CN105587475A - 风力发电机组及其塔架系统状态的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机组及其塔架系统状态的检测方法和装置。该检测方法包括：在风力发电机组急停时获取塔架系统的自由衰减振动数据；根据该自由衰减振动数据确定该塔架系统的频率参数，该频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值；根据该有阻尼固有频率或对数减缩值确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。采用本发明实施例，可以提高提高对风力发电机组健康状态的检测精度。

Description

风力发电机组及其塔架系统状态的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机组及其塔架系统状态的检测方法和装置。

背景技术

风能作为新能源，越来越受到人们的青睐。为了使风力发电机获得更多的风能，一般会将风力发电机支撑在一定的高度上。由于风向的不确定性，风力发电机的基础弯矩的方向也不断发生变化，塔筒基础承受360度重复载荷，塔筒基础的底面受到反复的拉压作用，使得塔筒基础的健康状态下降。为了保证机组的正常寿命，需要对风力发电机组塔筒基础的健康状态进行评估，筛选出健康状态不良的机组，并及时修复。

通常通过检测塔筒顶端的振动信号，并使用傅里叶变换对该振动信号进行频域分析，同时对该振动信号进行时域分析，分别得到塔筒及塔筒基础状态的时域特征值和频域特征值，然后将其与设定值进行比较，从而判断风力发电机组的塔筒及塔筒基础是否发生衰退，以实时检测塔筒及塔筒基础的状态。

然而，通过上述方式检测塔筒及塔筒基础的状态时，仅考虑到塔筒本身的因素，而对于叶轮气动阻尼、塔筒结构阻尼以及塔筒基础、塔筒基础环之间的阻尼，和塔筒基础对塔架系统的刚度对塔架一阶有阻尼固有频率的影响等因素却并没有考虑，从而使得对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度较低。

发明内容

本发明的目的在于，通过风力发电机组的塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

根据本发明的一方面，提供一种风力发电机组的塔架系统状态的检测方法。所述检测方法包括：

在所述风力发电机组急停时获取所述塔架系统的自由衰减振动数据；

根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的频率参数，所述频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值；

根据所述有阻尼固有频率或对数减缩值确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的塔架系统状态的检测装置，所述检测装置包括：

自由衰减振动数据获取模块，用于获取所述塔架系统的自由衰减振动数据；

频率参数确定模块，用于根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的频率参数；所述频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值；

刚度状态确定模块，用于根据所述有阻尼固有频率或对数减缩值确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

根据本发明的又一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组中设置有上述塔架系统状态的检测装置。

根据本发明实施例提供的风力发电机组及其塔架系统状态的检测方法和装置，通过获取风力发电机组在急停机时塔架系统的自由衰减振动数据，分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例一的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法的流程图；

图2是示出根据本发明实施例二的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法的流程图；

图3是示出的振动状态过程中振动衰减的时域波形曲线的示例性示意图；

图4是示出的健康状态为健康的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时域波形曲线的示例性示意图；

图5是示出的健康状态为不健康的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时域波形曲线的示例性示意图；

图6是示出的健康状态下的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时频信号曲线的示例性示意图；

图7是示出的不健康状态下的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时频信号曲线的示例性示意图；

图8是示出的通过矩形窗截取风力发电机组停机时刻后的数据的示例性示意图；

图9是示出的通过汉宁窗截取风力发电机组停机时刻后的数据的示例性示意图；

图10是示出的通过傅里叶变换方式确定风力发电机组有阻尼固有频率测试统计信息的示例性示意图；

图11是示出根据本发明实施例三的风力发电机组的塔架系统状态的检测装置的一种结构框图；

图12是示出根据本发明实施例三的风力发电机组的塔架系统状态的检测装置的另一种结构框图；

图13是示出根据本发明实施例四的风力发电机组的结构框图。

具体实施方式

本方案的发明构思是，通过获取风力发电机组在急停机时塔架系统的自由衰减振动数据，分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

实施例一

图1是示出根据本发明实施例一的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法的流程图。通过包括如图11所示的检测装置执行该检测方法。

