CN102980651B - 风电机组状态监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电机组状态监测方法、装置及系统。其中方法包括：获取风电机组塔筒顶部的振动信号；对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。本发明通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析和频域分析，得到能反映出塔筒及基础状态的时域特征值和频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长风电机组的使用寿命。

Description

风电机组状态监测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及状态监测技术，尤其涉及一种风电机组状态监测方法、装置及系统。

背景技术

风力发电机组是由叶轮迎风转动带动发电机转动，将风能转换为机械能，再转换为电能的设备，由叶轮、机舱、塔筒及基础组成，其中塔筒与基础固定连接在大地上，用于支撑和维持机舱及叶轮转动。风电机组在运行过程中受到的气动载荷、重力载荷以及惯性力载荷等将全部由塔筒及基础承受，因此，塔筒及基础是保证风电机组正常运行的关键部件。

在载荷冲击的影响下，塔筒及基础的状态将发生衰退，即塔筒运行时的参数达不到设计标准，例如，塔筒的固有频率偏离了设定值，导致塔筒顶部振动加剧，使得风电机组其他部件承受的疲劳载荷和极限载荷增大，降低了风电机组的使用寿命，甚至会导致塔筒与其他部件产生共振。若塔筒及基础的状态严重衰退，可能导致风电机组发生严重故障，甚至造成风电机组倒塌。因此，为了保证风电机组能够正常运行，延长风电机组的使用寿命，急需对塔筒及基础的状态进行实时监测，监测塔筒及基础的运行参数是否达到设计标准。

发明内容

本发明提出了一种风电机组状态监测方法、装置及系统，以监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长风电机组的使用寿命。

本发明实施例提供一种风电机组状态监测方法，包括：

获取风电机组塔筒顶部的振动信号；

对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；

根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。

本发明实施例提供一种风电机组状态监测装置，包括：

信号获取模块，用于获取风电机组塔筒顶部的振动信号；

信号分析模块，用于对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；

状态判断模块，用于根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。

本发明实施例提供一种风电机组状态监测系统，包括：

检测设备，用于检测风电机组塔筒顶部振动信号；

控制器，包括本发明实施例提供的风电机组状态监测装置。

本发明实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析和频域分析，得到能反映出塔筒及基础状态的时域特征值和频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的风电机组状态监测方法的流程图；

图2a为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中时域分析方法的流程图；

图2b为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中频域分析方法的流程图；

图2c为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中状态判断方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的风电机组状态监测装置的结构示意图；

图4a为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中信号分析模块的结构示意图；

图4b为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中信号分析模块的另一种结构示意图；

图4c为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中状态判断模块的结构示意图；

图4d为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置的另一种结构示意图；

图5a为本发明实施例五提供的风电机组状态监测系统的结构示意图；

图5b为本发明实施例五提供的风电机组状态监测系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一提供的风电机组状态监测方法的流程图，该方法可以由风电机组状态监测系统中的控制器来执行，可以通过软件和/或硬件的方式实现。如图1所示，该方法的具体步骤如下：

步骤101、控制器获取风电机组塔筒顶部的振动信号；

其中，控制器获取风电机组塔筒顶部的振动信号，在本实施例中具体为获取振动加速度传感器分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向检测到的水平方向振动加速度信号，作为振动信号。振动加速度传感器可采用压电式振动加速度传感器，将其设置在塔筒顶部的主机架上，可随机舱一起转动。风电机组在运行过程中，若风向突然发生变化、将扰乱叶片周围空气的流动，阻碍叶轮的正常转动，对叶轮造成短暂性冲击，使得叶轮发生振动，进而使得与叶轮连接的主机架发生振动。或由于风电机组并网/脱网时，产生的较大电流对变频器的冲击以及塔筒与机舱连接的螺栓松动都会导致风电机组的主机架发生振动。采用压电式振动加速度传感器分别检测风电机组主机架在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动加速度信号，将振动加速度信号转换为电信号，并经电荷放大器放大至控制器能够识别的电信号，进行抗混叠滤波祛除信号中的噪声和高频部分，将调理后的振动加速度信号提供给控制器，风电机组的控制器识别该电信号并将其转换为数字信号存储于控制器的寄存器中，作为塔筒顶部的振动信号，以对其进行信号分析。

