CN111102139A - 风机偏航卡钳报警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种风机偏航卡钳报警方法和系统，通过振动监测模块获取塔筒顶部的振动加速度信号，通过数据采集分析模块计算振动能量值，根据振动能量值分别确定第一振动能量值序列和第二振动能量值序列，再通过安全报警平台确定振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数，并根据振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，在偏航卡钳工作状态满足报警条件时发送报警信息，由此，在线自动评估偏航卡钳的工作状态，并在偏航卡钳工作状态异常时立即发出报警信息，方便风力发电机组运行维护人员及时发现偏航卡钳处于异常工作状态，从而方便机组的运行维护。

Description

风机偏航卡钳报警方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机偏航卡钳报警方法和系统。

背景技术

偏航系统作为风力发电机组的重要组成部分，直接关系到风电机组的性能发挥和运行稳定。偏航卡钳，又称偏航制动器，用于将风机机舱固定到塔筒上并作为控制风机偏航系统启动或停止的关键部件。然而，在风力发电机组偏航过程中会发生振动异常情况。如果机组偏航时发生振动异响，会引发机舱加速度故障及其他故障，降低机组的可利用率，缩短摩擦片的使用寿命甚至整个机组的使用寿命，因此对风电机组偏航振动进行监测和报警对于风电机组的运维工作具有重要的指导意义。

现有的风机偏航卡钳振动监测通常需要工作人员定期对偏航卡钳进行检测，并基于偏航时偏航卡钳所在位置的声音评估偏航卡钳是否处于异常工作状态。由于现有的方法过度依赖于工作人员的运行经验，缺乏偏航卡钳工作状态的在线自动评估和异常状态时的报警，进而导致偏航卡钳异常工作状态的发现不及时，给机组的运行维护带来困难。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例公开了一种风机偏航卡钳报警方法和系统，在线自动评估偏航卡钳的工作状态，并在偏航卡钳工作状态异常时报警，方便风电机组的运行维护人员及时发现偏航卡钳的异常工作状态，从而方便机组的运行维护。

第一方面，本发明实施例提供一种风机偏航卡钳报警方法，所述方法包括：

获取塔筒顶部的振动加速度信号；

根据所述振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据所述预定时间区间中各时刻的振动能量值确定第一振动能量值序列；

根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列；

根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值；

根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数，所述振动能量等效最大值变化趋势系数用来表征所述振动能量等效最大值的变化趋势；

根据所述振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态；

响应于所述偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

进一步地，根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列包括：

对于所述第一振动能量值序列中的各振动能量值，响应于振动能量值小于预设值，将所述第二振动能量值序列中对应的振动能量值记为0；

响应于振动能量值大于或等于所述预设值时，将该振动能量值赋值给所述第二振动能量值序列中对应的振动能量值。

进一步地，所述根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值包括：

根据所述第二振动能量值序列获取所述第二振动能量值序列中的最小值和最大值；

将介于所述最小值和最大值的区间均匀划分为N个子区间；

确定所述振动能量值落入数量最多的子区间；

选取所述振动能量值落入数量最多的子区间的中间值作为预定时间区间内的振动能量等效最大值；

其中，所述N为大于等于2的整数。

进一步地，所述根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数包括：

根据时间顺序将多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值排序；

采用最小二乘法将所述振动能量等效最大值拟合成线性函数；

根据所述线性函数的斜率确定所述振动能量等效最大值变化趋势系数。

进一步地，所述根据所述振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态包括：

根据所述振动能量等效最大值确定第一安全等级值；

根据所述振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值。

进一步地，所述根据所述振动能量等效最大值确定第一安全等级值包括：

根据所述振动能量等效最大值确定所述振动能量等效最大值系数；

查询预设的第一查询对应表确定所述振动能量等效最大值系数对应的第一安全等级值；

其中，所述振动能量最大值系数等于风机预定时间区间内的振动能量等效最大值与预设阈值的比值。

进一步地，所述根据所述振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值包括：

查询预设的第二查询对应表确定所述振动能量等效最大值变化趋势系数对应的第二安全等级值。

进一步地，所述报警条件包括如下条件同时满足：

所述第一安全等级值小于第一设定值；以及

所述第二安全等级值大于或等于第二设定值。

进一步地，所述报警条件包括如下条件其中一项满足：

所述第一安全等级值大于或等于第一设定值；或

所述第二安全等级值等于第三设定值。

第二方面，本发明实施例提供一种风机偏航卡钳报警系统，所述系统包括：

振动监测模块，安装于偏航卡钳上，用于获取所述振动加速度信号；

数据采集分析模块，连接所述振动监测模块，用于根据所述振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，确定第一振动能量值序列，并根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列；