参照图1，风力发电机组的塔架系统状态的检测方法包括：

S110，在风力发电机组急停时获取塔架系统的自由衰减振动数据。

具体地，风力发电机通常会通过塔筒被支撑到一定的高度上，由于风向的不确定性，风力发电机的基础弯矩的方向也不断发生变化，塔筒基础承受重复载荷，塔筒基础的底面受到反复的拉压作用，从而导致塔筒基础的健康状态降低，为此需要对塔筒基础的健康状态进行检测和评估。为了检测风力发电机组的健康状态，可选取风力发电机组振动状态下的一个或多个自由衰减振动数据作为测量特征量，本发明实施例中选取加速度作为自由衰减振动数据，可根据风力发电机组的塔架系统的有阻尼固有频率和奈奎斯特定律确定振动的采样频率，其采样频率的数值为有阻尼固有频率的2倍。

另外，由于风力发电机的机头质量分布不均等因素的影响，风力发电机组的塔架系统在叶轮旋转轴线方向、以及垂直于叶轮旋转轴线和塔筒中心线组成的平面的方向的有阻尼固有频率稍有不同，因此可同时测试风力发电机组两个方向的振动状态。此外，为了测试塔筒和塔筒基础的健康状态，可为风力发电机组设定一定的测试条件，当风力发电机组达到设定的测试条件时，风力发电机组紧急停机或偏航，此时检测塔筒在上述两个方向上振动的加速度的值，其中，塔筒振动的加速度可以上述确定的采样频率获取。

S120，根据上述自由衰减振动数据确定该塔架系统的频率参数，该频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值。

具体地，通过设定的采样频率采集相应的自由衰减振动数据的数值，从而得到多组不同时间点采集的加速度的数值，根据时间点和相应的加速度的数值可绘制加速度随时间变化的曲线，可对该曲线的变化趋势进行分析，并通过加速度随时间变化与有阻尼固有频率随时间变化之间的关系，得到风力发电机组的有阻尼固有频率的变化趋势，或者，通过加速度随时间变化与对数减缩值随时间变化之间的关系，确定风力发电机组的对数减缩值随时间的变化情况。

S130，根据上述有阻尼固有频率或对数减缩值确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

具体地，风力发电机组的有阻尼固有频率对塔筒和塔筒基础的健康状态具有直接关系，通过对有阻尼固有频率随时间变化的分析可直接刻画振动参数的时变特征。相应的处理可为如果得到的固有频率(数值或者变化曲线图)与预先设定的有阻尼固有频率(数值或者变化曲线图)的差距超过预定阈值，则确定塔架系统的基础锚固的刚度状态不正常，此时可确定风力发电机组处于不健康状态，否则，风力发电机组处于健康状态。或者，可以根据测得的加速度随时间的变化趋势计算相应的对数减缩值，通过计算得到的对数减缩值确定塔架系统的基础锚固的刚度状态是否正常，如果不正常，则确定风力发电机组处于不健康状态。

本发明实施例提供的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法，通过获取风力发电机组在急停机时塔架系统的自由衰减振动数据，分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

实施例二

图2是示出根据本发明实施例二的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法的流程图，该实施例可视为图1的又一种具体的实现方案。

参照图2，S210，获取风力发电机组的工况数据。

具体地，在风力发电机组正常工作的过程中，可通过风力发电机组中的传感器以及相关检测部件将风力发电机组当前运行状态下的如偏航状态信息、转速、输出电流、电压和/或输出功率等工况数据。

S220，根据上述工况数据确定风力发电机组的实时功率，当风力发电机组的实时功率超过预定的功率阈值时，发送用于控制风力发电机组急停的指令。

具体地，通过上述步骤S210的处理可得到风力发电机组的工况数据，可以从该工况数据中获取风力发电机组当前的功率，或者，可以从该工况数据中实时获取风力发电机组的有功电流和有功电压，通过该有功电流和有功电压计算风力发电机组的有功功率。基于上述实施例一中为风力发电机组设定的测试条件可包括多种，为了达到对风力发电机组的塔架系统状态检测的较好效果，可为风力发电机组设定功率阈值。风力发电机组在工作时，通过上述方式获取风力发电机组的实时功率，当该实时功率超过设定的功率阈值时，可向风力发电机组发送紧急停机指令，风力发电机组接收到该紧急停机指令后，可控制风力发电机组进行紧急停机。

