风电机组主轴承健康状况评估方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及健康状况评估技术领域，具体而言，涉及一种风电机组主轴承健康状况评估方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.在传统风电机组中，主轴承作为风电机组的核心部件之一，起着十分重要的作用，同时也是造成风电机组故障的主要原因之一。
3.由于风电机组面临的工作环境具有挑战性，较为恶劣的工作环境使其更易受雨雪、冰冻等自然灾害的侵害，造成其内部出现润滑不良而导致各种问题，更有甚者可能导致整机瘫痪。因此如何准确的对风电机组部件进行科学、有效的状况检测及健康状况评估已成为社会生产发展的迫切需要。
4.主轴承故障检测现有最直接的方式是加装在线振动监测系统，以此来分析主轴承故障，但早期的风机并不具备该系统，因此适用性较差；现如今，除在线振动监测系统以外的故障检测方法，较为普遍的是通过scada系统数据来侧面去推算主轴承是否会出现故障，其中跟振动最接近的一个数据就是主轴承的温度。
5.scada系统的风机测点有上百个，除主轴承温度以外有些参数是相关的，有些是不怎么相关的，现有技术通常通过各测点的数据进行综合分析来反映风电机组主轴承的健康状况，无法实现实时性监测，无法保证检测精确度，并且可靠性低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供风电机组主轴承健康状况评估方法、系统、设备及介质，提高风电机组主轴承健康度监测的实时性、精确性以及可靠性，以解决背景技术中所指出的问题。
7.本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种风电机组主轴承健康状况评估方法，包括如下步骤：
8.获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度；
9.获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度；
10.获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度；
11.根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，其中，所述t-1时刻包含在t周期内。
12.根据一种优选实施方式，所述获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度，包括：
13.获取所述风电机组在t周期内的实际风速平均值以及在该周期内t-1时刻的预测
风速值，根据所述实际风速平均值和所述预测风速值确定所述风速期望差值；
14.确定风速偏差阈值与风速期望差值之间的偏差作为所述主轴承的第一健康度。
15.根据一种优选实施方式，所述获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度，包括：
16.获取所述风电机组在t周期内的输出功率平均值以及在该周期内t-1时刻的输出功率，根据所述输出功率平均值和所述输出功率确定所述输出功率差值；
17.确定输出功率偏差阈值与输出功率差值之间的偏差作为所述主轴承的第二健康度。
18.根据一种优选实施方式，所述获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度，包括：
19.获取所述风电机组在t周期内的机舱温度平均值以及在该周期内t-1时刻的机舱温度值，根据所述机舱温度平均值和所述机舱温度值确定所述温度差值；
20.确定机舱温度偏差阈值与温度差值之间的偏差作为所述主轴承的第三健康度。
21.根据一种优选实施方式，所述根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，包括：
22.采用马尔科夫链分别为第一健康度、第二健康度、第三健康度建立状况转移矩阵，以时间序列作为输入，预测未来时刻t时的第一健康度、第二健康度以及第三健康度转移概率；
23.将第一健康度、第二健康度以及第三健康度对应的概率作为主轴承温度预测中的不确定场景概率，计及当前时刻t-1时的主轴承温度进行主轴承健康状况评估。
24.本发明还提供一种风电机组主轴承健康状况评估系统，应用到如上述所述的方法，包括：
25.第一健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度；
26.第二健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度；
27.第三健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度；
28.健康状况评估模块，用于根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，其中，所述t-1时刻包含在t周期内。
29.本发明还提供一种电子设备，包括：存储器，所述存储器存储执行指令；以及处理器，所述处理器执行所述存储器存储的执行指令，使得所述处理器执行如上述所述的方法。
30.本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如上述所述的方法。
31.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明所提供的风电机组主轴承健康状况评估方法、系统、设备及介质，通过设置多个确定和评价流程，实现对风电机组的风速、输出功率和机舱温度的监测和评价，计及上一周期的主轴承温度进行推算最终得到更为精确的主轴承温度相关参数评价结果，通过主轴承温度去推算主轴承是否会出现故障，提高了风电机组主轴承健康状况监测的实时性、精确性以及可靠性。
附图说明
32.图1为本发明实施例1提供的风电机组主轴承健康状况评估方法的流程示意图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.实施例1
