本发明专利技术公开了一种风电机组动态不平衡在线检测和故障辨识方法及系统。根据本发明专利技术的方法包括如下步骤：在一个设定时间长度内对发电机功率、桨距角位置、风轮转速以及机舱前后方向的加速度进行同步采样；根据同步采样所采集到的发电机功率、桨距角位置判断风机是否运行于设计测试工况；如果判定风机运行于设计测试工况，则至少对所采集到的风轮转速的时间序列进行频谱分析；根据对风轮转速的时间序列进行的频谱分析的结果来判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障；如果判定风机存在叶轮不平衡性的故障，则根据对机舱前后方向的加速度的时间序列进行的频谱分析的结果来判断不平衡性原因是气动不平衡还是质量矩不平衡。本发明专利技术还涉及一种相应的系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种风电机组状态监测和故障诊断方法及系统，尤其是设及一种叶轮 不平衡在线故障检测W及辨识方法及系统。
技术介绍
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在国家开发利用 可再生能源政策推动下，我国风电产业迅速发展，并网容量已达到世界第一，并还有很大的 发展潜力。但随着机组容量W及大型风场的不断发展，如何提高和保障风电机组运行的可 靠性已经成为本领域的研究热点。 对于高塔架、长叶片的大容量机组，具有载荷大阻尼小等缺点，由于叶片、风轮W 及对中等问题，或者是运行老化的问题，极容易造成风机处于不平衡、偏屯、的运行状态，导 致相关大部件载荷过大，持久运行严重影响风机的寿命。 风电机组的不平衡运行状态按形成原因可分为气动不平衡和质量矩不平衡。 为了检测风机不平衡的运行状态，国内许多机构也做了深入研究，也公布了一些 专利，如"一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法"（CN103759891A)、"叶轮不平 衡故障的双馈风力发电机定子电流的诊断方法"（CN104184383A)。上述专利中，其仅能检测 出不平衡性，但并不能进一步诊断出具体原因，例如是气动不平衡还是质量矩不平衡等，无 法细化故障原因，对于相关故障排查仍有很大难度。 因此，希望能够开发一套自主在线检测系统，及时发现相关问题，就可W很大程度 上避免此类的经济损失。 因此，希望能够提供一种风电机组动态不平衡在线检测和故障辨识方法及系统， 可靠地判断不平衡性的原因是气动不平衡还是质量矩不平衡。
技术实现思路
[000引针对上述问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种风电机组动态不平衡在线 检测和故障辨识方法，风机在正常发电状态下，根据发电机功率、奖距角位置、风轮转速W 及机舱前后方向的加速度信息，在线诊断叶轮不平衡性故障，并辨识出叶轮不平衡性故障 的原因是气动不平衡还是质量矩不平衡。 风机在正常发电状态下，通过检测一定时间内的发电机功率W及奖距角位置来判 断设计测试工况要求是否满足，若风机处于设计测试工况，则对运段时间内的风轮转速W 及机舱前后方向的加速度通过数学分析方法分别得出可W比较的特征信号，从而判断是否 存在叶轮不平衡故障，W及在存在叶轮不平衡故障的情况下辨识出具体故障原因是气动不 平衡还是质量矩不平衡。 根据本专利技术的风电机组动态不平衡在线检测和故障辨识方法包括:在一个设定时 间长度内对发电机功率、奖距角位置、风轮转速W及机舱前后方向的加速度进行同步采样； 根据同步采样所采集到的发电机功率、奖距角位置判断风机是否运行于设计测试工况;如 果判定风机运行于设计测试工况，则至少对所采集到的风轮转速的时间序列进行频谱分 析;根据对风轮转速的时间序列进行的频谱分析的结果来判断风机是否存在叶轮不平衡性 的故障；如果判定风机存在叶轮不平衡性的故障，则根据对机舱前后方向的加速度的时间 序列进行的频谱分析的结果来判断不平衡性原因是气动不平衡还是质量矩不平衡。 优选的是，在判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障之前，对所采集到的风轮转 速的时间序列和机舱前后方向的加速度的时间序列分别进行频谱分析。 优选的是，在判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障之前，对所采集到的风轮转 速的时间序列进行频谱分析;在判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障之后，如果判定风 机存在叶轮不平衡性的故障，则对所采集到的机舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱 分析。 优选的是，判断风机是否运行于设计测试工况包括如下步骤:根据同步采样所采 集到的发电机功率、奖距角位置判断风机是否运行于风机运行的转速-转矩控制曲线上的 风机运行低转速PI控制区间或风机运行高转速PI控制区间，如果是，则判定风机运行于设 计测试工况，如果否，则判定风机未运行于设计测试工况。 