[發明專利]一種基于定子電流包絡譜的風電機組葉輪不平衡檢測方法

有效

• 申請號: 201911366231.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111412114B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陳棋;肖威;孫勇;林勇剛;馬靈芝
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司;浙江大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種基于定子電流包絡譜的風電機組葉輪不平衡檢測方法，包括以下步驟：采集定子電流信號、處理采集得到的發電機定子電流信號、構建樣本數據庫、搭建神經網絡模型、構建檢測數據庫、輸送樣本數據并進行識別判斷和輸出結果。本發明通過卷積神經網絡模型，利用希爾伯特解調方法在風力機組運行過程中進行定子電流包絡譜數據提取和故障特征學習，能夠自適應地從信號中捕獲到故障特征，避免了環境噪聲、波動和人工判斷誤差帶來的不確定性干擾，具有較高的識別精度，同時數據采集不需要安裝額外的傳感器，降低了測試成本，數據的采集受環境影響小準確率高，能夠有效避免自然環境因素給模型判斷帶來困擾，適合于風力機組運行工況復雜等情況。

技術領域

本發明涉及風電機組領域，尤其涉及一種基于定子電流包絡譜的風電機組葉輪不平衡檢測方法。

背景技術

風電機組長期在野外運行，而野外運行環境通常都比較惡劣，因此，這種環境造成了風電機組的故障率較高，其故障發生的原因也是多種多樣的。例如，葉片會因風沙、結冰和質量分布不均等造成葉輪質量不平衡，另外葉片在長期運行中也會由于疲勞應力產生裂紋，造成葉輪氣動不平衡的問題。

近年來，我國風電行業發展迅速，風電機組的并網容量不斷提高，特別是海上風電機組的規劃也提上了日程，這對機組的安全穩定運行、減少故障停機時間提高發電量提出了更高的要求。由于近年來低風速機型的推廣應用，使得葉片越來越長，葉輪極易出現不平衡。該不平衡傳遞到傳動鏈，會造成機組振動加劇、降低設備的壽命，嚴重時造成葉片斷裂，導致事故的發生。因此對風機葉片進行故障檢測和預知維修，對企業降低運行維護成本，提高經濟效益具有重要意義。

早期提出的一些風電機組葉輪不平衡檢測方法，大部分采用一定的技術提取振動信號、發電機轉速和轉矩等變量中包含的故障特征，或直接通過dq坐標變換、階跟蹤分析等多種方法對發電機定子電流信號或轉子電流等進行頻譜分析，為風力機葉輪不平衡檢測提供了一種合理方法。然而這些方法所分析的信號非常容易受噪聲干擾，故障信息容易被淹沒從而出現判斷誤差，同時這些方法的穩定性和檢測精度受人為因素影響嚴重，容易導致檢測失準。

另外，風力機組在運行過程中不同信號數據的采集大部分都是通過傳感器來獲取的，傳感器的布置和使用壽命以及采集信號的準確性往往是最重要的，也是最基本的要求。針對這個問題，現有技術中通過將貼片式光纖載荷傳感器安裝于風機葉片上，并通過對風力機運行過程中的信號數據進行采集，運用一定的方法來對葉片裂紋進行監測，然而該方法忽略了傳感器自身性能容易受到環境因素的影響，在風力機運行工況復雜的條件下，安裝于葉片上的貼片式光纖載荷傳感器容易出現損壞，影響了檢測結果的準確性，同時大大增加了檢測和維護成本。

例如，一種在中國專利文獻上公開的“基于定子電流數據驅動的雙饋風電機組槳葉不平衡檢測方法”，其公告號CN106523299B，在槳葉不平衡條件下，采集多組恒轉速運行階段的定子相電流i和轉速r信息，并進行希爾伯特變換，得到幅值包絡信號，對包絡信號進行FFT變換，其通過采集發動機轉速和轉矩等變量中包含的特征來進行對風電機組葉輪的不平衡檢測，但通過這種方法分析的信號非常容易受噪聲干擾，故障信息容易被淹沒而出現判斷誤差。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中對風電機組葉輪的不平衡檢測分析的信號非常容易受噪聲干擾，故障信息容易被淹沒從而出現判斷誤差，檢測結果的穩定性和檢測精度受人為因素影響嚴重，容易導致檢測失準的技術問題，提供一種基于定子電流包絡譜的風電機組葉輪不平衡檢測方法，在風力機組運行工況復雜，環境噪聲干擾嚴重和數據采集成本的較高等情況下，該方法通過卷積神經網絡模型，利用希爾伯特解調方法在風力機組運行過程中進行定子電流包絡譜數據提取和故障特征學習，能夠自適應地從信號中捕獲到故障特征，避免了環境噪聲、波動和人工判斷誤差帶來的不確定性干擾，具有較高的識別精度和速度；同時數據的采集不需要安裝額外的傳感器，大大降低了測試成本，數據的采集受環境影響小準確率高，能夠有效避免自然環境因素給模型判斷帶來困擾。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：