步骤102、控制器对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；

对振动信号进行时域分析，具体为对塔筒顶部的振动状态在一段时间内发生的变化进行分析，通过振动信号随时间变化的特性提取出时域特征值，以反映塔筒顶部的振动状态。对振动信号进行频域分析，具体为分析塔筒顶部的振动状态对于不同频率表现出的不同特性，根据振动信号的频域特性提取出频域特征值，以反映塔筒顶部的振动状态。

步骤103、控制器根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。

风电机组塔筒及基础的状态变化可以表示为：当风电机组塔筒的运行参数发生变化，达不到设计要求时，可判断风电机组塔筒或基础的状态发生了衰退。风电机组在受到风速突变、恶劣气候条件或机械部件连接松动时，塔筒受到载荷增大，故振动加剧。且塔筒及基础受到长时间的疲劳载荷和极限载荷会导致其自身材料性质的变化，例如若塔筒及基础变软，则塔筒的固有频率会低于正常的固有频率值，其塔筒振动信号频谱中固有频率的幅值会发生变化，偏离正常的设定值，若塔筒及基础变硬，则塔筒的固有频率会高于正常的固有频率值，其塔筒振动信号频谱中固有频率的幅值也会发生变化，偏离正常的设定值，上述原因都会导致塔筒及基础的状态发生衰退。因此将塔筒的固有频率和振动信号频谱中固有频率的幅值作为步骤102中进行频域分析得到的频域特征值，根据频域特征值与设定值的偏差来判断风电机组塔筒及基础的状态是否发生了衰退。

本实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析和频域分析，得到能反映出塔筒及基础状态的时域特征值和频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

可选的，本领域技术人员可以根据风电机组控制器的特性选用其他类型的振动加速度传感器以测量塔筒顶部的振动加速度信号，作为振动信号。另外，检测风电机组塔筒顶部的振动信号也不限于检测振动加速度信号，也可以选用其他类型传感器以检测到能反映塔筒顶部振动特性的信号，例如振动位移传感器以测量塔筒顶部的振动位移信号。本实施例对上述可选方案不作限制，本领域技术人员可根据实际的设计方案设定具体的检测方法。

实施例二

图2a为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中时域分析方法的流程图，该方法可以由风电机组状态监测系统中的控制器来执行，可以通过软件和/或硬件的形式实现。本实施例以上述实施例为基础，进一步优化了在对获取到的塔筒顶部的振动信号进行时域分析的过程。如图2a所示，对获取到的塔筒顶部的振动信号进行时域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值的具体步骤如下：

步骤201、控制器对所述振动信号进行计算，得到所述振动信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

在上述实施例的基础上，控制器获取到的风电机组塔筒顶部的振动信号，具体为风电机组在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动加速度在设定时间内的数值。振动信号的幅值为控制器在每一个采样时间点获取到的振动加速度数值。对于在传动链方向获取到的水平方向振动加速度数值，将设定时间内获取到的所有数值进行比较，提取出最大的数值即为振动信号幅值的最大值，同理，提取出最小的数值即为振动信号幅值的最小值。对于上述设定时间内获取到的所有振动加速度数值计算其平均值，即为振动信号幅值的平均值，进而计算出标准差，即为振动信号幅值的标准差。同理，对于垂直于传动链方向获取到的水平方向振动加速度数值，将设定时间内获取到的所有数值进行比较，可采用类似的方法得到振动加速度数值的最大值、最小值、平均值及标准差，即为振动信号复制的最大值、最小值、平均值及标准差。

步骤202、控制器对所述振动信号进行计算，得到振动速度信号以及所述振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

由于控制器获取到的风电机组塔筒、顶部的振动信号，具体为风电机组在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动加速度在设定时间内的数值。因此对于在传动链方向的水平方向振动加速度信号，可对其进行积分运算，得到振动速度信号，其幅值为在每个采样时间点得到的振动速度的数值。可采用步骤201中类似的计算方法计算得到设定时间内所有振动速度数值的最大值、最小值、平均值及标准差，即为振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。同理，对于在垂直于传动链方向的水平方向振动加速度信号，也可对其进行积分运算，得到振动速度信号以及振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。

