專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置及提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置及提取方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電作為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視。隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時間的加長，目前這些機(jī)組陸續(xù)出現(xiàn)了故障，出現(xiàn)故障后進(jìn)行維修花費(fèi)了巨大代價，并且減少風(fēng)電場發(fā)電量，造成經(jīng)濟(jì)損失。為了保證風(fēng)電場安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提高其管理效率，需要擁有能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行要求的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。目前國內(nèi)風(fēng)電場安裝的風(fēng)電機(jī)組大部分為國產(chǎn)風(fēng)機(jī)，但安裝風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的風(fēng)電場只有極少部分，而且其中大部分采用的是國外風(fēng)機(jī)的配套產(chǎn)品，不但價格昂貴，而且與國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組不匹配，使得功能和性能都不能滿足要求。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且機(jī)、電、氣想到耦合，故障信號具有背景噪聲干擾大、非平穩(wěn)和非線性的特點(diǎn)，往往是多故障源信號混疊在一起，從面對故障信息的正確分析與獲取，進(jìn)而準(zhǔn)確地診斷故障造成困難。因此，研究故障信號的消噪與特征提取分析技術(shù)，是進(jìn)行準(zhǔn)確故障診斷的技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置及提取方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，包括塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊、塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊、塔頂數(shù)據(jù)處理器、故障特征提取模塊；所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接，所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊與故障特征提取模塊連接，故障特征提取模塊通過以太網(wǎng)與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接。所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊包括加速度振動傳感器和振動采集卡,所述加速度傳感器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給振動采集卡。所述加速度振動傳感器為4個，第一振動傳感器、第二振動傳感器分別安裝在發(fā)電機(jī)前軸承的軸向前端和徑向上端，第三振動傳感器、第四振動傳感器分別安裝在發(fā)電機(jī)后軸承的軸向如端和徑向上端。 所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊包括霍爾電流傳感器和電流采集卡，所述霍爾電流傳感器將電流信號傳送給電流采集卡。所述霍爾電流傳感器為3個，分別位于發(fā)電機(jī)定子三相繞組出線端。所述故障特征提取模塊用于將振動采集卡傳輸?shù)男盘柡碗娏鞑杉▊鬏數(shù)男盘栠M(jìn)行處理，得到故障特征量。
所述故障特征提取模塊采用如下步驟完成故障特征提取；(I)故障特征提取模塊接收振動采集卡傳輸?shù)恼駝有盘?、電流采集卡傳輸?shù)亩ㄗ与娏餍盘枺?2)信號預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括消除趨勢頂、平滑波形、抗混疊濾波處理，小波去噪；(3)采用小波算法進(jìn)行小波包分解和小波包重構(gòu)得到各頻率段的頻譜波形；(4)求取頻譜波形的均方差，得到故障特征量；(5)調(diào)用Matlab中自帶normr函數(shù)對故障特征量進(jìn)行歸一化處理，得到最終故障特征量。所述步驟(4)中采用Matlab中std函數(shù)求取頻譜波形的均方差。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明對發(fā)電機(jī)組的故障特征的提取是整合了發(fā)電機(jī)振動信號與定子電流信號，能提取更多的故障特征，且對故障的定位更為準(zhǔn)確。由于振動具有強(qiáng)耦合和線性特性，本發(fā)明故障特征的提取采取的是小波分析與譜分析相結(jié)合的方法，克服了現(xiàn)有裝置單純采用頻譜分析對故障判斷不準(zhǔn)確的不足。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中故障特征提取模塊的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本實(shí)施例中加速度振動傳感器采用YD84 — CZ加速度振動傳感器，所述振動采集卡和電流采集卡均采用阿爾泰PCI8620采集卡，霍爾電流傳感器的型號為LHB-400。如圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊、塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊、塔頂數(shù)據(jù)處理器、故障特征提取模塊；所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接，所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊與故障特征提取模塊連接，故障特征提取模塊通過以太網(wǎng)與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接。