一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：A.數(shù)據(jù)采集，采集機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)；B.數(shù)據(jù)預(yù)處理，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲取計(jì)算樣本；C.振動(dòng)特征提取，對所述計(jì)算樣本進(jìn)行橢圓擬合并提取擬合出的橢圓的特征值；D.振動(dòng)狀態(tài)評估，根據(jù)比較所述特征值與設(shè)定的報(bào)警閾值評估機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)，用于分析機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)，檢測振動(dòng)特征，建立預(yù)警機(jī)制，利于及早發(fā)現(xiàn)機(jī)組隱患，減少機(jī)組帶病運(yùn)行的時(shí)間，從而為關(guān)鍵部件的修復(fù)或更換提供判斷依據(jù)，降低部件損壞風(fēng)險(xiǎn)，減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間和備件消耗成本。
【專利說明】—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]大功率永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要部件包括永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)、葉片、塔筒、輪轂、變流器。機(jī)組的主要機(jī)械部件均有各自的振動(dòng)模態(tài)，由于機(jī)組使用壽命的變化和運(yùn)行功率的不同，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)不同情況的振動(dòng)特征。振動(dòng)是機(jī)組運(yùn)行特征的一個(gè)重要體現(xiàn)。
[0003]目前機(jī)組振動(dòng)保護(hù)主要針對大能量大振幅的保護(hù)，而實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備(發(fā)電機(jī)、葉片等)的損壞或異常，使機(jī)組“帶病”運(yùn)行，會(huì)誘發(fā)的機(jī)組振動(dòng)變化，而且在損壞早期，這種振動(dòng)變化往往幅值不大，很難檢測到。最終會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵部件的不可逆轉(zhuǎn)的損壞，使機(jī)組長時(shí)間停機(jī)，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0004]由此可見，創(chuàng)設(shè)一種可靠、有效、能夠檢測到小振幅異常振動(dòng)尤其是損壞早期的異常振動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可靠、有效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，能夠檢測到小振幅異常振動(dòng)尤其是損壞早期的異常振動(dòng)，利于及早發(fā)現(xiàn)機(jī)組隱患，提前預(yù)警，減少機(jī)組帶病運(yùn)行的時(shí)間，從而為機(jī)組關(guān)鍵部件的修復(fù)或更換提供判斷依據(jù)，降低部件損壞風(fēng)險(xiǎn)，減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間和備件消耗成本。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，包括以下步驟:A.數(shù)據(jù)采集，采集機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)；B.數(shù)據(jù)預(yù)處理，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲取計(jì)算樣本；C.振動(dòng)特征提取，對所述計(jì)算樣本進(jìn)行橢圓擬合并提取擬合出的橢圓的特征值；D.振動(dòng)狀態(tài)評估，根據(jù)比較所述特征值與設(shè)定的報(bào)警閾值評估機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。
[0008]進(jìn)一步地，所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括沿機(jī)組發(fā)電機(jī)主軸軸向的機(jī)艙加速度Ax、沿機(jī)組發(fā)電機(jī)主軸徑向的機(jī)艙加速度ay和機(jī)組機(jī)艙加速度有效值ae，且滿足4' = V4+4 。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟B數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下步驟:a.對采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，剔除噪聲數(shù)據(jù)；b.對清洗后的數(shù)據(jù)所在的坐標(biāo)系進(jìn)行笛卡爾網(wǎng)格化，計(jì)算每一網(wǎng)格及其周圍8個(gè)網(wǎng)格的樣本密度；c.遍歷并提取樣本密度不為O、而其周圍8個(gè)網(wǎng)格樣本密度至少一個(gè)為O的網(wǎng)格作為邊緣網(wǎng)格，提取所述邊緣網(wǎng)格內(nèi)的樣本作為橢圓擬合計(jì)算的樣本。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟C中的橢圓擬合采用最小二乘法橢圓擬合。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟C中擬合出的橢圓的特征值包括橢圓的長半軸、短半軸、橢圓中心坐標(biāo)以及橢圓傾角。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟D振動(dòng)狀態(tài)評估包括根據(jù)所述橢圓的長半軸、短半軸對機(jī)組振動(dòng)幅值大小的評估以及根據(jù)所述橢圓中心坐標(biāo)和橢圓傾角對機(jī)組振動(dòng)偏心度的評估。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟D中報(bào)警閾值通過對故障機(jī)組的歷史異常振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲得。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種應(yīng)用上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲取計(jì)算樣本；振動(dòng)特征提取模塊，用于對所述計(jì)算樣本進(jìn)行橢圓擬合并提取擬合出的橢圓的特征值；振動(dòng)狀態(tài)評估模塊，用于根據(jù)比較所述特征值與設(shè)定的報(bào)警閾值評估機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。
[0015]進(jìn)一步地，還包括閾值設(shè)定模塊。
[0016]進(jìn)一步地，還包括報(bào)警模塊。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法及系統(tǒng)，用于分析機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)，檢測振動(dòng)特征，尋找異常振動(dòng)數(shù)據(jù)，能夠檢測到小振幅異常振動(dòng)尤其是損壞早期的異常振動(dòng)，有利于及早發(fā)現(xiàn)機(jī)組隱患，減少機(jī)組帶病運(yùn)行的時(shí)間，通過建立預(yù)警機(jī)制可為關(guān)鍵部件的修復(fù)或更換提供判斷依據(jù)，降低部件徹底損壞的風(fēng)險(xiǎn)，減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間和備件消耗成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法的流程圖。