步骤203、控制器对所述振动速度信号进行计算，得到振动位移信号以及所述振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

对于步骤202中得到的在传动链方向的水平方向振动速度信号，可对其进行积分运算，得到振动位移信号，其幅值为在每个采样时间点得到的振动位移的数值，可采用步骤201或步骤202中类似的计算方法计算得到设定时间内所有振动位移数值的最大值、最小值、平均值及标准差，即为振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。同理，对于步骤202中得到的在垂直于传动链方向的水平方向振动速度信号，也可对其进行积分运算，得到振动位移信号以及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。

将所述振动信号、振动速度信号及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为所述时域特征值。具体为对于上述步骤201、步骤202和步骤203中在传动链方向和垂直于传动链方向计算得到的水平方向振动信号、振动速度信号及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为所述时域特征值，用以从时域角度判断塔筒及基础的状态是否发生衰退。

上述对信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差的计算方法以及积分方法可采用本领域技术人员熟知的数学计算公式来计算，具体在程序实现过程中可根据技术人员习惯的方式进行编写，本实施例对此不作限定。本实施例中提及的设定时间可根据塔筒及基础的设计参数、塔筒及基础状态变化情况或技术人员的关注程度进行设定，本实施例对此不作限定。

图2b为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中频域分析方法的流程图。本方案以上述实施例为基础，进一步优化了在对获取到的塔筒顶部的振动信号进行频域分析的过程。如图2b所示，对获取到的塔筒顶部的振动信号进行频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的频域特征值的具体步骤如下：

步骤301、控制器对所述振动信号进行快速傅里叶变换，得到所述振动信号的第一频谱；

对控制器获取到的风电机组在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到振动信号的第一频谱，用以在频域角度对振动信号进行分析和计算。

步骤302、控制器对所述第一频谱进行频率校正，得到第二频谱；

对步骤301中得到传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动信号的第一频谱分别进行频率校正，得到第二频谱，祛除其他频率成分，以使塔筒振动信号的频率作为第二频谱中主要的成分。由于本实施例中振动加速度传感器安装在风电机组的主机架上，造成主机架振动的原因有很多，除塔筒的振动为主要因素外，还有其他与主机架连接的部件引起振动，例如叶轮的瞬间转动变化会引起主机架振动。振动加速度传感器检测到的振动信号包含了塔筒的振动信号以及其他部件的振动信号，故振动信号的第二频谱中同样也包含了引起风电机组主机架振动的所有因素的振动信号，因此需要对振动信号的第二频谱进行频率校正，祛除频谱中例如叶轮转动频率成分等非主要成分。具体的频率校正方式可采用本领域技术人员熟知的频率校正方法，由技术人员设定，本实施例对此不作限定。

步骤303、控制器对所述第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱；

对步骤302中得到的传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动信号的第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱，用以得到精确的塔筒固有频率。风电机组在运行过程中，在不同的风速条件下，塔筒受到的载荷不同，塔筒的振动状态随风速发生改变，因此控制器获取到的塔筒顶部的振动信号的第二频谱对于不同的风速表现出不同的特性。为了对处于不同风速条件下得到的振动信号第二频谱进行统一分析，需采用幅值校正的方法，将第二频谱调整至在设定风速条件下的频谱，用以得到振动信号的频域特征值。幅值校正的方法具体可以为：根据风电机组在正常运行状态中风速与塔筒振动频域特征值之间的对应关系，计算当前风速与设定风速之间的差值，将第二频谱的幅值调整至设定风速下对应的幅值。例如：设定风速为10m/s时的塔筒顶部振动信号的频域特征值作为判断标准，风电机组在正常运行状态下，当风速为5m/s时，对应的塔筒顶部振动信号的频谱幅值为0.2，当风速为10m/s时，对应的频谱幅值为0.3，若当前风速为5m/s，频谱幅值为0.22，需调整幅值校正过程中的参数，将频谱幅值调整至0.33，用以与风速为10m/s时的频域特征值进行比较。本领域技术人员也可以根据塔筒本身的特性以及设计特征值，采取其他幅值校正方法，以得到能反映塔筒振动信号频域特征的特征值。

