CN110541795A - 一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法：风电机组的主控***实时采集风电机组中两个振动加速度传感器X方向和Y方向的振动加速度测量值，并按以下步骤对测量值进行处理和计算：1)、风电机组的主控***根据采集的X方向、Y方向的振动加速度测量值，实时计算两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值，2)、风电机组的主控***根据步骤1)所得的绝对差值实时计算各方向绝对差值的10s平均值，3)、风电机组的主控***计算对风偏航期间振动加速度数据的有效性判定标准值，4)、风电机组的主控***判定对风偏航期间振动加速度数据的有效性及选择保护策略。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电领域，特别涉及一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法。
背景技术
振动加速度传感器是风电机组安全保护的核心器件，通常通过刚性连接安装于风电机组机舱主轴下方的机舱中轴线附近，可以测量机舱前后方向即X方向和机舱左右方向即Y方向的振动加速度。振动加速度传感器的测量值送入风电机组主控***，当振动加速度过大时，主控***必须控制风电机组停机，否则风电机组可能会因机舱振动过大而倒塌。通常陆上风电机组只安装一套振动加速度传感器，而海上风电机组因更高的安全和稳定要求，出于冗余考虑，安装有两套振动加速度传感器。
通常，振动加速度传感器测量的振动加速度反映的就是机舱真实的振动情况，当测量的振动加速度超过机组设计的保护限值时，必须立即控制风电机组停机，以保证机组的安全。但是随着机组的长期运行，如果偏航刹车片发生磨损，在机组对风偏航以及对风偏航停止过程中，会因刹车片表面不平整或碳粉沉积，导致刹车片与刹车盘间异常摩擦，这种摩擦产生的高频微幅振动会通过机舱机架传导到振动加速度传感器的测量芯片中，干扰测量元件的正常测量，造成振动加速度传感器输出很大的振动加速度测量值，当测量值超过保护限制时，机组会立即报振动超限故障而停机，这时导致机组停机的原因并不是机舱真实的振动加速度。发生上述异常摩擦时，维护人员必须登上机组塔筒顶部，对刹车盘上沉积的碳粉进行清理，磨损严重时则需要更换刹车片才能让机组恢复正常运行。对于陆上风电机组，发生故障后维护人员可以立即登上机组进行维护处理，让机组恢复运行，但是海上风电机组发生该故障后，由于天气或海况原因，维护人员可能需要好几天后才能出海进行处理，该段时间内机组会频繁报振动超限故障，将严重影响风电机组的正常运行。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其能提高风电机组的利用率，从而增加发电机组的发电量。
本发明的技术方案是：一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法如下：风电机组的主控***实时采集风电机组中两个振动加速度传感器X方向和Y方向的振动加速度测量值，设定振动加速度测量值失真判断系数Kp，并设定两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值，按以下步骤对X方向和Y方向的振动加速度测量值进行处理和计算：
1)、风电机组的主控***根据采集的X方向、Y方向的振动加速度测量值，实时计算两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值，进入步骤2)；
2)、风电机组的主控***根据步骤1)所得的绝对差值实时计算各方向绝对差值的10s平均值，进入步骤3)；
3)、风电机组的主控***计算对风偏航期间振动加速度数据的有效性判定标准 值：
3-1)、当对风偏航装置进入对风偏航状态时刻，风电机组的主控***记录进入时刻按步骤2)实时计算的各方向绝对差值的10s平均值；
3-2)、用步骤3-1)进入对风偏航状态时刻记录的10s平均值与设定的两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值进行比较，取其中最小值作为判定标准值；
4)、风电机组的主控***判定对风偏航期间振动加速度数据的有效性及选择保护策略：
4-1)、若对风偏航装置结束对风偏航，时间超过8s后，两个振动加速度传感器恢复正常测量，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略；
4-2)、若对风偏航装置未结束对风偏航，或结束对风偏航但时间还未达到8s，风电机组的主控***判断振动加速度测量数据是否失真；
4-2-1)、将步骤3-2)所得的判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积，与按步骤1)实时计算的两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值进行比较，只要X方向或Y方向的振动加速度测量值的绝对差值大于判定标准值与振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积，则判定当前振动加速度测量值存在干扰，振动加速度测量失真，进入振动加速度测量失真状态，否则判定当前振动加速度测量值有效，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略；