另外，为了使风力发电机组的振动状态达到最佳效果，可将预定的功率阈值设定为风力发电机组的满发功率的20％。需要说明的是，不同的风力发电机组，其预定的功率阈值和满发功率可以不同，可根据实际情况对功率阈值进行设定。

S230，获取风力发电机组的塔架系统的自由衰减振动数据。

其中，步骤S230的步骤内容与上述实施例一中的步骤S110的步骤内容相同，在此不再赘述。

需要说明的是，为了提高数据的处理效率，可以选取塔架系统在振动过程中的预定时间范围内的数据作为塔架系统的自由衰减振动数据，同时为了得到较明显的效果，可以选取急停前和急停后或者急停后的数据作为自由衰减振动数据，相应的，自由衰减振动数据包括风力发电机组急停前第一预设时间范围内及风力发电机组急停后第二预设时间范围内的数据，例如，自由衰减振动数据包括急停前20秒及急停后40秒内的数据；或者自由衰减振动数据包括风力发电机组急停后第三预设时间范围内的数据，例如，自由衰减振动数据包括急停后60秒内的数据。

另外，考虑到风力发电机组中通常设置有用于检测风力发电机组振动状态的检测组件，为了节省检测成本可使用风力发电机组中设置的检测组件获取塔架系统的自由衰减振动数据，然而，风力发电机组中的检测组件检测到的自由衰减振动数据是否满足测试要求却需要我们考虑，为此，可对该检测组件进行测试，以判断其是否能够应用于获取自由衰减振动数据的处理，相应的处理可包括：设置基准检测组件，该基准检测组件可以是经过校准并满足上述测试要求的检测组件，可将该基准检测组件与上述检测组件并联在风力发电机中的相应位置，而且基准检测组件和该检测组件的安装方向一致，这样，该检测组件和基准检测组件同时获取风力发电机组的塔架系统的自由衰减振动数据，然后对比两者检测到的自由衰减振动数据，如果两者获取的相应的自由衰减振动数据的差值小于预定阈值，则确定风力发电机组中的振动组件满足测试要求，否则，风力发电机组中的振动组件不满足测试要求。具体的处理可包括以下内容：

步骤一，获取风力发电机组振动状态的第一自由衰减振动数据。

具体地，当达到预定的测试条件时，风力发电机组中的检测组件获取风力发电机组振动状态的第一自由衰减振动数据，即风力发电机组的塔筒和/或塔筒基础(即塔架系统)振动状态下的加速度的数值。为了使测试结果具有统计意义，减小随机测试误差，可增加测试次数，获取多组自由衰减振动数据的测试数据，例如，获取5组或8组等测试数据。

步骤二，如果该第一自由衰减振动数据未超过预定自由衰减振动数据阈值，则将该第一自由衰减振动数据作为风力发电机组振动状态的自由衰减振动数据。

具体地，在达到预定的测试条件时，基准检测组件可获取风力发电机组振动状态的自由衰减振动数据，可将该自由衰减振动数据设置为自由衰减振动数据阈值。当风力发电机组中的检测组件获取到第一自由衰减振动数据后，可将第一自由衰减振动数据与相应的自由衰减振动数据阈值进行比较，在比较的过程中，可将测得的一组的自由衰减振动数据的数值与相应的自由衰减振动数据阈值进行比较，如果第一自由衰减振动数据未超过预定自由衰减振动数据阈值，则将第一自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据，否则，可将基准检测组件获取的自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据。

对于测量多组数据的情况，可对每一组数据通过上述方式对比，并记录未超过预定自由衰减振动数据阈值的第一自由衰减振动数据所在的组的数目，如果该数目未超过预定阈值，则可将该第一自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据，否则，可将基准检测组件获取的自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据。

需要说明的是，除了可以直接将某一时间点的加速度的数值与相应的自由衰减振动数据阈值比较外，还可绘制加速度随时间变化的曲线图，通过风力发电机组中的检测组件对应的曲线图和基准检测组件对应的曲线图的对比，确定两曲线图的幅值和相位的偏差，如果该偏差小于预定阈值(如基准检测组件获取的测量数据的5％等)，则可将该第一自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据，否则，可将基准检测组件获取的自由衰减振动数据作为塔架系统的自由衰减振动数据。

