风电机组传动系统检修策略研究

【摘要】：风电机组传动系统由增速齿轮箱、主轴、滚动轴承等旋转部件组成，是实现风轮与发电机之间能量传递的重要环节。由于其载荷复杂、运行环境恶劣，加之设计不够完善等原因，设备故障率高，一旦故障维修复杂、维修成本高昂。因此，要保证设备可靠运行，降低维修费用，需对其状态进行监测，并制定最优的维修策略。状态检修的关键之处在于将设备在线监测数据与设备的完好程度之间建立起较为精确地对应函数关系。本文采用比例强度模型（ProportionalIntensity Model, PIM）对设备运行状态建模，确定设备故障率函数，提出了优化检修策略，并利用风电场在线监测数据及历史数据在MATLAB仿真数据平台上分析验证了维修策略的合理性和有效性。状态检修策略研究的关键问题包括在线监测数据的预处理、模型的建立、模型参数的估计，维修阈值的确定，维修策略的制定几方面内容。 （1）由于风机传动系统结构复杂，测点较多，获得的在线监测数据众多，数据间存在较强的相关性，而比例维修模型需要相互独立的协变量来反映设备历史维修数据和监测数据对设备健康状况的影响。本文采用数理统计软件SPSS1.7对其进行相关性分析，应用主成分分析法提取出相互独立的协变量作为建立比例强度模型的基础。 （2）目前研究状态检修的模型大多针对的是完全维修，而由于完全维修的费用昂贵，实际中常常采用的是不完全维修，即维修后设备状态处于更换新设备和维修前之间。本文考虑了维修效应和维修次数对设备状态的影响，介绍了完全维修、最小维修、不完全维修等几种常用维修方式对设备状态的影响，重点分析了不完全维修模型。参数估计的准确性是影响模型合理性的关键因素，本文应用数理统计软件SAS从数据样本容量、截尾率等方面研究了模型参数估计的鲁棒性，提出了模型的适用范围。 （3）维修阈值的确定是优化检修策略的关键，传统的状态检修仅将监测值与设定值比较，当超出设定范围就进行检修，未考虑可靠度和维修成本的模型。本文将设备可靠度和维修成本作为优化目标，利用物理规划方法权衡最大可靠度和最小维修费用的关系，确定最优维修阈值，在保证可靠度的前提下，降低了寿命周期内的维修成本。最后，通过维修决策图的形式对风机传动系统各部件进行分析，验证该优化检修策略的正确性和合理性。 【关键词】：风电机组 传动系统 状态检修 比例强度模型 物理规划 鲁棒性
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 选题背景及其意义11-14
• 1.1.1 论文选题背景11
• 1.1.2 论文研究目的和意义11-14
• 1.2 风电机组维修策略的研究现状14-16
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 第2章 风电机组的监测数据分析与状态维修原理18-27
• 2.1 大型风电机组的基本组成18-19
• 2.2 风机传动系统的主要结构及其典型故障19-21
• 2.2.1 风机传动系统的关键部件19-20
• 2.2.2 风机传动系统典型故障形式及故障机理20-21
• 2.3 测点的选择及监测数据的预处理21-24
• 2.3.1 测点的选择21-22
• 2.3.2 在线监测数据的预处理22-24
• 2.4 风电机组优化检修的基本原理24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 风机比例强度维修的建模方法27-49
• 3.1 可靠性指标27-29
• 3.2 风机传动系统的维修模型29-31
• 3.3 比例强度模型31-36
• 3.3.1 比例强度模型的概念31-32
• 3.3.2 参数型比例强度模型参数估计32-36
• 3.4 利用物理规划方法优化维修阈值36-41
• 3.4.1 物理规划的概念37
• 3.4.2 偏好的含义及类型37-38
• 3.4.3 偏好函数的构造38-39
• 3.4.4 维修费用和可靠度偏好函数的构造39-41
• 3.4.5 综合偏好函数及物理规划数学模型41
• 3.5 最优维修策略的制定41-43
• 3.6 比例强度模型鲁棒性分析43-47
• 3.6.1 PWP 模型43
• 3.6.2 鲁棒性概念及研究方法43-44
• 3.6.3 PWP-GT 模型仿真结果44-47
• 3.7 本章小结47-49
• 第4章 风机传动系统优化检修策略分析49-64
• 4.1 风机齿轮箱优化检修策略分析49-54
• 4.1.1 风机齿轮箱数据分析49-52
• 4.1.2 模型参数估计及维修阈值优化52-53
• 4.1.3 风机齿轮箱维修决策53-54
• 4.2 风机主轴轴承优化检修策略分析54-59
• 4.2.1 风机主轴轴承数据分析54-57
• 4.2.2 模型参数估计及维修阈值优化57-58
• 4.2.3 主轴轴承维修决策58-59
• 4.3 风机齿轮箱轴承优化检修策略仿真59-63
• 4.3.1 风机齿轮箱轴承数据分析59-61
• 4.3.2 模型参数估计及维修阈值优化61-63
• 4.3.3 齿轮箱轴承维修决策63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-70
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作70-71
• 致谢71

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