[發明專利]風電機組塔筒異常振動識別和運行狀態監測方法及系統

有效

• 申請號: 202210568413.4
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114893360B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 陳修高;宋羽佳;董得志;孫曉彥;孫浩
• 申請（專利權）人: 國家電投集團科學技術研究院有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G06F30/23;G01H17/00;G06F119/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 申龍華

本發明涉及一種風電機組塔筒異常振動識別和運行狀態監測方法、系統、電子設備及計算機可讀存儲介質，方法包括：獲取待測風機運行數據；將待測風機運行數據輸入訓練好的塔筒振動狀態監測模型，得到預測結果；基于四分位法，根據預測結果識別塔筒的異常振動，并監測塔筒的運行狀態；塔筒振動狀態監測模型的確定方法為：獲取訓練風機運行數據；對塔頂振動數據進行預處理，并對預處理后的數據進行數據融合，得到單變量風機塔筒振動數據；基于HHT算法對融合的數據得到低頻信號；根據風機運行機理分析，確定影響變量；采用XGBoost算法對預設模型進行訓練和精度驗證，得到訓練好的模型。本發明能夠提高對風機塔筒狀態監測的精度，并提高分析結果的理想程度。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，特別是涉及一種風電機組塔筒異常振動識別和運行狀態監測方法及系統。

背景技術

塔筒和基礎是組成風機的兩個重要部分。風機塔筒一般為錐形結構，頂部安裝有機艙和葉片，風機塔筒在風電機組中主要起支撐作用，同時吸收機組振動。風機塔筒的安全穩定直接關系到風電機組能否安全穩定地運行。隨著風電向二、三類風資源地區的開發，塔筒高度不斷增加，目前陸地上風機的塔筒大多在50-120米之間，受氣候、設備安裝焊接點應力變化、運行荷載、地基沉降等因素的影響，塔體可能發生傾斜甚至于倒塌。如果風機塔筒的設計達不到要求，遇到惡劣颶風天氣，容易發生晃動過大、傾覆、甚至倒塌等情況。因此，在風機上有效的監測塔筒的振動情況，可以及早發現問題并及時處理，有效防止塔筒安全事故的發生。

風機塔筒要承受風荷載、機艙和葉片的重力、風機塔筒振動產生的慣性力、風機控制系統運行荷載等多種荷載的共同作用，而塔筒振動將會給塔筒結構附加應力，并且會大概率引起塔筒與葉片的共振，從而影響整個風機的穩定性，因此在風機安全監測中振動監測是重中之重。目前對于風電機組傳動部件的振動監測和故障診斷研究比較深入，但對于塔筒振動的相關研究還不全面。且塔筒振動信號存在顯著的低頻特征，這就導致了目前用于監測齒輪箱的方法和設備并不適合塔筒振動的監測。塔筒振動監測技術能提高產業建模精度和應用支撐能力，進一步保障風電場生產運行的安全穩定、降低事故發生率和事故損失，是塔筒振動監測的研究與應用熱點。

針對風機塔筒振動監測方法及應用，現有技術主要分為形變監測、應力監測和時頻振動信號分析幾類方法。

風機塔筒形變監測的原理在于通過在塔筒中安裝多個傳感器分析傳感器之間的數據變化得到塔筒的變形過程。當塔筒發生形變時，通過安裝在塔底和塔頂的傳感器實現位移量的檢測，以塔頂和塔底的傳感器為基礎，在塔筒中部3個高度階段的傳感器實現各方向的搖擺形變和扭轉形變，可以得到塔筒的擺動角度、扭轉角度等數據。但是塔筒形變監測存在諸多問題：

(1)GPS精度目前不能滿足風電機組塔筒毫米級的傾斜測量要求；

(2)采用傾斜傳感器測量位移量雖然可行，但是現有方案未能考慮塔體的非線性變形特點，基于單一傾角和剛體變形的假設所計算得到的位移量將遠大于實際位移量；

(3)采用加速度傳感器進行兩次積分的方法則存在初始位置無法準確獲取，積分運算受干擾而精度較低等問題。

風機塔筒應力監測技術基于有限元軟件對塔筒建模，用有限元分析方法計算出塔筒的固有頻率和振型，然后進行受力分析、沉降監測和疲勞計算的方法，應力監測缺陷在于：

(1)風機塔筒高達80多米，如何合理選取應力檢測點成為實際中一大問題；

(2)風電機組工況復雜難以采用固定閾值方法進行故障預警。

在時域和頻域內對振動信號進行分析，可以掌握風機的部件工作狀態：在塔筒內壁不同高度和位置安裝振動測點，通過振動信號和自功率譜曲線得到塔筒的模態參數和共振頻率，進而避免塔筒共振；或者采用小波算法、傅里葉算法等進行振動信號分析。但傳統的振動分析方法塔筒振動監測存在2個難點：