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新能源风力发电技术与自动化技术研究
Research on New Energy Wind Power Generation Technology and Automation Technology

运转的因素有很多，且其中许多因素之间相互耦合，给分析风电机组的运行状况
带来了挑战。
风电机组的设计及生产过程直接影响其部件以及整机的性能，同时也影响到

机组的生产成本和故障率。在采用模块化设计理念并优选部件供应商的情况下，
可以提高整机质量、减少运维成本。风电机组在运输、安装及维护过程中会受到
人为因素的影响，如齿轮安装误差、轴承安装不正、润滑不良、存储不当、运输
损耗、维护不当以及未及时进行维修等，外加运行过程中受气象和地理等客观因

素影响，如极端天气、变工况运行以及不可预知的负载波动等，风电机组各部件
均可能出现意外故障造成损伤，直接影响到风电机组的剩余使用寿命。
风电机组在运行中主要受到载荷以及电气因素的影响。导致风电机组疲劳和
振动的载荷主要包括随机性载荷与确定性载荷。随机性载荷是由风湍流引起的气

动载荷，受风速影响产生的随机交变载荷是导致机组发生故障的主要原因之一。
在电流谐波以及风湍流两者的共同作用下，会直接影响到发电机的电磁转矩，进
一步使得作用在轴上的扭矩随着时间的变化形成旋转振动。当因扭振引起的应力
变化积累到一定程度时，会严重影响到传动轴系的齿轮箱以及轴承的剩余使用寿

命。影响风电机组的确定性载荷则主要包括：定常风作用产生的稳态载荷，由叶
片的重力、偏航误差、塔影效应、风剪切、主轴的上倾角等因素产生的周期载荷，
以及阵风和停机过程中产生的瞬态载荷。而在并网过程中 DFIG 和 PMSG 除了受
叶片传递的交变载荷影响外，还受变流器调制出的低频谐波的影响。如并网运行

的 PMSG 输出端电压随负荷变化而变化，同时 PMSG 转矩产生脉动，会对传动
轴系产生一定的冲击。此外，当电力系统的电压突然下降时，在 DFIG 的定子绕
组中会产生衰减的直流暂态磁链，进而使转子绕组中产生过电流与过电压。同时，
定子和转子的电流大范围波动也会引起电机转矩的脉动，加剧传动轴系的应力扭

矩，增加其疲劳程度，并直接影响其剩余使用寿命。
（二）故障诊断和状态预测的技术框架
目前已有多种故障诊断与状态预测方法，总体上可分为基于物理模型的方法
和基于数据驱动的方法 2 类。近几年来，风电机组趋向大型化、复杂化，因此，

如何建立精准的风电机组物理模型是目前的难点问题。另一方面，数据驱动方法
几乎不需要监测对象的先验知识，因此，基于反映机组运行机理和运行状态的数
据驱动方法在近年来受到普遍关注。由于状态预测问题本质上是参数预测问题，

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