風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線檢測和故障辨識方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷方法及系統(tǒng)，尤其是設(shè)及一種葉輪 不平衡在線故障檢測W及辨識方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。在國家開發(fā)利用 可再生能源政策推動(dòng)下，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，并網(wǎng)容量已達(dá)到世界第一，并還有很大的 發(fā)展?jié)摿?。但隨著機(jī)組容量W及大型風(fēng)場的不斷發(fā)展，如何提高和保障風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的可 靠性已經(jīng)成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003] 對于高塔架、長葉片的大容量機(jī)組，具有載荷大阻尼小等缺點(diǎn)，由于葉片、風(fēng)輪W 及對中等問題，或者是運(yùn)行老化的問題，極容易造成風(fēng)機(jī)處于不平衡、偏屯、的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo) 致相關(guān)大部件載荷過大，持久運(yùn)行嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的壽命。
[0004] 風(fēng)電機(jī)組的不平衡運(yùn)行狀態(tài)按形成原因可分為氣動(dòng)不平衡和質(zhì)量矩不平衡。
[0005] 為了檢測風(fēng)機(jī)不平衡的運(yùn)行狀態(tài)，國內(nèi)許多機(jī)構(gòu)也做了深入研究，也公布了一些 專利，如"一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片不平衡在線故障診斷方法"（CN103759891A)、"葉輪不平 衡故障的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電流的診斷方法"（CN104184383A)。上述專利中，其僅能檢測 出不平衡性，但并不能進(jìn)一步診斷出具體原因，例如是氣動(dòng)不平衡還是質(zhì)量矩不平衡等，無 法細(xì)化故障原因，對于相關(guān)故障排查仍有很大難度。
[0006] 因此，希望能夠開發(fā)一套自主在線檢測系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，就可W很大程度 上避免此類的經(jīng)濟(jì)損失。
[0007] 因此，希望能夠提供一種風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線檢測和故障辨識方法及系統(tǒng)， 可靠地判斷不平衡性的原因是氣動(dòng)不平衡還是質(zhì)量矩不平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對上述問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線 檢測和故障辨識方法，風(fēng)機(jī)在正常發(fā)電狀態(tài)下，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率、獎(jiǎng)距角位置、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速W 及機(jī)艙前后方向的加速度信息，在線診斷葉輪不平衡性故障，并辨識出葉輪不平衡性故障 的原因是氣動(dòng)不平衡還是質(zhì)量矩不平衡。
[0009] 風(fēng)機(jī)在正常發(fā)電狀態(tài)下，通過檢測一定時(shí)間內(nèi)的發(fā)電機(jī)功率W及獎(jiǎng)距角位置來判 斷設(shè)計(jì)測試工況要求是否滿足，若風(fēng)機(jī)處于設(shè)計(jì)測試工況，則對運(yùn)段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速W 及機(jī)艙前后方向的加速度通過數(shù)學(xué)分析方法分別得出可W比較的特征信號，從而判斷是否 存在葉輪不平衡故障，W及在存在葉輪不平衡故障的情況下辨識出具體故障原因是氣動(dòng)不 平衡還是質(zhì)量矩不平衡。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線檢測和故障辨識方法包括:在一個(gè)設(shè)定時(shí) 間長度內(nèi)對發(fā)電機(jī)功率、獎(jiǎng)距角位置、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速W及機(jī)艙前后方向的加速度進(jìn)行同步采樣； 根據(jù)同步采樣所采集到的發(fā)電機(jī)功率、獎(jiǎng)距角位置判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況;如 果判定風(fēng)機(jī)運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況，則至少對所采集到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分 析;根據(jù)對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行的頻譜分析的結(jié)果來判斷風(fēng)機(jī)是否存在葉輪不平衡性 的故障；如果判定風(fēng)機(jī)存在葉輪不平衡性的故障，則根據(jù)對機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間 序列進(jìn)行的頻譜分析的結(jié)果來判斷不平衡性原因是氣動(dòng)不平衡還是質(zhì)量矩不平衡。
[0011] 優(yōu)選的是，在判斷風(fēng)機(jī)是否存在葉輪不平衡性的故障之前，對所采集到的風(fēng)輪轉(zhuǎn) 速的時(shí)間序列和機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列分別進(jìn)行頻譜分析。
[0012] 優(yōu)選的是，在判斷風(fēng)機(jī)是否存在葉輪不平衡性的故障之前，對所采集到的風(fēng)輪轉(zhuǎn) 速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析;在判斷風(fēng)機(jī)是否存在葉輪不平衡性的故障之后，如果判定風(fēng) 機(jī)存在葉輪不平衡性的故障，則對所采集到的機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜 分析。
[0013] 優(yōu)選的是，判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況包括如下步驟:根據(jù)同步采樣所采 集到的發(fā)電機(jī)功率、獎(jiǎng)距角位置判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩控制曲線上的 風(fēng)機(jī)運(yùn)行低轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間或風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間，如果是，則判定風(fēng)機(jī)運(yùn)行于設(shè) 計(jì)測試工況，如果否，則判定風(fēng)機(jī)未運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況。