另外，风力发电机组在采集自由衰减振动数据的同时，需要收集风力发电机组当前的工况信息，如风速、风向、转速和功率等，可将其记录在表1中。

表1

通过上述数据可确定风力发电机组是否处于满发功率的工况下，如果确定风力发电机组处于满发功率，则可执行上述步骤S220的紧急停机处理，进而执行上述步骤S230的获取自由衰减振动数据的处理。

确定风力发电机组的塔架系统的频率参数的处理方式可以包括多种，例如可通过自由衰减振动数据(即加速度)的频域信号分析的方式确定塔架系统的有阻尼固有频率，或者可通过自由衰减振动数据的时频信号分析的方式确定塔架系统的有阻尼固有频率，或者可通过自由衰减振动数据的同向偏移量的方式确定塔架系统的对数减缩值等。以下对其中的一种方式进行详细说明，具体如下述步骤S240和S250。

S240，对该自由衰减振动数据进行曲线拟合得到该自由衰减振动数据的对数减缩值。

具体地，在单一频率的衰减振动的过程中，任何相继的两个同向偏移量之比(大于1)的自然对数称为该同向偏移量的对数减缩，例如图3中A1与A2之比的自然对数。通常，对数减缩越大，相应的振动衰减越快，即在单位时间内阻尼消耗的能量越大。对数减缩可以是衡量阻尼大小的指标，其数学表达式可为

$\mathrm{\η}=ln\frac{A_n}{A_{n-1}}=\frac{1}{n-1}ln\frac{A_1}{A_n}=2\mathrm{\π}\mathrm{\ζ}\frac{{\mathrm{\ω}}_n}{{\mathrm{\ω}}_d}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，η为对数减缩，为阻尼比，ω_n为无阻尼固有频率，ω_d为有阻尼固有频率。通过上述表达式可知对数减缩与有阻尼固有频率之间的关系，即两者呈反比关系。

风力发电机组可根据测得的自由衰减振动数据绘制相应的时域波形，可如图4所示。可采用最小二乘法，利用多个峰值对该时域波形曲线进行拟合，为了提高拟合效率可选择使用8个峰值来进行拟合，拟合曲线可参见图4。通过拟合曲线可计算得到对数减缩。

S250，根据该对数减缩值计算自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数。

具体地，自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数与对数减缩的关系可通过以下公式确定

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\η}}{2\×\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}_d\mathrm{...}\left(2\right)$

其中，δ为自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数。根据公式(1)可以得到

可将公式(3)代入公式(2)中，得到

可以将阻尼比和无阻尼固有频率ω_n的数值代入公式(4)中，得到自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数δ；或者，也可通过上述步骤S240得到该自由衰减振动数据的对数减缩值η，再将不同的有阻尼固有频率ω_d代入上述公式(2)中得到自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数δ。

S260，根据该幅值指数衰减系数的变化状态确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

具体地，如图5所示，是本发明实施例提供的塔架系统的基础锚固的刚度状态不正常的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时域波形曲线。参见图5，自由衰减振动数据(即加速度)随着时间的推移越来越小，且单位时间的变化量越来越大，幅值指数衰减系数正比例增大，又由于塔架系统的综合质量保持不变，因此，该塔架系统的综合阻尼增大，此时，塔架系统中的塔筒和塔筒基础存在相对运动(如碰撞、挤压或摩擦等)，增加风力发电机组的能量损耗，该塔架系统的基础锚固的刚度下降，该塔架系统的健康状态不良。

除了通过上述步骤S240～S260的处理确定风力发电机组的对数减缩值进而确定塔架系统的基础锚固的刚度状态外，还可通过塔架系统的有阻尼固有频率确定塔架系统的基础锚固的刚度状态，以下提供两种可行的处理方式，具体可包括以下内容：

方式一，将上述自由衰减振动数据进行希尔伯特-黄变换，确定该塔架系统的有阻尼固有频率；根据该有阻尼固有频率在不同频率段的变化趋势确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

