專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，尤其是一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)方 法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)(WTG)的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷通常集中在傳動(dòng)系統(tǒng)上，傳動(dòng)系統(tǒng)包括 主軸、主變速箱、發(fā)電機(jī)等，這些部件要通過(guò)相應(yīng)的軸承進(jìn)行安裝，這些機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的故 障主要由潤(rùn)滑不充分、污染、過(guò)載或者固有缺陷引起。從傳動(dòng)系統(tǒng)獲得的振動(dòng)信號(hào)對(duì)于確 定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工況變化很有用處，然而，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，傳統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警太 多，主要原因是，與燃?xì)?蒸汽輪機(jī)、離心壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及其他回轉(zhuǎn)機(jī)器相比，風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的行為模式是極其不穩(wěn)定的，這就使得現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性受到質(zhì) 疑。由于氣動(dòng)力是高度非線性和非平穩(wěn)的，在不同工作條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特 性有著顯著差異。對(duì)于處在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境中的變速箱來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速、扭矩和作用于齒輪的力都在 不斷變化，出現(xiàn)風(fēng)紊流的時(shí)候尤為如此。更復(fù)雜的是，即使在受控的穩(wěn)態(tài)發(fā)電情況下，轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速和扭矩仍然有著明顯變化。另外，轉(zhuǎn)子、塔架、控制系統(tǒng)等各部件的動(dòng)力學(xué)特征也存 在差異，可能對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，這些問(wèn)題進(jìn)一步影響了振動(dòng)監(jiān)測(cè)的精確度。實(shí)際運(yùn) 行時(shí)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析顯示出巨大的非平穩(wěn)特征，當(dāng)傳統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于 風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，上述非平穩(wěn)特征非?？赡軐?dǎo)致誤報(bào)警的產(chǎn)生。運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載均為非靜態(tài)，對(duì)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 而言，作用于傳動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)力扭矩與葉片尖速比、葉片設(shè)計(jì)、風(fēng)速、槳距角、偏航誤差以及 任何葉片額外阻力有關(guān)。而傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載同樣受到多種因素影響，例如定子/轉(zhuǎn)子電流 以及風(fēng)紊流等隨機(jī)因素。此外，一些特殊工況，例如制動(dòng)事件，可能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)性 超大扭矩。這樣，即使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在同樣的風(fēng)速和功率下運(yùn)行，當(dāng)其他運(yùn)行數(shù)據(jù)(例如風(fēng)偏 或發(fā)電機(jī)定子電流)變化時(shí)，它的正常振動(dòng)值也會(huì)發(fā)生變化。因此，振動(dòng)閾值定義如果不考 慮各種可能的運(yùn)行數(shù)據(jù)組合，仍然會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)監(jiān)測(cè)的高誤報(bào)警率。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的每次誤報(bào)警都會(huì)帶來(lái)高昂的代價(jià)風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須停止工作、對(duì) 其進(jìn)行徹底檢查，甚至需要拆卸，這期間的發(fā)電損失和檢測(cè)花費(fèi)都是巨大的；另外，如果一 個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)常誤報(bào)警，該系統(tǒng)會(huì)很快被關(guān)閉或忽視。這些因素使得精確監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的振動(dòng)狀況非常困難，更不用說(shuō)準(zhǔn)確診斷故障了。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，考慮各種可能的運(yùn)行數(shù)據(jù) 組合，自適應(yīng)地確定被監(jiān)測(cè)參數(shù)的閾值，從而降低誤報(bào)警率，同時(shí)，提高可操作性和可解釋 性，降低維護(hù)難度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能綜合考慮各種因素對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)的影響，降低誤報(bào)警率，降低維護(hù)成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，該方法包括建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)；獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)所述各運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；根據(jù)所測(cè)得的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)特征值范圍；根據(jù)所預(yù)測(cè)的振動(dòng)特征值范圍計(jì)算相應(yīng)振動(dòng)特征閾值；比較所述相應(yīng)振動(dòng)特征值的所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與所述的振動(dòng)特征值閾值；當(dāng)所述相應(yīng)振動(dòng)特征值的所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)大于所述的振動(dòng)特征值閾值時(shí)，發(fā)出 報(bào)警信號(hào)；所述振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)依如下方法建立獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和振動(dòng)特征的正常范圍數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到 數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化；對(duì)經(jīng)離散化的所述數(shù)據(jù)進(jìn)行基于粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)成知識(shí)系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的參數(shù)數(shù)量較多，且各項(xiàng)數(shù)據(jù)一定程度上具有不確定性和不精確性，粗糙集方法可以很好 地解決這些問(wèn)題；提取風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則，建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)。