[0014] 優(yōu)選的是，判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩控制曲線上的風(fēng)機(jī)運(yùn)行低 轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間或風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間包括如下步驟:根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩 控制曲線確定風(fēng)機(jī)運(yùn)行低轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間、風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間的各自兩個(gè)邊界點(diǎn) 處的功率系數(shù)，分別作為風(fēng)機(jī)運(yùn)行低轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間功率系數(shù)下限、風(fēng)機(jī)運(yùn)行低轉(zhuǎn)速PI控 制區(qū)間功率系數(shù)上限、風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間功率系數(shù)下限和風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制 區(qū)間功率系數(shù)上限，所述功率系數(shù)等于發(fā)電機(jī)功率和額定功率的比值;如果發(fā)電機(jī)功率等 于功率系數(shù)與額定功率的乘積且獎(jiǎng)距角位置為最小獎(jiǎng)距角并持續(xù)一個(gè)設(shè)定時(shí)間長度，其 中，所述功率系數(shù)大于或等于風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間功率系數(shù)下限且小于或等于風(fēng)機(jī)運(yùn)行 高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間功率系數(shù)上限，或者，所述功率系數(shù)大于或等于風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間 功率系數(shù)下限且小于或等于風(fēng)機(jī)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速PI控制區(qū)間功率系數(shù)上限，則判定風(fēng)機(jī)運(yùn)行于 設(shè)計(jì)測試工況。
[0015] 優(yōu)選的是，判斷風(fēng)機(jī)是否存在葉輪不平衡性的故障包括如下步驟:提取對所述風(fēng) 輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值和對所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間 序列進(jìn)行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值;將對所述風(fēng) 輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值與對所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間 序列進(jìn)行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值進(jìn)行比較，若 對所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值小于或等于對所 述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng) 的幅值，則判定為風(fēng)機(jī)不存在葉輪不平衡性的故障;若對所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻 譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值大于對所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到 的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值，則判定為風(fēng)機(jī)存在葉輪不平衡性的 故障。
[0016] 優(yōu)選的是，判斷不平衡性原因是氣動(dòng)不平衡還是質(zhì)量矩不平衡包括如下步驟:提 取對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值 W及對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振 動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值;將對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析 得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值與對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析 得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值進(jìn)行比較，若對所述機(jī)艙前后方 向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值大于或等于對所述機(jī) 艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻 率所對應(yīng)的幅值，則判定為氣動(dòng)不平衡;若對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行 頻譜分析得到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的1倍頻的幅值小于對所述機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn) 行頻譜分析得到的塔架前后方向一階振動(dòng)模態(tài)固有頻率所對應(yīng)的幅值，則判定為質(zhì)量矩不 平衡。
[0017] 優(yōu)選的是，對所采集到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行的所述頻譜分析是離散傅里葉 變換或快速傅里葉變換，并且，對所采集到的機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行的所 述頻譜分析是離散傅里葉變換或快速傅里葉變換。
[0018] 優(yōu)選的是，對所采集到的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的時(shí)間序列進(jìn)行頻譜分析得到的是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的 功率譜密度或能量譜密度，并且，對所采集到的機(jī)艙前后方向的加速度的時(shí)間序列進(jìn)行頻 譜分析得到的是機(jī)艙前后方向的加速度的功率譜密度或能量譜密度。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線檢測和故障辨識方法還包括:如果判 定風(fēng)機(jī)未運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況，則再次進(jìn)行同步采樣并根據(jù)同步采樣所采集到的發(fā)電機(jī)功 率、獎(jiǎng)距角位置判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況。
[0020] 優(yōu)選的是，在判斷風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況時(shí)使用的所采集到的發(fā)電機(jī)功 率、獎(jiǎng)距角位置來自同一次同步采樣或先后兩次同步采樣中的連續(xù)時(shí)間長度。
[0021] 針對上述問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還通過提供一種風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡 在線檢測和故障辨識系統(tǒng)而得W解決。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)不平衡在線檢測和故障 辨識系統(tǒng)包括：同步采樣模塊，該同步采樣模塊用于在一個(gè)設(shè)定時(shí)間長度內(nèi)對發(fā)電機(jī)功率、 獎(jiǎng)距角位置、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速W及機(jī)艙前后方向的加速度進(jìn)行同步采樣;設(shè)計(jì)測試工況判斷模塊， 該設(shè)計(jì)測試工況判斷模塊用于根據(jù)同步采樣模塊所采集到的發(fā)電機(jī)功率、獎(jiǎng)距角位置判斷 風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行于設(shè)計(jì)測試工況;頻譜