所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊對發(fā)電機(jī)組的振動進(jìn)行在線監(jiān)測，包括包括加速度振動傳感器和振動米集卡，所述加速度傳感器將發(fā)電機(jī)軸向和徑向的振動信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給振動采集卡，振動采集卡將該電信號傳送給塔頂數(shù)據(jù)處理器，塔頂數(shù)據(jù)處理器通過以太網(wǎng)傳輸給故障特征提取模塊。在發(fā)電機(jī)前、后軸承的軸向前端和徑向上端，分別安裝第一振動傳感器1、第二振動傳感器2、第三振動傳感器3和第四振動傳感器4 ;所述加速度振動傳感器的具體數(shù)目由實(shí)際情況決定的。所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊包括霍爾電流傳感器和電流采集卡，所述霍爾電流傳感器安裝在發(fā)電機(jī)電子三相繞組出線端，測量三相定子電流，并將其轉(zhuǎn)換成小電流信號，傳送給電流采集卡，所述電流采集卡將模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且傳輸給故障特征提取|吳塊。所述故障特征提取模塊和塔頂數(shù)據(jù)處理器均為計(jì)算機(jī)如圖2所示，故障特征提取模塊在完成系統(tǒng)初始化后讀入由振動采集卡和電流采集卡采集到的4路振動信號和3路定子電流信號，并對各路信號都進(jìn)行消除趨勢項(xiàng)、平滑波形和低通濾波等數(shù)據(jù)預(yù)處理以消除由于傳感器和采集卡本身誤差引入的干擾噪聲。然后調(diào)用小波算法進(jìn)行小波包分解和小波包重構(gòu)得到各頻率段的頻譜波形，具體方法是使用DB3小波函數(shù)對采集到的信號進(jìn)行4層小波包分解，得到16個頻段間隔為62Hz的信號分解圖，但由于每進(jìn)行一層分解，信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)就會減小一半，為了恢復(fù)原有數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，再分別使用wprcoef函數(shù)對16個信號分解圖進(jìn)行小波包重構(gòu)，得到16個點(diǎn)數(shù)與原始數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)相同的小波信號重構(gòu)圖，最后調(diào)用std函數(shù)求取16個重構(gòu)圖的均方差以得到各頻段的能量，從而得到故障特征量，為了方便統(tǒng)一處理再使用normr函數(shù)對已提取的特征量進(jìn)行歸一化處理，以得到最終的故障特征量。最后將最終的故障特征存入當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)庫，以供上位機(jī)調(diào)用。重復(fù)以上步驟直到七路信號全部處理完成。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，其特征在于，包括塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊、塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊、塔頂數(shù)據(jù)處理器、故障特征提取模塊； 所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接，所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊與故障特征提取模塊連接，故障特征提取模塊通過以太網(wǎng)與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，其特征在于，所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊包括加速度振動傳感器和振動采集卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，其特征在于，所述加速度振動傳感器為4個，第一振動傳感器、第二振動傳感器分別安裝在發(fā)電機(jī)前軸承的軸向前端和徑向上端，第三振動傳感器、第四振動傳感器分別安裝在發(fā)電機(jī)后軸承的軸向前端和徑向上端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，其特征在于，所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊包括霍爾電流傳感器和電流采集卡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置，其特征在于，所述霍爾電流傳感器為3個，分別位于發(fā)電機(jī)定子三相繞組出線端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置的提取方法，其特征在于，所述故障特征提取模塊采用如下步驟完成故障特征提?。? (1)故障特征提取模塊接收振動采集卡傳輸?shù)恼駝有盘?、電流采集卡傳輸?shù)亩ㄗ与娏餍盘? (2)信號預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括消除趨勢頂、平滑波形、抗混疊濾波處理，小波去噪； (3)采用小波算法進(jìn)行小波包分解和小波包重構(gòu)得到各頻率段的頻譜波形； (4)求取頻譜波形的均方差，得到故障特征量； (5)調(diào)用Matlab中自帶normr函數(shù)對故障特征量進(jìn)行歸一化處理,得到最終故障特征量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提取方法，其特征在于，所述步驟(4)中采用Matlab中std函數(shù)求取頻譜波形的均方差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特征在線提取裝置及提取方法，包括塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊、塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊、塔頂數(shù)據(jù)處理器、故障特征提取模塊；所述塔頂發(fā)電機(jī)振動信號采集模塊與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接，所述塔底發(fā)電機(jī)電流信號采集模塊與故障特征提取模塊連接，故障特征提取模塊通過以太網(wǎng)與塔頂數(shù)據(jù)處理器連接。本發(fā)明對發(fā)電機(jī)組的故障特征提取是整合了發(fā)電機(jī)振動信號與定子電流信號，對故障的定位更為準(zhǔn)確。
文檔編號G01R31/34GK103048619SQ20121054381
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月16日
發(fā)明者陳淵睿, 張祥羅, 楊金明, 曾君 申請人:華南理工大學(xué)