高速变载工况下大型风力发电机组失效机理与可靠性评估方法研究

Based on the analysis of multiple failure mechanisms of large-scale wind turbine systems, we use "the study of failure mechanism of complex electromechanical systems - system dynamic failure mode diagnostic analysis technique - complex system reliability assessment - multi-state system operation optimization analysis and maintenance decision - reliability growth forecast of complex systems and its design method" as the main line. Firstly, we study the wind power equipment composite fault diagnosis using the multi-source aliasing signal. Then, we introduce the approximation Bayesian computation based multi-performance degradation analysis into system reliability analysis. Finally, we proposes a system reliability modeling method considering multi-time-varying factors for large wind turbine. It can serve as a new technical means of reliability evaluation for large-scale wind turbine under complex working conditions.

在全面深入分析大型风力发电机组多重失效机理的基础上，以“大型风力发电机组多重失效机理研究——大型风力发电机组动态故障模式诊断分析技术——大型风力发电机组可靠性评估”为主线，以复杂工况下大型风力发电机组动力学分析为出发点，采用多源混叠信号分离技术，对大型风力发电机组进行复合故障诊断研究；将基于近似贝叶斯计算方法的多性能退化分析方法引入到系统可靠性分析中，建立基于多退化、协变量和随机因素影响的可靠性模型，提出大型风力发电机组考虑多时变因素的系统可靠性建模方法，为大型风力发电机组考虑复杂工况下的可靠性评估提供新的技术手段。

风力发电机组受到系统结构复杂、载荷工况多变、工作环境严苛、失效机理多样等因素的影响，导致其失效机理分析及可靠性建模与评估困难。本项目从复杂系统载荷分析、动力学仿真分析、失效机理分析入手，针对系统失效过程的时变特征、性能渐变退化特征及多失效耦合的特点，结合相关性分析、时变可靠性、性能退化建模等技术，研究了复杂系统多性能退化下的时变可靠性建模及评估理论与方法。项目以风力发电机组齿轮箱为对象，基于FMEA分析方法、动力学仿真技术等对系统进行了复杂载荷分析及失效机理分析，明确了系统的薄弱环节及关键失效机理；研究了基于监测信号的多源混合信号下系统故障特征提取技术及高维数据下基于数据驱动的智能故障诊断技术。基于随机过程理论、疲劳失效理论、Copula相关性分析理论等研究了系统在多失效相关、强度退化及随机冲击作用下的基于性能退化的可靠性建模与评估方法。通过本项目的实施，为提高我国包括大型风力发电机组在内的复杂机电装备的综合性能提供了理论和技术支撑。