具体地，通过希尔伯特-黄变换可得到有阻尼固有频率的瞬时频率，然后，可通过时频联合分析直接刻画自由衰减振动数据的时变特征。具体地，可将检测到的自由衰减振动数据进行希尔伯特-黄变换得到相应的频域数据(可称为第一频域信号)。由于通常检测到的自由衰减振动数据的数值较多，为了提高处理效率可只从第一频域信号中选取一段频域信号(即第一子频域信号)进行分析，例如截取60秒的频域信号进行分析等。通常不同时间段的频域信号的变化情况可能不同，为此，可将第一子频域信号划分成若干信号段，例如可划分成3个信号段等。然后可对每个信号段进行分析，以得到相应的有阻尼固有频率，可将每个信号段对应的有阻尼固有频率作为相应的时间段的塔架系统的有阻尼固有频率。

例如，如图6和图7所示，图6为健康状态下的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时频点图，图7为不健康状态下的风力发电机组的自由衰减振动数据对应的时频点图，两图示中展示了不同时间点对应的频率值。图示中第一子频域信号由60秒内的频率点构成，并将其划分成3个信号段(即图示中的判别区中的频率点)，即0-10秒、10-20秒和20-60秒。

其中，对于第1信号段(即判别区1中的信号段)，在图6中，风力发电机组在紧急停机的过程中，风力发电机组的快速收桨会导致塔架系统中塔筒的结构阻尼升高、综合阻尼升高。而在图7中，风力发电机组的快速收桨会导致塔筒的结构阻尼升高，塔筒和塔筒基础存在相对运动(碰撞、挤压和/或摩擦等)导致其它形式阻尼升高，进而综合阻尼升高。从而可知，无论塔架基础的锚固刚度是否下降，有阻尼固有频率瞬时值都会下降，但下降的程度不同，如图6或图7所示。对于第2信号段(即判别区2中的信号段)，在图6中，风力发电机组正常，其有阻尼固有频率瞬时值处于正常水平；而在图7中，风力发电机组的塔架系统中的其它形式阻尼升高、综合阻尼升高，相应的有阻尼固有频率瞬时值仍然处于正常水平以下。对于第3信号段(即判别区3中的信号段)，在图6中，风力发电机组正常，其有阻尼固有频率瞬时值处于正常水平；而在图7中，塔筒基础和塔筒基础环存在相对运动(碰撞、挤压和/或摩擦等)导致风力发电机组的塔架系统的综合阻尼明显上升，在时域表现为振动幅值对数减缩变快。

方式二，将该自由衰减振动数据进行傅里叶变换，确定该塔架系统的有阻尼固有频率；根据该有阻尼固有频率与预设阈值的比较结果确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

具体地，为了得到理想的分析结果，可对自由衰减振动数据进行傅里叶变换得到的第二频域信号进行截取，选取其中的一段频域信号作为分析对象，如选取40秒的频域信号，即频率分辨率为0.025Hz，其中截取数据的方法可有两种：一种是通过矩形窗截取风力发电机组停机时刻后的40秒数据，如图8所示；另一种是通过汉宁窗截取风力发电机组停机时刻前、后各20秒的数据，如图9所示。通过对截取的频域信号进行分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率，可将得到的有阻尼固有频率与预设阈值比较，如果得到的有阻尼固有频率未超过预设阈值，则确定该塔架系统的基础锚固的刚度良好，该塔架系统处于健康状态，如果得到的有阻尼固有频率超过预设阈值，则确定该塔架系统的基础锚固的刚度下降，该塔架系统处于不健康状态。

通过傅里叶变换方式确定风力发电机组有阻尼固有频率测试统计信息见图10，每个风力发电机组都经历了5轮测试，测试结果用一组柱状图表示，第一根柱状图表示第一轮测试，依次类推。从图10中可以看出，第一轮测试时，风力发电机组的塔架系统存在健康状态明显恶化的情况，第一轮测试后对风力发电机组的塔架系统进行了处理，处理后风力发电机组的塔架系统的健康状态恢复到正常水平。