35.参见图1所示，图1为本发明实施例所提供的风电机组主轴承健康状况评估方法的流程示意图。
36.本发明所提供的风电机组主轴承健康状况评估方法，包括如下步骤：
37.1)、获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度。
38.在本实施例的一种实施方式中，所述获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度，包括：
39.获取所述风电机组在t周期内的实际风速平均值以及在该周期内t-1时刻的预测风速值，根据所述实际风速平均值和所述预测风速值确定所述风速期望差值；
40.确定风速偏差阈值与风速期望差值之间的偏差作为所述主轴承的第一健康度。
41.2)、获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度。
42.在本实施例的一种实施方式中，所述获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度，包括：
43.获取所述风电机组在t周期内的输出功率平均值以及在该周期内t-1时刻的输出功率，根据所述输出功率平均值和所述输出功率确定所述输出功率差值；
44.确定输出功率偏差阈值与输出功率差值之间的偏差作为所述主轴承的第二健康度。
45.3)、获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度。
46.在本实施例的一种实施方式中，所述获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度，包括：
47.获取所述风电机组在t周期内的机舱温度平均值以及在该周期内t-1时刻的机舱温度值，根据所述机舱温度平均值和所述机舱温度值确定所述温度差值；
48.确定机舱温度偏差阈值与温度差值之间的偏差作为所述主轴承的第三健康度。
49.4)、基于输出功率偏差阈值与输出功率差值之间的偏差，确定所述主轴承的第二健康度。
50.在本实施例的一种实施方式中，所述根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，包括：采用马尔科夫链分别为第一健康度、第二健康度、第三健康度建立状况转移矩阵，以时间序列作为输入，预测未来时刻t
时的第一健康度、第二健康度以及第三健康度转移概率；将第一健康度、第二健康度以及第三健康度对应的概率作为主轴承温度预测中的不确定场景概率，计及当前时刻t-1时的主轴承温度进行主轴承健康状况评估。
51.具体地，在本实施例中，主要考虑的是风速、输出功率以及机舱温度对主轴承温度所带来的影响，需要囊括主轴承温度再一个计算周期内的所有可能状态，本实施例基于风速、输出功率以及机舱温度的马尔科夫链模型统计了各时段主轴承稳固的所有可能变化，然后划分状态区间，能够得到反映主轴承温度再一个时段波动的区间分布情况，将此应用于主轴承温度的健康状况评估。
52.具体如下，假设两个相邻的计算时刻th和t
h-1
，th和t
h-1
的时间间隔为δt，本实施例将δt设为15min；两个时刻对应的风速健康度分别为和两个时刻对应的输出功率健康度分别为和两个时刻对应的机舱温度健康度分别为和两个时刻风速健康度变化、输出功率健康度变化以及机舱温度健康度变化分别为以及其中，
[0053][0054]
令为主轴承温度变化的随机过程，其状态空间为：
[0055][0056]
状态空间数目为3*k，其中任一状态的上下限为马尔科夫链将来的状态独立于过去的状态，只依赖于现在的状态，因此可表示为：
[0057][0058]
其中，p表示状态转移矩阵，元素为p
i,j
，p
i,j
满足下式：
[0059][0060]
令矩阵n为转移频数矩阵，其中元素n
i,j
表示从状态转移到状态从状态
转移到状态以及从状态转移到状态的数目之和，状态转移矩阵的元素p
i,j
可由如下表达式表示：
[0061][0062]
令为预测的风速、输出功率以及机舱温度健康度在t
h+1
时刻对主轴承温度的影响强度，
[0063][0064]
其中任一元素为对应区间的的中值，区间上下限可由当前状态及状态转移矩阵计算；假设t
h+1
和th两个时刻风速、输出功率以及机舱温度健康度的变化为表达式如下：
[0065][0066]
由此得到t
h+1
时刻风速、输出功率以及机舱温度健康度的区间分布，取各区间的中值作为该区间的风速、输出功率以及机舱温度健康度对主轴承温度的影响强度若th和t
h-1
两个时刻风速、输出功率以及机舱温度健康度变化对应的状态为则对应的概率为p
i,j
，将p
i,j
作为主轴承温度预测中的不确定场景概率，即：pr(xi,yi,zi)＝p
i,j i,j＝1,2,...,k
[0067]
上式中，xi,yi,zi为主轴承温度预测中第i个不确定场景，在本发明的主轴承温度预测中，概率pr(xi,yi,zi)包含了计算周期内风速、输出功率以及机舱温度健康度转移的所有情况，从而可得到较为全面的主轴承温度短期变化信息，因此，综合上一时刻的主轴承温度进行科学预测，由此得到下一时刻的主轴承温度信息。
[0068]
本发明实施例除所考虑的风速、输出功率以及机舱温度三种因素对主轴承温度影响程度最大的参数以外，还包括如下几项参数：环境温度、变频器温度、机舱控制柜温度以及轮毂转速。进一步的，综合该几项参数来推算主轴承温度，以此进一步的提高主轴承温度的预测结果，具体过程不做过多赘述。
[0069]
综上所述，本发明所提供的风电机组主轴承健康状况评估方法、系统、设备及介质，通过设置多个确定和评价流程，实现对风电机组的风速、输出功率和机舱温度的监测和评价，计及上一周期的主轴承温度进行推算最终得到更为精确的主轴承温度相关参数评价结果，通过主轴承温度去推算主轴承是否会出现故障，提高了风电机组主轴承健康状况监测的实时性、精确性以及可靠性。
[0070]
本发明实施例还提供一种风电机组主轴承健康状况评估系统，应用到如上述所述的方法，包括：
[0071]
第一健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风
