[发明专利]一种风电机组齿轮箱的故障预警方法

权利要求书

1.一种风电机组齿轮箱的故障预警方法，其特征是，包括如下步骤：

S1、数据获取：获取风电机组SCADA系统中的数据和记录，数据和记录的时间跨度包括风电机组正常运行、故障形成、故障显现在内的各阶段；

S2、建模变量选取：选取包括风速、发电机转速、发电机有功功率、齿轮箱温度、上一时刻齿轮箱温度的历史数据在内的各种参数作为齿轮箱NSET建模变量；

S3、数据预处理：删除步骤S1中所获的SCADA数据中的异常数据，然后对数据进行归一化处理；

S4、利用步骤S2中选取的各种参数建立齿轮箱NSET温度预测模型；

S5、使用建立的NSET温度预测模型，预测齿轮箱的温度，得到温度的实际值与预测值之间的残差；

S6、确定残差阈值，当残差超出阈值时即发出风电机组齿轮箱故障预警的报警信息；

步骤S3的具体操作方式如下：

S3-1、将步骤S1中所获取的SCADA数据划分成三个部分：训练集、验证集、试验集；

S3-2、剔除训练集中的风速大于风电机组切入风速3m/s、且输出功率等于零的数据点；

S3-3、根据所获数据，建立训练集风速-功率曲线，再参照IEC61400-12-1“分箱”划分法，以每0.5m/s风速为一个划分区间，将训练集风速-功率曲线划分成若干个区间；

S3-4、用3σ准则法检测训练集各风速区间中风速小于等于5m/s的异常值，并将异常值标记出来；用中位数准则法检测训练集各风速区间中风速大于5m/s的异常值，并将异常值标记出来；

S3-5、剔除步骤S3-4中标记的异常值以及训练集中的负功率数据；

S3-6、对训练集中保留下来的数据进行归一化操作；

步骤S3-4检测异常值的具体操作方式如下：

当训练集的风速小于等于5m/s时，功率应满足公式(1)的计算结果：

其中，P_b是某风速区间的第b个功率值，是功率平均值，σ是标准差；

当训练集的风速大于5m/s时，功率应满足公式(2)至公式(5)的计算结果：

|δ_j|＝|P_j-MED|(j＝1,2,…,m) (3)

MED-3M_δ≤P_j≤MED+3M_δ (5)

其中，MED为功率中位数，k＝0,1,2,L，|δ_j|为中位数偏差，P_j为某风速区间的第j个发电机有功功率，M_δ为|δ_j|的中位数；

步骤S5的具体操作方式如下：

S5-1、使用建立的NSET温度预测模型，分别对训练集、验证集和试验集中的齿轮箱温度进行预测；

S5-2、使用验证集和试验集中的齿轮箱实际温度减去步骤S5-1预测的预测温度，得到关于验证集的温度残差序列以及关于试验集的温度残差序列；

步骤S6的具体操作方式如下：

S6-1、根据步骤S5-2所获得的关于验证集的温度残差序列，分别计算残差均值和均方根误差S_ε；

S6-2、根据残差均值和均方根误差S_ε，计算残差阈值；

S6-3、当试验集的温度残差序列多次持续超出残差阈值时，即发出风电机组齿轮箱故障预警的报警信息。

2.根据权利要求1所述的风电机组齿轮箱的故障预警方法，其特征是，步骤S6-2的残差阈值的确定方式是：根据步骤S5-2所获得的关于验证集的温度残差序列，计算得到验证集中预测温度与实际温度的残差，并由公式(7)计算得到温度残差均值和均方根误差S_ε；

其中，N为验证集数据个数，ε_i为验证集的第i个残差，为残差均值，S_ε为均方根误差；

再由公式(8)计算得到残差阈值H_ε；

其中，H_ε为齿轮箱温度残差阈值，为残差均值，S_ε为均方根误差。