根據(jù)本發(fā)明的再一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，其中，上述各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的歷史 數(shù)據(jù)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)數(shù)據(jù)、控制變量在已知正常狀態(tài)下的 運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的另一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，其中應(yīng)用粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘方法 對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)構(gòu)成的屬性集進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，確定最小屬性集，從而簡(jiǎn)化知識(shí) 表示，提高系統(tǒng)的處理效率，并方便用戶決策。本發(fā)明還提出了一種采用本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 含一個(gè)包含振動(dòng)特征值范圍規(guī)則的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)；一個(gè)用于獲取運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的SCADA數(shù)據(jù)和控制變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取單 元；一個(gè)振動(dòng)特征值范圍預(yù)測(cè)單元，其根據(jù)所述的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則與 實(shí)時(shí)運(yùn)行所獲取的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)振動(dòng)特征范圍；一個(gè)振動(dòng)特征閾值計(jì)算單元，其用于根據(jù)所預(yù)測(cè)的振動(dòng)特征范圍，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的振動(dòng)特征值閾值；—個(gè)振動(dòng)特征值監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相應(yīng)振動(dòng)特征值，并獲取該振動(dòng) 特征值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；一個(gè)用于比較所述振動(dòng)特征值閾值和所述振動(dòng)特征實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的比較單元；和一個(gè)報(bào)警單元，當(dāng)所述振動(dòng)特征值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超過(guò)所述振動(dòng)特征值閾值時(shí)，發(fā)出相 應(yīng)故障報(bào)警信號(hào)。在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)中，一方面，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)特征 值閾值基于自動(dòng)選擇的運(yùn)行數(shù)據(jù)的相互關(guān)系計(jì)算得到，可大幅降低在多種正常運(yùn)行狀態(tài)下引起的誤報(bào)警。另一方面，由于本發(fā)明基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)基于粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘，建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)，這些規(guī)則以自動(dòng)選擇的運(yùn)行數(shù)據(jù)的緊致集形式表示，而不 是采用所有類型的運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)規(guī)則庫(kù)，考慮不同的運(yùn)行數(shù)據(jù)組合，即可在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 各種正常運(yùn)行狀態(tài)下計(jì)算得到振動(dòng)特征值閾值，從而大幅降低誤報(bào)警率。另外，在本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)中，振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)以顯式和可解釋的多元規(guī)則的方式表示，從試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)或其他同類風(fēng)力發(fā)電機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)中得到的 規(guī)則，很容易由維護(hù)人員加入已有規(guī)則庫(kù)中。另外，通過(guò)自動(dòng)和周期性的數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)升 級(jí)機(jī)制，可以持續(xù)、自動(dòng)的從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)中“學(xué)習(xí)”，這樣，隨著時(shí)間推移，振動(dòng)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的精度將進(jìn)一步提高，誤報(bào)警率將進(jìn)一步下降。
以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1是建立本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)規(guī)則庫(kù)的流程圖；圖2是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照
本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
