[發明專利]一種基于同步模態譜的風電機組軸承故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011281606.9
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112484998B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 王前;李巧月;江星星;李珂;祁玉梅
• 申請（專利權）人: 蘇州大學文正學院
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M13/045;G06F17/16
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王廣浩

本發明公開了一種基于同步模態譜的風電機組軸承故障診斷方法，其包括：采集風電機組振動數據；基于所述風電機組振動數據構建同步模式譜；通過軸旋轉頻率與故障特征的瞬時頻率之間的關系計算得到故障特征的理論階次值；將所述同步模式譜中檢測到的故障相關特征階次與所述理論階次值進行對比，對所述風電機組軸承進行故障診斷。本發明通過構建同步模態譜，僅僅只需要優化得到轉速信息，識別其它特征成分是不要迭代優化。同步模態譜相比于現有階次分析方法增強了對風電機組振動信號中蘊含軸承特征的提取能力。構建同步模態譜中嵌入了優化后的帶寬參數，保證了提取特征成分帶寬的合理性，顯著提升同步模態譜對風電機組軸承故障特征的揭示能力。

技術領域

本發明涉及軸承故障診斷技術領域，特別涉及一種基于同步模態譜的風電機組軸承故障診斷方法。

背景技術

風電機組一般服役于極端的惡劣環境下，各部件不可避免地出現性能衰退，導致故障出現，運行維護是保證風電機組可靠運行的有效途徑。對于風電產業來說，20年使用壽命的陸上風電機組的運行維護維修成本約占風電場收入的10％-15％，而海上風電機組的運行維護成本甚至高達20-25％。因此，如何減少運行維護成本，提高經濟效益，是風電產業所面臨的主要挑戰之一。目前，開展風電機組狀態監測與故障診斷被認為是降低風電機組運行風險，保障運行安全，減少機組服役期運行維護成本的有效途徑，已得到眾多學者的關注與研究。

風電機組軸承是其中的易損部件，對其進行狀態監測與故障診斷十分有必要。然而，風電機組相比于普通傳動機構有很多的特殊性，例如風電機組運行速度區間跨度大、隨機性強；工作載荷波動大；風電機組各部件的運行轉速差異性大；機電耦合性能顯著等。這些特殊性造成風電機組振動信號相比于普通傳動機構的振動信號具有更顯著的非平穩性、非線性，同時干擾信號的復雜程度也明顯增大。當風電機組軸承處于早期微弱故障時，面對如此復雜干擾，其故障信息的識別非常具有挑戰性。

為了保證安裝方便、降低成本等需求，無轉速計階次分析方法成為了風電機組軸承狀態監測與故障診斷的一種有效途徑，但是實現無轉速計階次分析要求依托振動聲學等信號提取準確的轉速。當前發展了許多依托時頻表示方法識別轉速的技術。然而，這類方法對時頻表示方法的參數設置要求較高，而且一些高精度時頻表示方法往往只是提高了時頻結果的可視化，但轉速信息的提取能力并沒有增強。近期，發展的一些新的時頻分解算法，可以在粗糙時頻表示基礎實現高質量的非平穩信號特征提取，但是這類時頻分解算法也需要預先設置多個先驗參數，而且其抗噪性能還需要進一步提升。因此，需要一種新的風電機組軸承故障診斷方法來解決上述問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種可以對復雜運行工況下風電機組軸承進行故障診斷、準確性高、效果好的故障診斷方法。其采用如下技術方案：

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于同步模態譜的風電機組軸承故障診斷方法，其包括：

采集風電機組振動數據；

基于所述風電機組振動數據構建同步模態譜；

通過軸旋轉頻率與故障特征的瞬時頻率之間的關系計算得到故障特征的理論階次值；

將所述同步模態譜中檢測到的故障相關特征階次與所述理論階次值進行對比，對所述風電機組軸承進行故障診斷。

作為本發明的進一步改進，基于所述風電機組振動數據構建同步模態譜，具體包括：

采用時變調頻-調幅信號優化模型識別風電機組的旋轉軸轉速以及確定識別特征成分所需的最優帶寬參數；

利用識別的轉速以及確定的最優帶寬參數構建基于風電機組振動數據包絡波形的同步模態譜。

作為本發明的進一步改進，所述采用時變調頻-調幅信號優化模型識別風電機組的旋轉軸轉速以及確定識別特征成分所需的最優帶寬參數，具體包括：

對風電機組振動數據x(t)低通濾波得到其低通濾波信號y(t)：