步骤304、控制器根据所述第三频谱提取风电机组塔筒的固有频率及固有频率的频谱幅值，作为所述频域特征值。

具体可以为对第三频谱中每个频率对应的频谱幅值进行比较，得到与塔筒设定的振动频率最为接近的频谱幅值中最大的幅值，其对应的频率即为塔筒的固有频率，最大的频谱幅值即为固有频率的频谱幅值，用以从频域角度判断塔筒及基础的状态是否发生衰退。

图2c为本发明实施例二提供的风电机组状态监测方法中状态判断方法的流程图。本方案以上述实施例为基础，进一步优化了在对获取到的塔筒顶部的振动信号进行时域分析和频域分析后，判断塔筒及基础的状态是否发生衰退的过程。如图2c所示，判断塔筒及基础的状态是否发生衰退方法的具体步骤如下：

步骤401、控制器将所述时域特征值和频域特征值与各自的设定值进行比较，根据比较的结果设置各自的标志值；

对于每一个时域特征值和频域特征值，都对应一个设定值，该设定值可在技术人员在对塔筒的设计过程中设定，可考虑塔筒本身的制作材料以及所受到的载荷等因素。将每一个时域特征值和频域特征值与各自的设定值做减法，其差值设定为该特征值对应的标志值，例如：设定风速为10m/s时塔筒顶部振动信号的时域特征值和频域特征值作为设定值，其中频域特征值固有频率为0.3，若当前经过频域分析得到的固有频率为0.32，则得到固有频率的标志值为0.02。再例如：设定风速为10m/s时塔筒顶部振动信号的时域特征值和频域特征值作为设定值，其中频域特征值固有频率为0.3，若当前经过频域分析得到的固有频率为0.27，则得到固有频率的标志值为-0.03。

步骤402、控制器根据所述标志值判断风电机组塔筒及基础的状态。

具体可以为：将标志值从-8至8分为17个等级，根据标志值的绝对值判断风电机组塔筒及基础的状态，标志值的正负用于判断特征值偏离设定值的方向，用于控制器发出控制指令，以调整风电机组运行状态。例如：对频域特征值固有频率而言，其对应的标志值的绝对值越小，说明当前检测得到的固有频率越接近设定固有频率值，若标志值的绝对值小于1，表明当前固有频率大于设定值，但仍处于正常运行范围，可判断当前塔筒及基础的状态未发生衰退，若标志值的绝对值在1至2之间，可判断当前固有频率大于设定值，且塔筒及基础的状态发生轻微衰退，可调整变桨参数或调整输出功率以使得塔筒及基础的状态恢复正常，若标志值的绝对值大于6，可判断当前固有频率大于设定值，且偏离设定值程度较大，塔筒及基础的状态发生了严重衰退，可采取降功率或停机等措施，避免故障发生。

本实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析，分别计算在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向加速度幅值、速度信号幅值以及位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为时域特征值，并进行频域分析，得到传动链方向和垂直于传动链方向的固有频率及其频谱幅值作为频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

本领域技术人员可根据具体情况选择上述实施例中的全部特征值用于判断风电机组塔筒及基础的状态，也可以选择部分特征值，或选择其他参数作为特征值用于判断风电机组塔筒及基础的状态，其特征值获取的方法可采用本实施例提供的方案，也可采用本领域技术人员熟知的方法实现，本实施例对此不作限定。

优选的，在上述技术方案的基础上，还可以根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态。具体可以为风电机组控制器发出变桨指令，减小叶轮吸收的风能，降低风电机组发出的功率，以减小塔筒受到的载荷，避免塔筒及基础的状态发生衰退，保证风电机组正常运行，延长风电机组的寿命。

实施例三

图3a为本发明实施例三提供的风电机组状态监测装置的结构示意图。如图3a所示，风电机组状态监测装置包括：信号获取模块11、信号分析模块12和状态判断模块13。

其中，信号获取模块11用于获取风电机组塔筒顶部的振动信号，具体用于获取振动加速度传感器分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向检测到的水平方向振动加速度信号，作为所述振动信号，其中，所述振动加速度传感器设置在塔筒顶部的主机架上，随机舱一起转动。信号分析模块12用于对信号获取模块11获取到的振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值。状态判断模块13用于根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。

本实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析和频域分析，得到能反映出塔筒及基础状态的时域特征值和频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