。圖1顯示振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)的建立過(guò)程。振動(dòng)監(jiān)測(cè)之前，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一 個(gè)特定正常運(yùn)行期間內(nèi)執(zhí)行步驟SlO (通常應(yīng)保證至少六個(gè)月或者一年)，獲取各種相關(guān)數(shù) 據(jù)并儲(chǔ)存到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后進(jìn)行離散化。這些數(shù)據(jù)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常振動(dòng)特征值 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)的歷史數(shù)據(jù)、已知正常運(yùn)行狀態(tài)以及控制變量等，這些 數(shù)據(jù)是用于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)。振動(dòng)特征值數(shù)據(jù)可以是時(shí)域、頻域或者其他域的振動(dòng)信號(hào)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，例如在主變 速箱的高速端獲得的振動(dòng)速度時(shí)間信號(hào)(lO-lOOOHz)有效值。一般來(lái)說(shuō)，用于數(shù)據(jù)挖掘的 歷史數(shù)據(jù)越多，建立的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)警可能性就越低。表1顯示了一種收集到的歷 史數(shù)據(jù)的屬性集，當(dāng)然這個(gè)屬性集也就是后面將要提到的條件數(shù)據(jù)的屬性集。表2顯示用 于數(shù)據(jù)挖掘的振動(dòng)特征值范圍決策屬性集，該屬性集包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)數(shù) 據(jù)。振動(dòng)特征值范圍作為決策屬性，可由現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)(例如德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI 3834)或者風(fēng)力發(fā) 電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，例如，VDI3834標(biāo)準(zhǔn)中的每個(gè)正常振動(dòng)速度范圍可等分為5個(gè)部分， 每一部分都可定義為表2中的一個(gè)決策屬性。表1條件屬性集
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，包括 建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)；獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)所述各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)； 根據(jù)所測(cè)得的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)特征值范圍； 根據(jù)所預(yù)測(cè)的振動(dòng)特征值范圍計(jì)算相應(yīng)振動(dòng)特征值閾值； 比較所述相應(yīng)振動(dòng)特征值的所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與所述的振動(dòng)特征值閾值； 當(dāng)所述相應(yīng)振動(dòng)特征值的所述實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)大于所述的振動(dòng)特征值閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警 信號(hào)；所述振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)依如下方法建立獲取正常運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和振動(dòng)特征值的數(shù)據(jù)，并存 儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化；對(duì)經(jīng)離散化的所述數(shù)據(jù)進(jìn)行基于粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)成知識(shí)系統(tǒng)；提取風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則，建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法，其中，所述各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的歷史 數(shù)據(jù)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)數(shù)據(jù)、控制變量的 運(yùn)行數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法，其中，所述基于粗糙集的數(shù)據(jù)挖 掘方法包括對(duì)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)構(gòu)成的屬性集進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，從而確定最小屬 性集。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一個(gè)包含振動(dòng)特征值范圍規(guī)則的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)；一個(gè)用于獲取運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的SCADA數(shù)據(jù)和控制變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取單元； 一個(gè)振動(dòng)特征值范圍預(yù)測(cè)單元，其根據(jù)所述的振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則與實(shí)時(shí) 運(yùn)行所獲取的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)振動(dòng)特征值范圍；一個(gè)振動(dòng)特征閾值計(jì)算單元，其用于根據(jù)所預(yù)測(cè)的振動(dòng)特征值范圍，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的振動(dòng)特征值閾值；一個(gè)振動(dòng)特征值監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相應(yīng)振動(dòng)特征值，并獲取該振動(dòng)特征 值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；一個(gè)用于比較所述振動(dòng)特征值閾值和所述振動(dòng)特征值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的比較單元；和 一個(gè)報(bào)警單元，當(dāng)所述振動(dòng)特征值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超過(guò)所述振動(dòng)特征值閾值時(shí)，發(fā)出相應(yīng)故障報(bào)警信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)，該方法基于大量的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)基于粗糙集的數(shù)據(jù)挖掘方法，建立振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)，其次，根據(jù)該規(guī)則庫(kù)中提取的規(guī)則，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)振動(dòng)特征值范圍，并計(jì)算振動(dòng)特征值的閾值，最后，比較風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行特征的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和上述振動(dòng)特征值閾值，做出故障報(bào)警判斷。該方法和系統(tǒng)考慮了不同的運(yùn)行數(shù)據(jù)組合，可大幅降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的誤報(bào)警率，同時(shí)，上述振動(dòng)特征值范圍規(guī)則庫(kù)以顯式和可解釋的多元規(guī)則的方式表示，易于理解，且方便進(jìn)行自動(dòng)或人工維護(hù)。
文檔編號(hào)G01H17/00GK101995290SQ20091016759
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者時(shí)文剛, 邢建輝 申請(qǐng)人:西門子公司