4-2-2)、当处于振动加速度测量失真状态后，若实时计算的X方向和Y方向的振动加速度测量值的绝对差值均小于步骤3-2)所述判定标准值，则风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，否则风电机组的主控***采用振动加速度测量数据失真保护策略；
所述最大偏差值是长期运行数据的经验值，通常为0.15m/s2。
所述振动加速度测量值失真判断系数Kp为现场实验得到的针对该风场的最优值。
所述现场实验得到的针对该风场的最优值一般设为2。
所述振动加速度正常保护策略为，当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过风电机组设计的保护限值时，风电机组报振动超限故障停机，否则风电机组正常运行。
所述振动加速度测量数据失真保护策略为，当两个振动加速度传感器的测量值都超过风电机组设计的保护限值时，风电机组报振动超限故障停机，否则风电机组正常运行。
采用上述技术方案：通过在海上风电机组主控***的控制程序中增加一种机舱振动加速度数据的判定方法。风电机组的主控***采集到两个振动加速度传感器的测量值后，通过本发明的判定方法对测量值进行处理和计算，可以辨别对风偏航装置在对风偏航期间的振动加速度传感器的测量值是否存在干扰，从而判定振动加速度测量值是否为测得的真实的机舱振动。因此风电机组的主控***可以根据振动加速度测量值是失真的还是有效的，采用不同的振动加速度保护策略，若振动加速度测量值时有效的，则采用振动加速度正常保护策略，若振动加速度测量值失真，则采用振动加速度测量数据失真保护保护策略，使风电机组只会在出现真实的机舱振动超过保护限值时报故障停机，而对于由偏航刹车片或者偏航刹车盘异常摩擦等干扰因素引起的振动加速度测量值保护超限值，风电机组则不会报振动超限故障，风电机组将维持机组正常运行，这样就可以防止风电机组因误报故障而停机，从而提高风电机组的利用率，增加风电机组的发电量。并且，维护人员不会因误报的故障出海维修，大大节约了人工成本。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的具体流程图；
图2为计算振动加速度测量值的绝对差值的10s平均值的流程图；
图3为计算对风偏航期间振动加速度数据有效性的判定标准值的流程图；
图4对风偏航期间振动加速度数据有效性判定及振动保护策略选择的流程图；
图5本发明方法在风场实验的运行状态图。
具体实施方式
参见图1至图4，一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法如下：
风电机组的主控***实时采集风电机组中两个振动加速度传感器X方向和Y方向的振动加速度测量值，设定振动加速度测量值失真判断系数Kp，并设定两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值，按以下步骤对X方向和Y方向的振动加速度测量值进行处理和计算：
1)、风电机组的主控***根据采集的X方向、Y方向的振动加速度测量值，实时计算两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值，进入步骤2)。该绝对差值采用以下公式计算：
ACC_ERR_X＝ABS(ACC1_X-ACC2_X)；
ACC_ERR_Y＝ABS(ACC1_Y-ACC2_Y)；
其中：
ACC1_X：振动加速度传感器1实时采集的X方向振动加速度测量值；
ACC2_X：振动加速度传感器2实时采集的X方向振动加速度测量值；
ACC1_Y：振动加速度传感器1实时采集的Y方向振动加速度测量值；
ACC2_Y：振动加速度传感器1实时采集的Y方向振动加速度测量值；
ACC_ERR_X：实时计算的振动加速度传感器1、2的X方向振动加速度测量值的绝对差值；
ACC_ERR_Y：实时计算的振动加速度传感器1、2的Y方向振动加速度测量值的绝对差值；
2)、风电机组的主控***根据步骤1)所得的绝对差值通过时间常数为10s的线性滤波器分别实时计算X方向绝对差值的10s平均值ACC_ERR_X_Avg10s和Y方向绝对差值的10s平均值ACC_ERR_Y_Avg10s，进入步骤3)。
3)、风电机组的主控***计算对风偏航期间振动加速度数据的有效性判定标准值：
3-1)、风电机组的主控***检测对风偏航装置是否启动对风偏航；
3-1-1)、若对风偏航装置未启动对风偏航，则风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，此时，当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过保护限值，风电机组就会报超限故障，执行快速停机，当两个振动加速度传感器的测量值都没有超过保护限值时，风电机组维持正常运行；
3-1-2)、若对风偏航装置启动对风偏航，当对风偏航装置进入对风偏航状态时刻，风电机组的主控***记录进入时刻按步骤2)实时计算的X方向绝对差值的10s平均值ACC_ERR_X_Avg10s和Y方向绝对差值的10s平均值ACC_ERR_Y_Avg10s，进入步骤3-2)；