速期望差值确定所述主轴承的第一健康度；
[0072]
第二健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度；
[0073]
第三健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度；
[0074]
健康状况评估模块，用于根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，其中，所述t-1时刻包含在t周期内。
[0075]
本发明还提供一种电子设备，包括：存储器，所述存储器存储执行指令；以及处理器，所述处理器执行所述存储器存储的执行指令，使得所述处理器执行如上述所述的方法。
[0076]
本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如上述所述的方法。
[0077]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种风电机组主轴承健康状况评估方法，其特征在于，包括如下步骤：获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度；获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度；获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度；根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，其中，所述t-1时刻包含在t周期内。2.如权利要求1所述的风电机组主轴承健康状况评估方法，其特征在于，所述获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度，包括：获取所述风电机组在t周期内的实际风速平均值以及在该周期内t-1时刻的预测风速值，根据所述实际风速平均值和所述预测风速值确定所述风速期望差值；确定风速偏差阈值与风速期望差值之间的偏差作为所述主轴承的第一健康度。3.如权利要求2所述的风电机组主轴承健康状况评估方法，其特征在于，所述获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功率差值确定所述主轴承的第二健康度，包括：获取所述风电机组在t周期内的输出功率平均值以及在该周期内t-1时刻的输出功率，根据所述输出功率平均值和所述输出功率确定所述输出功率差值；确定输出功率偏差阈值与输出功率差值之间的偏差作为所述主轴承的第二健康度。4.如权利要求3所述的风电机组主轴承健康状况评估方法，其特征在于，所述获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度，包括：获取所述风电机组在t周期内的机舱温度平均值以及在该周期内t-1时刻的机舱温度值，根据所述机舱温度平均值和所述机舱温度值确定所述温度差值；确定机舱温度偏差阈值与温度差值之间的偏差作为所述主轴承的第三健康度。5.如权利要求1至4任一项所述的风电机组主轴承健康状况评估方法，其特征在于，所述根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，包括：采用马尔科夫链分别为第一健康度、第二健康度、第三健康度建立状况转移矩阵，以时间序列作为输入，预测未来时刻t时的第一健康度、第二健康度以及第三健康度转移概率；将第一健康度、第二健康度以及第三健康度对应的概率作为主轴承温度预测中的不确定场景概率，计及当前时刻t-1时的主轴承温度进行主轴承健康状况评估。6.一种风电机组主轴承健康状况评估系统，其特征在于，应用到如权利要求1至5任一项所述的方法，包括：第一健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的风速期望差值，并根据所述风速期望差值确定所述主轴承的第一健康度；第二健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内的输出功率差值，并根据所述输出功
率差值确定所述主轴承的第二健康度；第三健康度获取模块，用于获取风电机组t周期内机舱中的温度差值，并根据所述温度差值确定所述主轴承的第三健康度；健康状况评估模块，用于根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估，其中，所述t-1时刻包含在t周期内。7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，所述存储器存储执行指令；以及处理器，所述处理器执行所述存储器存储的执行指令，使得所述处理器执行如权利要求1至5任一项所述的方法。8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至5任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及健康状况评估技术领域，具体涉及一种风电机组主轴承健康状况评估方法、系统，步骤如下：获取风电机组T周期内的风速期望差值，根据所述风速期望差值确定主轴承的第一健康度；获取风电机组T周期内的输出功率差值，根据所述输出功率差值确定主轴承的第二健康度；获取风电机组T周期内机舱中的温度差值，根据所述温度差值确定主轴承的第三健康度；根据所述第一健康度、第二健康度、第三健康度以及t-1时刻的主轴承温度进行主轴承健康状况评估。本发明计及上一周期的主轴承温度、风速、机舱温度以及输出功率进行主轴承温度推算，通过主轴承温度进行主轴承故障预测，提高了风电机组主轴承健康状况监测的实时性、精确性以及可靠性。靠性。靠性。


技术研发人员：王吉超 段瑞龙 由梓默 郑权 史立志 刘畅
受保护的技术使用者：华能新能源股份有限公司河北分公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/6/28