安全报警平台，连接所述数据采集分析模块，用于根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值，根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数，根据所述振动能量等效最大值系数和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，以及响应于所述偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

本发明实施例的技术方案通过获取塔筒顶部的振动加速度信号，根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据预定时间区间中各时刻的振动能量值分别确定第一振动能量值序列、第二振动能量值序列、振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数，最后根据振动能量等效最大值系数和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，并在偏航卡钳工作状态满足报警条件时发送报警信息，由此，通过偏航卡钳工作状态的在线自动评估和偏航卡钳处于异常工作状态时发送报警信息，方便风电机组运行维护人员及时发现偏航卡钳的异常工作状态，从而方便机组的运行维护。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的风机偏航卡钳报警方法的流程图；

图2是本发明实施例的确定振动能量等效最大值的流程图；

图3是本发明实施例的确定振动能量等效最大值变化趋势系数的流程图；

图4是本发明实施例的确定第一安全等级值的流程图；

图5是本发明实施例的风机偏航卡钳报警系统的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的风机偏航卡钳报警方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的风机偏航卡钳的报警方法包括以下步骤：

步骤S100，获取塔筒顶部的振动加速度信号。优选地，振动加速度信号的获取由现场测点处的相应传感器的监测实现。

步骤S200，根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据预定时间区间中各时刻的振动能量值确定第一振动能量值序列。

在一种可选的实施方式中，在计算振动能量值时，包括如下步骤：

首先对振动能量加速度信号进行数字滤波。优选地，采用带通式数字滤波对加速度信号进行滤波，且滤波的低截止频率设置为10Hz，高截止频率设置为100Hz。

然后基于如下计算公式计算得到每秒钟的振动能量值,

n为自然数。

其中，y(n)为各时刻的振动能量值，x(t)为振动加速度信号，T为数据采集的时间长度。

最后，通过计算得到的不同时刻的振动能量值，按时间顺序排序得到第一振动能量值序列{y₁(n)}。

步骤S300，根据第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列。

在一种可选的实施方式中，根据第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列包括：

对于第一振动能量值序列{y₁(n)}中的各振动能量值y(n)，当振动能量值y(n)小于预设值y₁时，判断风机处于非偏航阶段，对应该时刻的振动能量值y(n)用“0代替并作为第二振动能量值序列{y₂(n)}中对应时刻的振动能量值y₂(n)；当振动能量值y(n)大于或等于预设值y₁时，判断风机处于偏航阶段，对应该时刻的振动能量值y(n)作为第二振动能量值序列{y₂(n)}中对应时刻的振动能量值y₂(n)。由此，得到时间排序下的第二振动能量值序列{y₂(n)}。优选地，预设值y₁为0.001(g²)，g为重力加速度的值，且该预设值可以通过长期现场试验或工作人员的经验得到并进行预先设置。

步骤S400，根据预定时间区间对应的第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值。

图2是本发明实施例的确定振动能量等效最大值的流程图。如图2所示，在一种可选的实现方式中，确定振动能量等效最大值的方法步骤如下：

步骤S410，根据第二振动能量值序列确定第二振动能量值序列的最小值和最大值。优选地，预定时间区间设为一天，筛选出一天内的第二振动能量值序列中的最大值和最小值。

步骤S420，将介于最小值和最大值的区间均匀划分为N个子区间，N为大于等于2的整数。本实施例中以五个子区间为例即N＝5，由此，各子区间的间隔为：

其中，y₂(n)_max为第二振动能量值序列{y₂(n)}中的最大值，y₂(n)_min为第二振动能量值序列{y₂(n)}中的最小值。

步骤S430，确定振动能量值落入数量最多的子区间。

步骤S440，选取振动能量值落入数量最多的子区间的中间值作为预定时间区间内的振动能量等效最大值。

步骤S500，根据多个预定时间区间对应的振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数。振动能量等效最大值变化趋势系数用以表征振动能量等效最大值的变化趋势。

图3是本发明实施例的确定振动能量等效最大值变化趋势系数的流程图。如图3所示，在一种可选的实现方式中，确定振动能量等效最大值变化趋势系数的步骤如下：

步骤S510，根据时间顺序将多个预定时间区间对应的振动能量等效最大值排序。在本发明实施例中，将监测之日起获取的所有振动能量等效最大值按时间顺序排序。

步骤S520，采用最小二乘法将振动能量等效最大值拟合成线性函数。

步骤S530，根据线性函数的斜率确定振动能量等效最大值变化趋势系数。其中，线性函数的斜率反映了风机工作时偏航卡钳的振动能量等效最大值的变化趋势。当线性函数的斜率为正值时，表明风机偏航时，偏航卡钳与塔筒顶部的作用力呈增长趋势；当线性函数的斜率为负值时，表明风机偏航时，偏航卡钳与塔筒顶部的作用力呈衰减趋势。