3-2)、用步骤3-1-2)进入对风偏航状态时刻记录的X方向绝对差值的10s平均值与设定的两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值进行比较，取其中最小值作为X方向振动加速度测量值有效性的判定标准值ACC_STAD_X，用步骤3-1-2)进入对风偏航状态时刻记录的Y方向绝对差值的10s平均值与设定的两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值进行比较，取其中最小值作为Y方向振动加速度测量值有效性的判定标准值ACC_STAD_Y。
所述最大偏差值是长期运行数据的经验值，通常为0.15m/s2。该最大偏差值是通过收集没有对风偏航期间的振动数据进行统计，得出的正常情况下两个振动加速度传感器之间同方向测量值可能出现的最大差值，0.15m/s2为已经考虑到风场差异得出的一个经验值，可适用于绝大多数的风场。在计算判定标准值时利用该最大偏差值作为比较值，可以防止风电机组的对风偏航装置在进入对风偏航时刻就出现振动加速度传感器测量失真，导致判定标准值过大无法准确判定测量值的有效性，从而失去有效性判定的意义。
4)、风电机组的主控***判定对风偏航期间振动加速度数据的有效性及选择保护策略：
4-1)、若对风偏航装置结束对风偏航，时间超过8s后，两个振动加速度传感器恢复正常测量，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，此时，当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过风电机组设计的保护限值，风电机组就会报超限故障，执行快速停机，当两个振动加速度传感器的测量值都没有超过保护限值时，风电机组维持正常运行。
4-2)、由于风电机组的偏航电机驱动变频器的停止时间为8s，因此若对风偏航装置结束对风偏航，时间还未达到8s，即认为对风偏航装置还处于对风偏航状态，风电机组的主控***将按以下步骤判断振动加速度测量数据是否失真；
4-2-1)、将步骤3-2)所得的判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积，分别与与按步骤1)实时计算的两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值进行比较，只要X方向的振动加速度测量值的绝对差值ACC_ERR_X大于X方向判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积ACC_STAD_X*Kp，或Y方向的振动加速度测量值的绝对差值ACC_ERR_Y大于Y方向判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积ACC_ERR_Y*Kp，则判定当前振动加速度测量值存在干扰，振动加速度测量失真，进入振动加速度测量失真状态；否则判定当前的振动加速度测量值有效，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，此时，当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过风电机组设计的保护限值，风电机组就会报超限故障，执行快速停机，当两个振动加速度传感器的测量值都没有超过保护限值时，风电机组维持正常运行。
所述振动加速度测量值失真判断系数Kp为现场实验得到的针对该风场的最优值。该判断系数Kp为风场的可调参数，可以根据实际情况调节，在本实施例中Kp设为2，且Kp＝2也适用于大多数风场；当然，判断系数Kp也可以根据所在风场的实际情况设定，并不仅仅只限于2。如果现场发现不能识别出干扰，偏航期间还是产生了误报振动超限，就可以将Kp往小调一点，使之能准确识别出干扰。
4-2-2)、当处于振动加速度测量失真状态后，若按步骤2)实时计算的X方向的振动加速度测量值的绝对差值ACC_ERR_X小于X方向判定标准值ACC_STAD_X，且Y方向的振动加速度测量值的绝对差值ACC_ERR_Y小于Y方向判定标准值ACC_STAD_Y，则振动加速度传感器恢复正常测量，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，此时，当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过风电机组设计的保护限值，风电机组就会报超限故障，执行快速停机，当两个振动加速度传感器的测量值都没有超过保护限值时，风电机组维持正常运行；否则风电机组的主控***采用振动加速度测量数据失真保护策略。
由于对振动加速度测量造成干扰的高频微幅振动在机架中的传导具有不一致性，对风偏航过程中风电机组是被随机干扰的，因此两个振动加速度传感器不会同时被该高频微幅振动影响，当风电机组的主控***采用振动加速度测量数据失真保护策略时，只有两个振动加速度传感器的测量值都超过风电机组设计的保护限值时，风电机组才会报超限故障，执行快速停机，否则风电机组将维持正常运行。
5)无论风电机组是维持正常运行还是报超限故障执行快速停机，风电机组的主控***都将按上述步骤循环往复地对两个振动加速度传感器的测量值进行处理和计算，实时监测机舱的振动。
将上述判定方法应用在江苏如东八仙角海上风场中，实际运行状态如图5所示，图中，
Acceleration：振动加速度测量值；
YawMotor：风电机组偏航状态，为“1”时表示偏航装置在进行偏航，为“0”时表示偏航装置未发生偏航；
Acceleration Limit Exceeded：振动加速度瞬时振动超限故障状态，为“1”时表示故障触发，为“0”时表示未触发故障；