优选的是，判断风机是否运行于风机运行的转速-转矩控制曲线上的风机运行低 转速PI控制区间或风机运行高转速PI控制区间包括如下步骤:根据风机运行的转速-转矩 控制曲线确定风机运行低转速PI控制区间、风机运行高转速PI控制区间的各自两个边界点 处的功率系数，分别作为风机运行低转速PI控制区间功率系数下限、风机运行低转速PI控 制区间功率系数上限、风机运行高转速PI控制区间功率系数下限和风机运行高转速PI控制 区间功率系数上限，所述功率系数等于发电机功率和额定功率的比值;如果发电机功率等 于功率系数与额定功率的乘积且奖距角位置为最小奖距角并持续一个设定时间长度，其 中，所述功率系数大于或等于风机高转速PI控制区间功率系数下限且小于或等于风机运行 高转速PI控制区间功率系数上限，或者，所述功率系数大于或等于风机高转速PI控制区间 功率系数下限且小于或等于风机运行高转速PI控制区间功率系数上限，则判定风机运行于 设计测试工况。 优选的是，判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障包括如下步骤:提取对所述风 轮转速的时间序列进行频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值和对所述风轮转速的时间 序列进行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应的幅值;将对所述风 轮转速的时间序列进行频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值与对所述风轮转速的时间 序列进行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应的幅值进行比较，若 对所述风轮转速的时间序列进行频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值小于或等于对所 述风轮转速的时间序列进行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应 的幅值，则判定为风机不存在叶轮不平衡性的故障;若对所述风轮转速的时间序列进行频 谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值大于对所述风轮转速的时间序列进行频谱分析得到 的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应的幅值，则判定为风机存在叶轮不平衡性的 故障。 优选的是，判断不平衡性原因是气动不平衡还是质量矩不平衡包括如下步骤:提 取对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值 W及对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振 动模态固有频率所对应的幅值;将对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱分析 得到的风轮转速的1倍频的幅值与对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱分析 得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应的幅值进行比较，若对所述机舱前后方 向的加速度的时间序列进行频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值大于或等于对所述机 舱前后方向的加速度的时间序列进行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频 率所对应的幅值，则判定为气动不平衡;若对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进行 频谱分析得到的风轮转速的1倍频的幅值小于对所述机舱前后方向的加速度的时间序列进 行频谱分析得到的塔架前后方向一阶振动模态固有频率所对应的幅值，则判定为质量矩不 平衡。 优选的是，对所采集到的风轮转速的时间序列进行的所述频谱分析是离散傅里叶 变换或快速傅里叶变换，并且，对所采集到的机舱前后方向的加速度的时间序列进行的所 述频谱分析是离散傅里叶变换或快速傅里叶变换。 优选的是，对所采集到的风轮转速的时间序列进行频谱分析得到的是风轮转速的 功率谱密度或能量谱密度，并且，对所采集到的机舱前后方向的加速度的时间序列进行频 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风电机组动态不平衡在线检测和故障辨识方法，包括：在一个设定时间长度内对发电机功率、桨距角位置、风轮转速以及机舱前后方向的加速度进行同步采样；根据同步采样所采集到的发电机功率、桨距角位置判断风机是否运行于设计测试工况；如果判定风机运行于设计测试工况，则至少对所采集到的风轮转速的时间序列进行频谱分析；根据对风轮转速的时间序列进行的频谱分析的结果来判断风机是否存在叶轮不平衡性的故障；如果判定风机存在叶轮不平衡性的故障，则根据对机舱前后方向的加速度的时间序列进行的频谱分析的结果来判断不平衡性原因是气动不平衡还是质量矩不平衡。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永明，王方超，李强，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65
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