步骤S600，根据振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态。

在一种可选的实现方式中，所述工作状态可以包括与振动能量等效最大值对应的第一安全等级值和与振动能量等效最大值变化趋势系数对应的第二安全等级值。步骤S600可以包括如下计算步骤：

步骤S610，根据振动能量等效最大值确定第一安全等级值。

步骤S620，根据振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值。

图4是本发明实施例的确定第一安全等级值的流程图。如图4所示，在一种可选的实现方式中，确定第一安全等级值的步骤如下：

步骤S611，根据振动能量等效最大值计算振动能量等效最大值系数。优选地，振动能量等效最大值系数Y等于当日的振动能量等效最大值与预设阈值的比值，优选地，预设阈值为0.1，且该预设阈值可以通过长期现场试验或工作人员的经验得到并进行预先设置。

步骤S612，查询预设的第一查询对应表确定振动能量等效最大值对应的第一安全等级值。优选地，第一查询对应表如表(1)：

表(1)：第一查询对应表

振动能量等效最大值系数Y	第一安全等级值
		Y<1	0
1≤Y<2	1
		2≤Y<3	2
Y≥3	3

由此，可以有效地将振动能量等效最大值转换为对应的第一安全等级值，第一安全等级值越大，表示偏航卡钳的振动幅度越大，工作异常状态的可能性越大。

根据振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值包括：查询预设的第二查询对应表确定振动能量等效最大值变化趋势系数Z对应的第二安全等级值。优选地，第二查询对应表如表(2)：

表(2)：第二查询对应表

振动能量等效最大值系数Z	第二安全等级值
		Z<0.1	0
0.1≤Z<0.5	1
		0.5≤Z<1	2
Z≥1	3

由此，可以有效地将振动能量等效最大值变化趋势系数转换为对应的第二安全等级值，第二安全等级值越大，表示振动能量等效最大值的变化越明显。

其中，表(1)和表(2)中的0为安全等级，1为注意等级，2为警告等级，3为报警等级。

步骤S700，响应于偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

报警条件包括如下条件同时满足：第一安全等级值小于2；以及第二安全等级值大于或等于1。

或者，报警条件包括如下条件其中一项满足：第一安全等级值大于或等于2；或第二安全等级值等于3。

本发明实施例的技术方案通过获取塔筒顶部的振动加速度信号，根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据预定时间区间中各时刻的振动能量值分别确定第一振动能量值序列、第二振动能量值序列，再确定振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数，并根据振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，在偏航卡钳工作状态满足报警条件时发送报警信息。由此，通过偏航卡钳工作状态的在线自动评估和偏航卡钳处于异常工作状态时发送报警信息，方便风力发电机组运行维护人员及时发现偏航卡钳的异常状态，从而方便风电机组的运行维护。

图5是本发明实施例的风机偏航卡钳报警系统的示意图。如图5所示，在一种可选的实现方式中，风机偏航卡钳报警系统包括：振动监测模块1、数据采集分析模块2和安全报警平台3。其中，振动监测模块1安装于偏航卡钳上，用于获取振动加速度信号。数据采集分析模块2，连接振动监测模块1，用于根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，确定第一振动能量值序列，并根据第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列。安全报警平台3，连接数据采集分析模块2，用于根据预定时间区间对应的第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值，根据多个预定时间区间对应的振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数，根据振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，以及响应于偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

振动监测模块1可以采用MEMS加速度传感器，例如：型号为SCA3300的加速度传感器，配设外围电路。由此，实现风机塔筒顶部偏航卡钳的振动加速度信号的获取。

数据采集分析模块2由硬件部分和软件部分组成。其中，硬件部分采用任意一种24位的高速动态数据采集仪进行二次开发实现，如型号为G01NET-3-F的动态数据采集仪，采样频率设置为500Hz。软件部分存储并执行用于根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值、确定第一振动能量值序列以及根据第一振动能量值序列得到第二振动能量值序列的算法语句。由此，通过加速度信号依次得到振动能量值、第一振动能量值序列和第二振动能量值序列，并在采集和计算出第二振动能量值序列后，通过风机内部的交换机或其它传输设备定时远程传输至安全报警平台3。

安全报警平台3采用服务器或者PC机作为硬件部分，并基于包括上述的计算振动能量等效最大值、振动能量等效最大值系数、振动能量等效最大值变化趋势系数以及确定偏航卡钳工作状态的算法，使用LABVIEW等软件开发工具，实现安全报警平台3中的软件开发。由此，实现偏航卡钳中的振动能量等效最大值、振动能量等效最大值变化趋势系数的计算，并根据振动能量等效最大值系数与第一查询对应表的查询结果以及振动能量等效最大值变化趋势系数与第二查询对应表的查询结果确定偏航卡钳的工作状态，并在第一安全等级值和/或第二安全等级值满足报警条件时，发送报警信息。

