文献综述(或调研报告):
1.风力机概述
风力机是将风能转化为机械功,机械功带动转子旋转,最终输出交变电流的电力设备,也是风电系统的核心设备。风力机的工作原理比较简单,风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能,风力机机在风轮轴的带动下旋转发电。许多世纪以来,风力机同水力机械一样,作为动力源替代人力、畜力,对生产力的发展发挥过重要作用。
根据风轮结构以及风轮在气流中的位置将风力机分为垂直轴风力机和水平轴风力机。另外,根据驱动方式,还可以将风力机分为齿轮驱动型和直接驱动型。
图3 齿轮驱动型水平轴风力机的结构组成
目前,齿轮传动型的水平轴风力机技术上相对成熟,仍是大型风力机的主流形式[1]。其主要包含风轮、变桨系统、偏航系统、齿轮箱、发电机、电气系统、制动系统、液压系统、控制系统、机舱以及塔架等子系统。图1所示,为风力机结构示意图。
2.风力机可靠性研究
可靠性是指元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可靠性是一项重要的质量指标,定性描述不够客观、精确,因此根据使用场合的不同,用不同的特征量来数量化。可靠性的主要特征量有:可靠度R或可靠度函数R(t)、失效概率或积累失效概率F(t)、失效密度或失效密度函数f(t)。
近年来,风力机可靠性评估研究受到广泛关注。Ballireddy [2]提出了是蚁群优化算法(ALO)和闪电搜索算法(LSA)的混合方法,用于评估包含风能源的发电扩展计划的电力系统的可靠性。李大字[3]等运用马尔可夫过程数学模型和可靠性理论建立风力发电机组的可靠性模型,在此基础上构造风电机组老化、故障和维修的网络结构图,从而得到风电机组可靠性最优时的维修策略。Bai [4]等综合考虑风向方位角、风的高度、空气密度和太阳辐射的共同作用,基于条件 Copula 函数,描述不同风速下风力机功率的变化情况。Slimacek[5]等基于泊松过程,建立风力机可靠性数学分析模型,评估不同年代风力机可靠性。研究表明:随着技术的进步,新制造的风力机的故障率更低,可靠性更高。Arabian-Hoseynabadi[6]等对齿轮驱动型风力机和直接驱动型风力机的可靠性进行了分析和对比,研究发现:这两类风力机在可靠性方面并没有明显的优劣之分。Spinato和Tavner[7]等人利用德国和丹麦数千台风力机的历史失 效数据,采用齐次泊松过程和幂律过程分别计算了德国和丹麦风力机及其子系统 (如齿箱、发电机、转换器等)的故障率分布等特性,发现齿轮箱传动系统的故障率对整个风力机系统的可用度具有严重影响。
3. 故障模式及影响分析(FMEA)与故障树分析方法(FTA)
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