需要说明的是，对于通过对数减缩值确定塔架系统的基础锚固的刚度状态的情况，除了可通过固有振动的幅值指数衰减系数确定塔架系统的健康状态外，还可通过对数减缩值确定塔架系统的有阻尼固有频率进而确定塔架系统的基础锚固的刚度状态，具体地，通过上述步骤S240确定自由衰减振动数据的对数减缩值后，可将该对数减缩值、阻尼比、无阻尼固有频率代入公式(1)中，得到风力发电机组的有阻尼固有频率，然后，可根据该有阻尼固有频率与预设阈值的比较结果确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，相应的处理可参见上述相关内容，在此不再赘述。

本发明实施例提供的风力发电机组的塔架系统状态的检测方法，一方面，通过获取风力发电机组在急停时塔架系统的自由衰减振动数据，并通过自由衰减振动数据的对数减缩的方式或者希尔伯特-黄变换的方式或者通过傅里叶变换的方式分析确定风力发电机组的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度；另一方面，通过使用塔架系统的有阻尼固有频率与预定阈值比较，确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测效率，而且，将风力发电机组的机组功率超过满发功率的20％作为检测条件，可进一步提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

实施例三

基于相同的技术构思，图11是示出根据本发明实施例三的风力发电机组的塔架系统状态的检测装置的逻辑框图。参照图11，该检测装置包括自由衰减振动数据获取模块1110、频率参数确定模块1120和刚度状态确定模块1130。

自由衰减振动数据获取模块1110用于获取塔架系统的自由衰减振动数据。

频率参数确定模块1120用于根据该自由衰减振动数据确定该塔架系统的频率参数；该频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值。

刚度状态确定模块1130用于根据该有阻尼固有频率或对数减缩值确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

进一步地，在图11所示实施例的基础上，如图12所示的检测装置还包括：工况模块1140，用于在自由衰减振动数据获取模块1110动作之前，获取风力发电机组的工况数据；并根据该工况数据确定风力发电机组的实时功率；急停控制模块1150，用于当风力发电机组的实时功率超过预定的功率阈值时，发送用于控制风力发电机组急停机的指令。

进一步地，频率参数确定模块1120包括：第一频率参数确定子模块，用于将该自由衰减振动数据进行希尔伯特-黄变换，确定该塔架系统的有阻尼固有频率；刚度状态确定模块1130包括：第一刚度状态确定子模块，用于根据有阻尼固有频率在不同频率段的变化趋势确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态；或者/并且，

频率参数确定模块1120包括：第二频率参数确定子模块，用于将该自由衰减振动数据进行傅里叶变换，确定该塔架系统的有阻尼固有频率；刚度状态确定模块1130包括：第二刚度状态确定子模块，用于根据该有阻尼固有频率与预设阈值的比较结果确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态；或者/并且，

频率参数确定模块1120包括：第三频率参数确定子模块，用于对该自由衰减振动数据进行曲线拟合得到该自由衰减振动数据的对数减缩值；刚度状态确定模块1130包括：第三刚度状态确定子模块，用于根据该对数减缩值计算该自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数；以及根据该幅值指数衰减系数的变化状态确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态。

本发明实施例提供的风力发电机组的塔架系统状态的检测装置，通过获取风力发电机组在急停机时塔架系统的自由衰减振动数据，分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

进一步地，本发明实施例中，一方面，通过获取风力发电机组在急停时塔架系统的自由衰减振动数据，并通过自由衰减振动数据的对数减缩的方式或者希尔伯特-黄变换的方式或者通过傅里叶变换的方式分析确定风力发电机组的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度；另一方面，通过使用塔架系统的有阻尼固有频率与预定阈值比较，确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测效率，而且，将风力发电机组的机组功率超过满发功率的20％作为检测条件，可进一步提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

实施例四

基于相同的技术构思，图13是示出根据本发明实施例四的风力发电机组的逻辑框图。参照图13，该风力发电机组包括上述实施例提供的检测装置1310，该检测装置1310包括自由衰减振动数据获取模块1110、频率参数确定模块1120和刚度状态确定模块1130。

本发明实施例提供的风力发电机组，通过获取风力发电机组在急停机时塔架系统的自由衰减振动数据，分析确定该塔架系统的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

