CN107192446A - 风力发电机组塔筒固有频率监测方法 - Google Patents

风力发电机组塔筒固有频率监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组塔筒固有频率监测方法，其中，测量塔筒内轴心对称两点的振动加速瞬时值；对两振动加速瞬时值进行加权计算、快速傅里叶变换处理，获取相应的频域信号；将频域信号进行峰值检测器检测、滤波处理，获取塔筒固有频率瞬时值；将瞬时值与基值进行比较获取差值，如差值大于阈值，则发出报警停机。利用实时获取塔筒振动加速度信号，通过实时计算与滑动平均计算，获得塔筒固有频率瞬时值与基值，实现塔筒故障监测的效果，避免塔筒严重故障发生，保障机组安全有效运行。

Description

风力发电机组塔筒固有频率监测方法
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组维护方法，尤其涉及一种风力发电机组塔筒固有频率监测方法。
背景技术
随着风电行业快速发展，风机单机容量越来越大，多数厂商使用塔筒加阻方式降低塔架载荷。而无论是被动式加阻，还是主动式加阻，均需要准确的塔筒固有频率，以调整阻尼器参数，达到良好的阻尼效果。目前多数厂商采用整机模型计算的塔筒固有频率作为输入，但是由于塔筒制造工艺以及现场基础的差异，实际机组的塔筒固有频率与计算值存在差异，造成实际应用与理论计算的加阻效果产生差异，影响机组使用寿命。
另外，机组运行过程中，对塔筒固有频率进行实时监控，可以在塔筒出现裂纹、螺栓松动等问题导致塔筒固有频率发生偏移时，及时停机，并提示检修，避免由此引起的塔筒严重开裂甚至倒塔等问题的发生。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用塔筒振动加速度信号，实时提取出准确的塔筒固有频率，用于塔架加阻控制，保证塔架加阻的准确性，并在固有频率发生偏移时，及时停机，保证机组安全运行。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种风力发电机组塔筒固有频率监测方法，其中，测量塔筒内轴心对称两点的振动加速瞬时值；对两振动加速瞬时值进行加权计算、快速傅里叶变换处理，获取相应的频域信号；将频域信号进行峰值检测器检测、滤波处理，获取塔筒固有频率瞬时值；将瞬时值与基值进行比较获取差值，如差值大于阈值，则发出报警停机。
优选的，对两振动加速度瞬时值进行计算，获得加权速度瞬时值。
优选的，对加权速度瞬时值进行快速傅里叶变换，获得相应的频域信号。
优选的，将频域信号通过峰值检测器，获得峰值幅度对应的频率。
优选的，对频率进行滤波，滤除塔筒固有频率附近的已知噪声信号，滤波输出结果即为塔筒固有频率瞬时值。
优选的，在塔筒内以主轴为中心线对称安装两振动加速度传感器，测量机舱内轴心对称两点的振动加速瞬时值。
优选的，对瞬时值在一设定样本周期内进行滑动平均计算获取塔筒固有频率的基值。
优选的，将峰值检测器的频率范围设置在0.2Hz～0.5Hz。
优选的，根据发电机转速信号获取噪声信号。
优选的，其特征在于，加权速度瞬时值为两振动加速瞬时值分别乘以对应的权重系数后求和。
本发明风力发电机组塔筒固有频率监测方法较之于现有技术，有效解决了现有技术中由于塔筒制造工艺以及现场基础的差异，实际机组的塔筒固有频率与计算值存在差异，造成实际应用与理论计算的加阻效果产生差异，影响机组使用寿命的问题，利用实时获取塔筒振动加速度信号，通过实时计算与滑动平均计算，获得塔筒固有频率瞬时值与基值，实现塔筒故障监测的效果，避免塔筒严重故障发生，保障机组安全有效运行。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
如图所示，图1是本发明的系统框图，一种风力发电机组塔筒固有频率监测方法，其中，测量塔筒内轴心对称两点的振动加速瞬时值；对两振动加速瞬时值进行加权计算、快速傅里叶变换处理，获取相应的频域信号；将频域信号进行峰值检测器检测、滤波处理，获取塔筒固有频率瞬时值；将瞬时值与基值进行比较获取差值，如差值大于阈值，则发出报警停机。