上述风电机组状态监测装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4a为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中信号分析模块的结构示意图。如图4a所示，信号分析模块12包括：第一计算单元121、第二计算单元122和第三计算单元123。

其中，第一计算单元121用于对上述实施例中信号获取模块11获取到的振动信号进行计算，得到所述振动信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。第二计算单元122用于对该振动信号进行计算，得到振动速度信号以及所述振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。第三计算单元123用于对所述振动速度信号进行计算，得到振动位移信号以及所述振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差。上述振动信号、振动速度信号及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差可作为反映风电机组塔筒及基础状态的时域特征值。

图4b为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中信号分析模块的另一种结构示意图。如图4b所示，信号分析模块12还包括：信号变换单元124、频率校正单元125、幅值校正单元126和频域特征值提取单元127。

其中，信号变换单元124用于对所述振动信号进行快速傅里叶变换，得到所述振动信号的第一频谱。频率校正单元125用于对所述第一频谱进行频率校正，得到第二频谱。幅值校正单元126用于对所述第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱。频域特征值提取单元127用于根据所述第三频谱提取风电机组塔筒的固有频率及固有频率的频谱幅值，作为所述频域特征值。

图4c为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置中状态判断模块的结构示意图。如图4c所示，状态判断模块13包括：特征值比较单元131和状态判断单元132。

其中，特征值比较单元131用于将所述时域特征值和频域特征值与各自的设定值进行比较，根据比较的结果设置各自的标志值。状态判断单元132用于根据所述标志值判断风电机组塔筒及基础的状态。

本实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析，分别计算在传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向加速度幅值、速度信号幅值以及位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为时域特征值，并进行频域分析，得到传动链方向和垂直于传动链方向的塔筒固有频率及其频谱幅值作为频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

优选的，图4d为本发明实施例四提供的风电机组状态监测装置的另一种结构示意图。如图4d所示，在上述技术方案的基础上，风电机组状态检测装置还可以包括状态调整模块14。

状态调整模块14用于根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态。

上述技术方案的优点在于，当上述状态判断单元132判断出风电机组的特征值距离设定值偏差较大时，状态调整模块可根据风电机组控制器发出的变桨指令和变桨角度进行变桨，减小叶轮吸收的风能，降低风电机组发出的功率，以减小塔筒受到的载荷，避免塔筒及基础的状态发生衰退，保证风电机组正常运行，延长风电机组的寿命。

上述风电机组状态监测装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例五

图5a为本发明实施例五提供的风电机组状态监测系统的结构示意图。如图5a所示，风电机组状态监测系统包括：检测设备21和控制器22。

其中，检测设备21用于检测风电机组塔筒顶部振动信号。检测设备21具体可以包括压电式振动加速度传感器211，该传感器用于检测风电机组塔筒顶部分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动加速度信号，所述压电式振动加速度传感器设置在塔筒顶部的主机架上，可随机舱一起转动。

控制器22包括上述本发明实施例提供的风电机组状态监测装置，用于获取检测设备21检测到的风电机组塔筒顶部振动信号，对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值，并根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态。

本实施例的技术方案通过检测塔筒顶部的振动信号，对振动信号进行时域分析和频域分析，得到能反映出塔筒及基础状态的时域特征值和频域特征值，通过与设定值进行比较来判断风电机组塔筒及基础是否发生了衰退，能够实时监测塔筒及基础的状态，保证风电机组正常运行，延长了风电机组的使用寿命。

优选的，图5b为本发明实施例五提供的风电机组状态监测系统的另一种结构示意图。如图5b所示，在上述实施例的基础上，根据监测装置还包括状态调整模块14，该状态调整模块14用于根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态，则风电机组状态监测系统还可以包括执行设备23。

执行设备23用于执行所述控制器发出的控制指令，以调整风电机组运行状态。

上述技术方案的优点在于，当控制器判断出风电机组的特征值距离设定值偏差较大时，执行设备可根据风电机组控制器发出的变桨指令和变桨角度进行变桨，减小叶轮吸收的风能，降低风电机组发出的功率，以减小塔筒受到的载荷，避免塔筒及基础的状态发生衰退，保证风电机组正常运行，延长风电机组的寿命。