进一步地，本发明实施例中，一方面，通过获取风力发电机组在急停时塔架系统的自由衰减振动数据，并通过自由衰减振动数据的对数减缩的方式或者希尔伯特-黄变换的方式或者通过傅里叶变换的方式分析确定风力发电机组的有阻尼固有频率或对数减缩值进而确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度；另一方面，通过使用塔架系统的有阻尼固有频率与预定阈值比较，确定该塔架系统的基础锚固的刚度状态，从而提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测效率，而且，将风力发电机组的机组功率超过满发功率的20％作为检测条件，可进一步提高对风力发电机组的塔架系统状态的检测精度。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CDROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的塔架系统状态的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

在所述风力发电机组急停时获取所述塔架系统的自由衰减振动数据；

根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的频率参数，所述频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值；

根据所述有阻尼固有频率或对数减缩值确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法在所述获取所述塔架系统的自由衰减振动数据步骤之前还包括：

获取所述风力发电机组的工况数据；

根据所述工况数据确定所述风力发电机组的实时功率；当所述风力发电机组的实时功率超过预定的功率阈值时，发送用于控制所述风力发电机组急停的指令。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述自由衰减振动数据包括所述风力发电机组急停前第一预设时间范围内及所述风力发电机组急停后第二预设时间范围内的数据；或者所述自由衰减振动数据包括所述风力发电机组急停后第三预设时间范围内的数据。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的有阻尼固有频率的处理包括：

将所述自由衰减振动数据进行希尔伯特-黄变换，确定所述塔架系统的有阻尼固有频率；

所述根据所述有阻尼固有频率确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态的步骤包括：

根据有阻尼固有频率在不同频率段的变化趋势确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的有阻尼固有频率的处理包括：

将所述自由衰减振动数据进行傅里叶变换，确定所述塔架系统的有阻尼固有频率；

所述根据所述有阻尼固有频率确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态的步骤包括：

根据所述有阻尼固有频率与预设阈值的比较结果确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述自由衰减振动数据确定所述风力发电机组的对数减缩值的处理包括：

对所述自由衰减振动数据进行曲线拟合得到所述自由衰减振动数据的对数减缩值；

所述根据所述对数减缩值确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态的步骤包括：

根据所述对数减缩值计算所述自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数；

根据所述幅值指数衰减系数的变化状态确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

7.一种风力发电机组的塔架系统状态的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

自由衰减振动数据获取模块，用于获取所述塔架系统的自由衰减振动数据；

频率参数确定模块，用于根据所述自由衰减振动数据确定所述塔架系统的频率参数；所述频率参数包括有阻尼固有频率或对数减缩值；

刚度状态确定模块，用于根据所述有阻尼固有频率或对数减缩值确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

工况模块，用于在自由衰减振动数据获取模块动作之前，获取所述风力发电机组的工况数据；并根据所述工况数据确定所述风力发电机组的实时功率；

急停控制模块，用于当所述风力发电机组的实时功率超过预定的功率阈值时，发送用于控制所述风力发电机组急停机的指令。

9.根据权利要求7或8所述的检测装置，其特征在于，所述频率参数确定模块包括：第一频率参数确定子模块，用于将所述自由衰减振动数据进行希尔伯特-黄变换，确定所述塔架系统的有阻尼固有频率；所述刚度状态确定模块包括：第一刚度状态确定子模块，用于根据有阻尼固有频率在不同频率段的变化趋势确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态；或者/并且，

所述频率参数确定模块包括：第二频率参数确定子模块，用于将所述自由衰减振动数据进行傅里叶变换，确定所述塔架系统的有阻尼固有频率；所述刚度状态确定模块包括：第二刚度状态确定子模块，用于根据所述有阻尼固有频率与预设阈值的比较结果确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态；或者/并且，

所述频率参数确定模块包括：第三频率参数确定子模块，用于对所述自由衰减振动数据进行曲线拟合得到所述自由衰减振动数据的对数减缩值；所述刚度状态确定模块包括：第三刚度状态确定子模块，用于根据所述对数减缩值计算所述自由衰减振动数据的幅值指数衰减系数；以及根据所述幅值指数衰减系数的变化状态确定所述塔架系统的基础锚固的刚度状态。

10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组中设置有如权利要求7-9中任一项所述的塔架系统状态的检测装置。