进一步的，对两振动加速度瞬时值进行计算，获得加权速度瞬时值。
进一步的，对加权速度瞬时值进行快速傅里叶变换，获得相应的频域信号。
进一步的，将频域信号通过峰值检测器，获得峰值幅度对应的频率。
进一步的，对频率进行滤波，滤除塔筒固有频率附近的已知噪声信号，滤波输出结果即为塔筒固有频率瞬时值。
进一步的，在塔筒内以主轴为中心线对称安装两振动加速度传感器，测量机舱内轴心对称两点的振动加速瞬时值。
进一步的，对瞬时值在一设定样本周期内进行滑动平均计算获取塔筒固有频率的基值。
进一步的，将峰值检测器的频率范围设置在0.2Hz～0.5Hz。
进一步的，根据发电机转速信号获取噪声信号。
进一步的，其特征在于，加权速度瞬时值为两振动加速瞬时值分别乘以对应的权重系数后求和。
进一步的，在具体实施运算过程中，将两振动加速度传感器分别设为传感器A、传感器B，利用A、B测量出机舱前后振动加速度瞬时值aA、aB；将aA、aB输入至瞬时值计算模块，首先进行加权计算，获得加权加速度瞬时值ains；将时域信号ains进行快速傅里叶变换(FFT)处理，获得相应频域信号；塔筒固有频率瞬时值设为ftw,ins；将ftw,ins与滑动平均计算获得的塔筒固有频率基值ftw,base进行比较；误差设为e。
进一步的，滑动平均计算获得的基值ftw,ins可直接作为塔筒加阻参数，输入至其他加阻模块应用
更进一步的，加权计算中公式可以表达为：
ains＝ωA×aA+ωB×aB
式中：ωA、ωB分别为aA、aB的权重系数。
本发明是对传感器的原始信号进行加权计算、FFT处理，获取相应频域信号，再经峰值检测器检测与滤波处理，获取塔筒固有频率瞬时值。将瞬时值与通过滑动平均计算获得的基值进行比较，若两者误差e大于阈值，则判断塔筒固有频率偏移，进而报警停机。同时，通过滑动平均计算获得的基值可直接作为塔筒加阻参数使用，该基值是将一定周期内的瞬时值进行滑动平均迭代获得，具有较高的准确度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组塔筒固有频率监测方法，其特征在于，测量塔筒内轴心对称两点的振动加速瞬时值；对两振动加速瞬时值进行加权计算、快速傅里叶变换处理，获取相应的频域信号；将频域信号进行峰值检测器检测、滤波处理，获取塔筒固有频率瞬时值；将瞬时值与基值进行比较获取差值，如差值大于阈值，则发出报警停机。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，对两振动加速度瞬时值进行计算，获得加权速度瞬时值。
3.如权利要求2所述的监测方法，其特征在于，对加权速度瞬时值进行快速傅里叶变换，获得相应的频域信号。
4.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，将频域信号通过峰值检测器，获得峰值幅度对应的频率。
5.如权利要求4所述的监测方法，其特征在于，对频率进行滤波，滤除塔筒固有频率附近的已知噪声信号，滤波输出结果即为塔筒固有频率瞬时值。
6.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，在塔筒内以主轴为中心线对称安装两振动加速度传感器，测量机舱内轴心对称两点的振动加速瞬时值。
7.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，对瞬时值在一设定样本周期内进行滑动平均计算获取塔筒固有频率的基值。
8.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，将峰值检测器的频率范围设置在0.2Hz～0.5Hz。
9.如权利要求5所述的监测方法，其特征在于，根据发电机转速信号获取噪声信号。
10.如权利要求2所述的监测方法，其特征在于，加权速度瞬时值为两振动加速瞬时值分别乘以对应的权重系数后求和。
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