[0021]圖2是擬合出的橢圓的二維平面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]請參閱圖1所述，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、振動(dòng)特征提取、振動(dòng)狀態(tài)評估等步驟。
[0023]1.數(shù)據(jù)采集
[0024]對機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理。振動(dòng)數(shù)據(jù)包括機(jī)組沿發(fā)電機(jī)主軸的軸向方向的機(jī)艙加速度Ax、沿發(fā)電機(jī)主軸徑向方向的機(jī)艙加速度Ay和整個(gè)機(jī)組機(jī)艙加速度有效值A(chǔ)e,且滿足為j = +Ay。
[0025]2.數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0026]I)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，剔除噪聲數(shù)據(jù)，噪聲數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)序列中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、不完整或不一致數(shù)據(jù)等；
[0027]2)其次對坐標(biāo)系根據(jù)一定尺度進(jìn)行笛卡爾網(wǎng)格化，并對每一網(wǎng)格設(shè)置唯一編號，統(tǒng)計(jì)計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)樣本數(shù)量，代表該網(wǎng)格樣本密度，計(jì)算每一網(wǎng)格及其周圍8個(gè)網(wǎng)格的樣本密度；
[0028]3)最后提取邊緣網(wǎng)格。遍歷所有該網(wǎng)格樣本密度不為O、且其周圍8個(gè)網(wǎng)格樣本密度中至少有一個(gè)為O的網(wǎng)格，并提取該網(wǎng)格作為邊緣網(wǎng)格。提取邊緣網(wǎng)格內(nèi)樣本作為擬合樣本。
[0029]3.振動(dòng)特征提取
[0030]建立機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)在X-Y振動(dòng)平面上的散點(diǎn)分布，然后采用橢圓擬合方法計(jì)算出機(jī)組的振動(dòng)邊界，提取機(jī)組的振動(dòng)特征。
[0031]橢圓擬合方法優(yōu)選采用較常用的最小二乘法橢圓擬合，最小二乘法是在隨機(jī)誤差為正態(tài)分布時(shí)，由最大似然法推出的一種最優(yōu)估計(jì)技術(shù)，它可以使測量誤差的平方和最小，因此也被視為從一組測量值中求出一組未知量的最可信賴的方法之一。用最小二乘法確定被測要素的原理是:假定有一理想要素使得被測要素的各點(diǎn)到該理想要素的距離的平方和為最小，那么該理想要素的特征參數(shù)即為所要求的被測要素的特征參數(shù)。用最小二乘法確定的被測要素具有“唯一性”。本發(fā)明中用最小二乘法進(jìn)行橢圓擬合并提取機(jī)組的振動(dòng)特征基于如下步驟:
[0032]I)對計(jì)算樣本集進(jìn)行橢圓擬合，通過基于最小二乘法的橢圓擬合方法，來確定振動(dòng)空間以及相關(guān)特征。
[0033]假設(shè)橢圓的一般形式為Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F = 0，其中為避免系數(shù)的倍數(shù)導(dǎo)致多個(gè)表述，可以假設(shè)A+C= I進(jìn)行約束。對計(jì)算樣本進(jìn)行最小二乘處理得到，求目標(biāo)函數(shù)

【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟: A.數(shù)據(jù)采集，采集機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)； B.數(shù)據(jù)預(yù)處理，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲取計(jì)算樣本； C.振動(dòng)特征提取，對所述計(jì)算樣本進(jìn)行橢圓擬合并提取擬合出的橢圓的特征值； D.振動(dòng)狀態(tài)評估，根據(jù)比較所述特征值與設(shè)定的報(bào)警閾值評估機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述振動(dòng)數(shù)據(jù)包括沿機(jī)組發(fā)電機(jī)主軸軸向的機(jī)艙加速度Ax、沿機(jī)組發(fā)電機(jī)主軸徑向的機(jī)艙加速度Ay和機(jī)組機(jī)艙加速度有效值ae，且滿足Ae 二 V4 + 4"。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟B數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下步驟: a.對采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，剔除噪聲數(shù)據(jù)； b.對清洗后的數(shù)據(jù)所在的坐標(biāo)系進(jìn)行笛卡爾網(wǎng)格化，計(jì)算每一網(wǎng)格及其周圍8個(gè)網(wǎng)格的樣本密度； c.遍歷并提取樣本密度不為O、而其周圍8個(gè)網(wǎng)格樣本密度至少一個(gè)為O的網(wǎng)格作為邊緣網(wǎng)格，提取所述邊緣網(wǎng)格內(nèi)的樣本作為橢圓擬合計(jì)算的樣本。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟C中的橢圓擬合采用最小二乘法橢圓擬合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟C中擬合出的橢圓的特征值包括橢圓的長半軸、短半軸、橢圓中心坐標(biāo)以及橢圓傾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟D振動(dòng)狀態(tài)評估包括根據(jù)所述橢圓的長半軸、短半軸對機(jī)組振動(dòng)幅值大小的評估以及根據(jù)所述橢圓中心坐標(biāo)和橢圓傾角對機(jī)組振動(dòng)偏心度的評估。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法，其特征在于，所述步驟D中報(bào)警閾值通過對故障機(jī)組的歷史異常振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲得。
8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警方法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集機(jī)組的實(shí)時(shí)瞬態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲取計(jì)算樣本； 振動(dòng)特征提取模塊，用于對所述計(jì)算樣本進(jìn)行橢圓擬合并提取擬合出的橢圓的特征值； 振動(dòng)狀態(tài)評估模塊，用于根據(jù)比較所述特征值與設(shè)定的報(bào)警閾值評估機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括閾值設(shè)定模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括報(bào)警模塊。
【文檔編號】G01M7/02GK104198138SQ201410432488
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】隨德光, 王貞, 葉月光 申請人:北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司