状态下的功率曲线进行对比，如果误差小于误差理论允许值，则计算终止，此时的配重质量、配重距离、叶片编号即为解决不平衡进行配重的具体参数；如果误差大于误差理论允许值，给出新的配重质量和配重距离，风机整机动力学分析模型再根据新的配重值重新计算，按配重叶片的顺序依次进行，直到得到最优的结果，停止计算。

作为本发明的进一步改进：在步骤（3）的过程中，新的配重质量和配重距离是通过ISIGHT参数优化程序给出的。