从图中可以看出，偏航装置每次发生偏航时，即YawMotor为1时，振动加速度传感器的测量值Acceleration都出现了增大的波动，但是振动加速度瞬时振动超限故障状态始终为0，说明风电机组在发生偏航时没有报振动超限故障执行停机，由此可见本判定方法能成功判断振动加速度传感器测量值的有效性，从而判断振动加速度传感器的测量值是否为真实的机舱振动。
通过本发明的判定方法对振动加速度传感器的测量值进行处理和计算，可以辨别对风偏航装置在对风偏航期间的振动加速度传感器的测量值是否存在干扰，从而判定振动加速度测量值是否为测得的真实的机舱振动。因此风电机组的主控***可以根据振动加速度测量值是失真的还是有效的，采用不同的振动加速度保护策略，若振动加速度测量值时有效的，则采用振动加速度正常保护策略，若振动加速度测量值失真，则采用振动加速度测量数据失真保护保护策略，使风电机组只会在出现真实的机舱振动超过保护限值时报故障停机，而对于由偏航刹车片或者偏航刹车盘异常摩擦等干扰因素引起的振动加速度测量值保护超限值，风电机组则不会报振动超限故障，风电机组将维持机组正常运行，这样就可以防止风电机组因误报故障而停机，降低甚至是消除了风电机组的故障误报率，从而提高风电机组的利用率，增加风电机组的发电量。并且，维护人员不会因误报的故障出海维修，避免维护人员出海做无用功，大大节约了人工成本。
Claims (6)
1.一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于判定方法如下：
风电机组的主控***实时采集风电机组中两个振动加速度传感器X方向和Y方向的振动加速度测量值，设定振动加速度测量值失真判断系数Kp，并设定两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值，按以下步骤对X方向和Y方向的振动加速度测量值进行处理和计算：
1)、风电机组的主控***根据采集的X方向、Y方向的振动加速度测量值，实时计算两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值，进入步骤2)；
2)、风电机组的主控***根据步骤1)所得的绝对差值实时计算各方向绝对差值的10s平均值，进入步骤3)；
3)、风电机组的主控***计算对风偏航期间振动加速度数据的有效性判定标准值：
3-1)、当对风偏航装置进入对风偏航状态时刻，风电机组的主控***记录进入时刻按步骤2)实时计算的各方向绝对差值的10s平均值；
3-2)、用步骤3-1)进入对风偏航状态时刻记录的10s平均值与设定的两个振动加速度传感器同方向测量值的最大偏差值进行比较，取其中最小值作为判定标准值，进入步骤4)；
4)、风电机组的主控***判定对风偏航期间振动加速度数据的有效性及选择保护策略：
4-1)、若对风偏航装置结束对风偏航，时间超过8s后，两个振动加速度传感器恢复正常测量，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略；
4-2)、若对风偏航装置未结束对风偏航，或结束对风偏航但时间还未达到8s，风电机组的主控***判断振动加速度测量数据是否失真；
4-2-1)、将步骤3-2)所得的判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积，与按步骤1)实时计算的两个振动加速度传感器在相同方向的振动加速度测量值的绝对差值进行比较，只要X或Y方向的振动加速度测量值的绝对差值大于判定标准值和振动加速度测量值失真判断系数Kp的乘积，则判定当前振动加速度测量值存在干扰，振动加速度测量失真，进入振动加速度测量失真状态；否则判定当前振动加速度测量值有效，风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略；
4-2-2)、当处于振动加速度测量失真状态后，若实时计算的X和Y方向的振动加速度测量值的绝对差值均小于步骤3-2)所述判定标准值，则风电机组的主控***采用振动加速度正常保护策略，否则风电机组的主控***采用振动加速度测量数据失真保护策略。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于：所述最大偏差值采用长期运行数据的经验值，通常为0.15m/s2。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于：所述振动加速度测量值失真判断系数Kp为现场实验得到的针对该风场的最优值。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于：所述现场实验得到的针对该风场的最优值一般设为2。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于：所述振动加速度正常保护策略是当两个振动加速度传感器中任意一个的测量值超过风电机组设计的保护限值时，风电机组报振动超限故障停机，否则风电机组正常运行。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电机组机舱振动加速度数据有效性的判定方法，其特征在于：所述振动加速度测量数据失真保护策略是当两个振动加速度传感器的测量值都超过风电机组设计的保护限值时，风电机组报振动超限故障停机，否则风电机组正常运行。
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