БЕЗСЕНСОРНИЙ ДІАГНОСТИЧНИЙ МЕТОД ВИЯВЛЕННЯ ДЕФЕКТІВ РОЗБАЛАНСУВАННЯ ВІТРОТУРБІНИ
Анотація
Відновлювальні джерела енергії привертають до себе значну увагу внаслідок останньої енергетичної кризи та необхідності отримувати екологічно чисту енергію. Енергія вітру є одним з найважливіших відновлювальних джерел енергії. Енергія вітру перетворюється у електричну енергію за допомогою обертання лопатей, з’єднаних з генератором. Для отримання більшої кількості електричної енергії на виході, повітряна турбіна має бути великих розмірів. Внаслідок великих геометричних розмірів конструкції турбіни будуть обов’язково траплятися її періодичні відмови. Повітряні турбіни звичайно функціонують у змінних умовах з поривами турбулентного вітру, який змінюється за величиною і напрямом. Це створює у вузлах повітряної турбіни динамічні навантаження, викликаючи втому, розбалансування вала/лопаті, аеродинамічну асиметрію та інші негативні наслідки. Тому повітряні
турбіни повинні перевірятися під час роботи для підвищення безпеки, мінімізації часу простою і забезпечення максимального потенціалу генерування вихідної потужності. У статті моделюються та досліджуються дефекти розбалансування лопаті, аеродинамічної асиметрії, застосовується метод виявлення таких дефектів, який ґрунтується на реєстрації електричних сигналів фазного струму статора генератора. Сигнали струму статора використовуються у існуючих системах керування повітряних турбін, тому ніяких сенсорів та інших пристроїв для збору даних не потрібно. Динаміка повітряної турбіни моделюється для трьох різних сценаріїв: нормальний режим роботи,
розбалансування вала/лопаті та аеродинамічна асиметрія. Розбалансування лопаті моделюється шляхом зміни маси однієї лопаті, а аеродинамічна асиметрія моделюється зміною кута повороту однієї лопаті. Результати моделювання реєструються у часовій області і потім перетворюються у частотну область з використанням швидкого перетворення Фур’є та метода спектральної густини потужності. Показано, що запропонований метод можна застосовувати для ідентифікації дефектів розбалансування повітряної турбіни, а також для їх класифікації за частотною локалізацією та
величиною амплітуди сигналу.
Повний текст:
PDF 57-66Посилання
Takoutsing P., Wamkeue R., Ouhrouche M., Slaoui-Hasnaoui F., Tameghe T., Ekemb G. Wind Turbine Condition Monitoring: State-of-the-Art Review, New Trends, and Future Challenges. Energies, 2014, V.7(4), pp.2595-2630. doi: 10.3390/en7042595.
Joshuva A., Sugumaran V. Fault diagnostic methods for wind turbine: a review. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2016, V.11(7), pp.4654–4668.
Ciang C., Lee J., Bang H. Structural health monitoring for a wind turbine system: a review of damage detection methods. Measurement Science and Technology, 2008, V.19, pp.1-20. doi: 10.1088/0957- 0233/19/12/122001.
Gong X., Qiao W. Imbalance Fault Detection of Direct-Drive Wind Turbines Using Generator Current Signals. IEEE Trans. Energy Convers, 2012, V. 27(2), pp. 468–475. doi: 10.1109/tec.2012.2189008.
Sattar A., Hussain I., Din Memon T., Karar H., Saeed U. Investigation of Imbalance Faults in Horizontal Axis WTGS through Analysis of Generator Current Signal. Indian Journal of Science & Technology, 2016, V9(47), pp.1-12. doi: 10.17485/ijst/2016/v9i47/108654.
Zhao P., Li X., Yang L. Research on Mass Imbalance Fault of Wind Turbine Based on Virtual Prototype. MATEC Web of Conferences, 2017, V.95, pp. 06001-06007. doi:10.1051/matecconf/20179506001.
Gong X., Qiao W. Simulation investigation of wind turbine imbalance faults. IEEE International Conference on Power System Technology, 2010, pp. 1–7. doi: 10.1109/powercon.2010.5666455.
Jiang D., Huang Q., Hong L. Theoretical and experimental study on wind wheel unbalance for a wind turbine. World Non-GridConnected Wind Power Energy Conf., 2009, pp. 1–5. doi: 10.1109/wnwec.2009.5335787.
Jeffries W.Q., Chambers J.A., Infield D.G. Experience with bicoherence of electrical power for condition monitoring of wind turbine blades. IEE Proc.: Vision, Image Signal Process, 1998, V.145(3), pp. 141–148. doi: 10.1049/ip-vis:19982013.
Al Ahmar E., Choqueuse V., Benbouzid M.E.H., Amirat Y., El Assad J., Karam R., Farah S. Advanced signal processing techniques for fault detection and diagnosis of a wind turbine induction generator drive train: A comparative study. inProc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo., 2010, pp. 3576–3581. doi: 10.1109/ecce.2010.5617707.
Choqueuse V., Benbouzid M.E.H., Amirat Y., Turri S. Diagnosis of three-phase electrical machines using multidimensional demodulation techniques. IEEE Trans. Ind. Electron., 2012, V.59(4), pp. 2014–2023. doi: 10.1109/tie.2011.2160138.
Kusiak A., Verma A. A data-driven approach for monitoring blade pitch faults in wind turbines. IEEE Trans. Sustainable Energy, 2011, V.2(1), pp. 87–96. doi: 10.1109/tste.2010.2066585.
Fadaeinedjad R., Moschopoulos G., Moallem M. The impact of tower shadow, yaw error, and wind shears on power quality in a wind diesel system. IEEE Trans. Energy Convers., 2009, V.24(1), pp. 102–111. doi: 10.1109/tec.2008.2008941.
Gardels D.J., Qiao W., Gong X. Simulation studies on imbalance faults of wind turbines. inProc. IEEE Power Energy Soc. General Meeting, 2010, pp. 1–5. doi: 10.1109/pes.2010.5589500.
Singh, M., Muljadi, E., Jonkman, J., Gevorgian, V., Girsang, I., and Dhupia, J. Simulation for Wind Turbine Generators – With FAST and MATLAB-Simulink Modules. United States: N. p., 2014. doi:10.2172/1130628.
DOI:https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2019.4.6
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.