报警信息的发送可以采用邮件的形式，也可采用短信的形式。在本实施例中，优选地，通过短信发送模块如型号为TL-G01T的简易短信模块发送报警信息。由此，实现偏航卡钳工作状态异常时的报警信息的立即发送，避免偏航卡钳工作异常状态的信息发送延迟，从而给后期的运行维护带来不便。

报警信息的接收可以采用任何可以接收邮件或者短信的终端设备，如手机、PC机等，也可采用风机管理平台接收和展示报警信息。由此，方便运行人员及时查看报警信息，从而获取偏航卡钳的异常工作状态信息，进而为风电机组的运行维护提供方便。

本发明实施例的技术方案通过振动监测模块获取塔筒顶部的振动加速度信号，通过数据采集分析模块根据振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据预定时间区间中各时刻的振动能量值分别确定第一振动能量值序列、第二振动能量值序列，再通过安全报警平台确定振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数，并根据振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，在偏航卡钳工作状态满足报警条件时发送报警信息。由此，通过偏航卡钳工作状态的在线自动评估和偏航卡钳处于异常工作状态时发送报警信息，方便风力发电机组运行维护人员及时发现偏航卡钳的异常状态，从而方便风电机组的运行维护。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风机偏航卡钳报警方法，其特征在于，所述方法包括：

获取塔筒顶部的振动加速度信号；

根据所述振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，再根据所述预定时间区间中各时刻的振动能量值确定第一振动能量值序列；

根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列；

根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值；

根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数，所述振动能量等效最大值变化趋势系数用来表征所述振动能量等效最大值的变化趋势；

根据所述振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态；

响应于所述偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列包括：

对于所述第一振动能量值序列中的各振动能量值，响应于振动能量值小于预设值，将所述第二振动能量值序列中对应的振动能量值记为0；

响应于振动能量值大于或等于所述预设值时，将该振动能量值赋值给所述第二振动能量值序列中对应的振动能量值。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值包括：

根据所述第二振动能量值序列获取所述第二振动能量值序列中的最小值和最大值；

将介于所述最小值和最大值的区间均匀划分为N个子区间；

确定所述振动能量值落入数量最多的子区间；

选取所述振动能量值落入数量最多的子区间的中间值作为预定时间区间内的振动能量等效最大值；

其中，所述N为大于等于2的整数。

4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数包括：

根据时间顺序将多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值排序；

采用最小二乘法将所述振动能量等效最大值拟合成线性函数；

根据所述线性函数的斜率确定所述振动能量等效最大值变化趋势系数。

5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动能量等效最大值和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态包括：

根据所述振动能量等效最大值确定第一安全等级值；

根据所述振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值。

6.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动能量等效最大值确定第一安全等级值包括：

根据所述振动能量等效最大值确定所述振动能量等效最大值系数；

查询预设的第一查询对应表确定所述振动能量等效最大值系数对应的第一安全等级值；

其中，所述振动能量最大值系数等于风机预定时间区间内的振动能量等效最大值与预设阈值的比值。

7.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动能量等效最大值变化趋势系数确定第二安全等级值包括：

查询预设的第二查询对应表确定所述振动能量等效最大值变化趋势系数对应的第二安全等级值。

8.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述报警条件包括如下条件同时满足：

所述第一安全等级值小于第一设定值；以及

所述第二安全等级值大于或等于第二设定值。

9.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述报警条件包括如下条件其中一项满足：

所述第一安全等级值大于或等于第一设定值；或

所述第二安全等级值等于第三设定值。

10.一种风机偏航卡钳报警系统，其特征在于，所述系统包括：

振动监测模块，安装于偏航卡钳上，用于获取所述振动加速度信号；

数据采集分析模块，连接所述振动监测模块，用于根据所述振动加速度信号计算对应时刻的振动能量值，确定第一振动能量值序列，并根据所述第一振动能量值序列获取第二振动能量值序列；

安全报警平台，连接所述数据采集分析模块，用于根据预定时间区间对应的所述第二振动能量值序列确定对应的振动能量等效最大值，根据多个预定时间区间对应的所述振动能量等效最大值确定振动能量等效最大值变化趋势系数，根据所述振动能量等效最大值系数和振动能量等效最大值变化趋势系数确定偏航卡钳的工作状态，以及响应于所述偏航卡钳工作状态满足报警条件，发送报警信息。

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