上述风电机组状态监测系统可包括本发明任意实施例所提供的装置，可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种风电机组状态监测方法，其特征在于，包括：

获取风电机组塔筒顶部的振动信号；

对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；

根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态；

获取风电机组塔筒顶部振动信号包括：

获取压电式振动加速度传感器分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向检测到的水平方向振动加速度信号，作为所述振动信号，其中，所述压电式振动加速度传感器设置在塔筒顶部的主机架上，随机舱一起转动；

对所述振动信号进行频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的频域特征值包括：

对所述振动信号进行快速傅里叶变换，得到所述振动信号的第一频谱；

对所述第一频谱进行频率校正，得到第二频谱；

对所述第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱；

根据所述第三频谱提取风电机组塔筒的固有频率及固有频率的频谱幅值，作为所述频域特征值。

2.根据权利要求1所述的风电机组状态监测方法，其特征在于，对所述振动信号进行时域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值包括：

对所述振动信号进行计算，得到所述振动信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

对所述振动信号进行计算，得到振动速度信号以及所述振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

对所述振动速度信号进行计算，得到振动位移信号以及所述振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

其中，将所述振动信号、振动速度信号及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为所述时域特征值。

3.根据权利要求1所述的风电机组状态监测方法，其特征在于，根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态，包括：

将所述时域特征值和频域特征值与各自的设定值进行比较，根据比较的结果设置各自的标志值；

根据所述标志值判断风电机组塔筒及基础的状态。

4.根据权利要求1所述的风电机组状态监测方法，其特征在于，还包括：

根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态。

5.一种风电机组状态监测装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取风电机组塔筒顶部的振动信号；

信号分析模块，用于对所述振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析，以获得反映所述塔筒顶部振动状态的时域特征值和频域特征值；

状态判断模块，用于根据所述时域特征值和频域特征值，判断风电机组塔筒及基础的状态；

信号获取模块具体用于获取压电式振动加速度传感器分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向检测到的水平方向振动加速度信号，作为所述振动信号，其中，所述振动加速度传感器设置在塔筒顶部的主机架上，随机舱一起转动；

所述信号分析模块包括：

信号变换单元，用于对所述振动信号进行快速傅里叶变换，得到所述振动信号的第一频谱；

频率校正单元，用于对所述第一频谱进行频率校正，得到第二频谱；

幅值校正单元，用于对所述第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱；

频域特征值提取单元，用于根据所述第三频谱提取风电机组塔筒的固有频率及固有频率的频谱幅值，作为所述频域特征值。

6.根据权利要求5所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所述信号分析模块包括：

第一计算单元，用于对所述振动信号进行计算，得到所述振动信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

第二计算单元，用于对所述振动信号进行计算，得到振动速度信号以及所述振动速度信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

第三计算单元，用于对所述振动速度信号进行计算，得到振动位移信号以及所述振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差；

其中，将所述振动信号、振动速度信号及振动位移信号幅值的最大值、最小值、平均值及标准差作为所述时域特征值。

7.根据权利要求5所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，状态判断模块包括：

特征值比较单元，用于将所述时域特征值和频域特征值与各自的设定值进行比较，根据比较的结果设置各自的标志值；

状态判断单元，用于根据所述标志值判断风电机组塔筒及基础的状态。

8.根据权利要求5所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，还包括：

状态调整模块，用于根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态。

9.一种风电机组状态监测系统，其特征在于，包括：

检测设备，用于检测风电机组塔筒顶部振动信号；

控制器，包括权利要求5-7任一所述的风电机组状态监测装置。

10.根据权利要求9所述的风电机组状态监测系统，其特征在于：

所述监测装置还包括：状态调整模块，用于根据判断出的风电机组塔筒及基础的状态发出控制指令，以调整风电机组运行状态；

则所述系统还包括：

执行设备，用于执行所述控制器发出的控制指令，以调整风电机组运行状态。

11.根据权利要求9或10所述的风电机组状态监测系统，其特征在于，所述检测设备包括：

压电式振动加速度传感器，用于检测风电机组塔筒顶部分别在风电机组传动链方向和垂直于传动链方向的水平方向振动加速度信号，所述压电式振动加速度传感器设置在塔筒顶部的主机架上，可随机舱一起转动。