CN111594395B - 一种风电机组塔筒共振识别方法、装置及监测报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组塔筒共振识别方法，包括：对采集到的振动加速度信号，以n分钟的数据时长为一组，统计该时段的振动加速度的极大值；得到极大值的一组数据，将其中的数据按顺序两相邻的做差；筛选差值中大于零的数据个数，计算主要判定参数S(大于零的数据占比)；根据判定参数S的数值范围来识别塔筒的共振情况；本发明还公开了一种执行上述方法的风电机组塔筒共振识别装置，以及利用上述方法并可通过设置在风电机组内的声音报警系统报警的风电机组塔筒共振监测报警系统；本发明利用数学方法提取共振发生时的振动信号特征，进而判断风电机组是否发生塔筒共振，可及时对塔筒共振的情况提出报警，保证了作业人员安全和机组安全。

Description

一种风电机组塔筒共振识别方法、装置及监测报警系统

技术领域

本发明涉及风电监测领域，特别是涉及一种风电机组塔筒共振识别方法、装置及监测报警系统。

背景技术

风电机组塔筒的主要作用是支撑其上的机舱和叶轮等部件，保证机组的稳定运行。近年来，高塔筒、长叶片和大兆瓦机组成为风电行业发展的趋势，与此同时，采取有效的方法对塔筒的状态进行识别和监测就显得越发重要。塔筒的运动状态是低频晃动，在某些特殊情形下，如叶轮不平衡、共振等，会使其晃动的幅度明显增大，这些情况大大增加了塔筒承受的载荷，对其可靠性和运行寿命造成不良影响，严重的情况还可能发生倒塌事故。

目前，技术人员更多的是关注如何通过相应的控制逻辑使机组迅速的通过共振带或者监测运行时的叶片状态、防止出现叶轮不平衡故障。然而，停机进轮毂作业时、低风速状态下机组的自由转动过程甚至涡激共振等这些情况往往被忽视。特别是当有工作人员在机组作业时，如果发生共振，后果不堪设想。

因此，如何采取一种有效的方法能够准确全面的识别塔筒状态、监测塔筒运行情况，并且及时给出报警，成为当前业内普遍关注的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组塔筒共振识别方法、装置及监测报警系统，使其能够准确全面的识别塔筒共振状态、监测塔筒运行情况，并且及时对塔筒的共振情况给出报警，保证作业人员安全和机组安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种风电机组塔筒共振识别方法，包括如下步骤：

S101、对采集到的机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号，以n分钟的数据时长为一组，统计该时段的振动加速度的极大值；

S102、得到极大值的一组数据，记为P，数据长度为N，所述N与数据采集的组数对应，将P中的数据按顺序两相邻的做差，记为D，如下：

D(i)＝P(i+1)-P(i)，i＝1、2、3…N-1

S103、则D的数据长度为N-1，筛选D中大于零的数据个数，记为Q，计算主要判定参数S：

S＝Q/(N-1)

S104、根据判定参数S的数值范围来识别塔筒的共振情况。

作为本发明进一步地改进，所述S1O4具体为：

若S的值在[0.65,0.85]内，做出塔筒晃动异常预警；

若S的值超过0.85，则计算极大值间的时间间隔，进而计算塔筒晃动频率F，如下：

Δt＝(60*n)/(N-1)

F＝1/Δt＝(N-1)/(60*n)

记塔筒固有频率为FT，若F的值在[0.85FT,1.15FT]范围内，则判断发生塔筒共振，进行报警；

若S的值小于0.65，则认为机组正常，重复S101-S1O4的分析判断。

进一步地，所述S101中机舱振动加速度信号为机舱前后和/或机舱左右振动方向的振动加速度信号。

进一步地，所述机舱振动加速度信号的获取方式是：通过在风电机组机舱的机架上安装两个或一个低频加速度传感器，分别测量机舱前后和/或左右振动方向的振动加速度。

进一步地，所述n为3-10。

本发明还提供了一种风电机组塔筒共振识别装置，包括一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的风电机组塔筒共振识别方法。

本发明还提供了一种风电机组塔筒共振监测报警系统，其特征在于，包括：数据采集仪、主控制器及声音报警系统；所述数据采集仪按一定的时长采集机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号；所述主控制器用于执行上述的风电机组塔筒共振识别方法，并将识别出的报警信息发送给安装在风电机组内的声音报警系统。

进一步地，所述声音报警系统分别安装在风电机组的塔筒底部、塔筒中部及机舱内。

进一步地，所述数据采集仪及主控制器集成在风电机组的主控系统中，所述主控系统与声音报警系统及中控室的远程监控系统通讯连接。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明提供了一种风电机组塔筒共振的识别方法，该方法基于共振的定义和振动信号的特点，利用数学方法提取共振发生时的特征，进而判断风电机组是否发生塔筒共振；上述识别方法可及时对塔筒共振的情况提出报警，保证了作业人员安全和机组安全可靠。

2、本发明提供了一种风电机组塔筒共振监测报警系统，针对某些特定场景下风电机组发生塔筒共振的现象，可以给作业人员发出警报，保护作业人员安全，另外，该系统也可时刻监测塔筒的运行情况，避免发生风电机组塔筒共振带来的损失，保证风电机组安全。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是风电机组塔筒共振的识别方法流程图；

图2是共振的时域波形图；

图3是标示极值点的共振的时域波形图，其中a为极大值点，b为极小值点；

图4是风电机组塔筒共振监测报警流程图。

具体实施方式

为了有效地识别塔筒共振的状态，防止共振给机组带来的危害，本发明提供了一种风电机组塔筒共振的识别方法。

如图1所述，本发明提供了一种风电机组塔筒共振的识别方法，包括如下步骤：

S101、对采集到的机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号，以n分钟的数据时长为一组，统计该时段的振动加速度的极大值，如图2、3所示；

其中，优选采集机舱振动加速度信号，其数据采集较为方便，具体可在风电机组机舱的机架上安装两个低频加速度传感器，分别测量机舱前后和左右振动方向的振动加速度。当然，也可以仅在风电机组机舱的机架上安装一个低频加速度传感器，测量机舱前后或左右振动方向的振动加速度。

采集振动加速度信号的数据时长n优选为3-10分钟，可根据实际数据处理能力进行数据时长选择。

通过上述步骤可获取极大值数据特征。

S102、通过S101可得到极大值的一组数据，记为P，数据长度为N，所述N与数据采集的组数对应，如采集10组数据，则N为10,将P中的数据按顺序两相邻的做差，记为D，如下：

D(i)＝P(i+1)-P(i)，i＝1、2、3…N-1

通过上述步骤，可获取极大值的变化差值数据特征。

S103、则D的数据长度为N-1，筛选D中大于零的数据个数，记为Q，计算主要判定参数S：

S＝Q/(N-1)

通过上述步骤，可获得极大值增大的数据占比特征；

S104、根据判定参数S的数值范围来识别塔筒的共振情况：

若S的值在[0.65,0.85]内，做出塔筒晃动异常预警；

若S的值超过0.85，则计算极大值间的时间间隔，进而计算塔筒晃动频率F，如下：

Δt＝(60*n)/(N-1)，如n＝3时，则Δt＝180/(N-1)

F＝1/Δt＝(N-1)/(60*n)，如n＝3时，则F＝1/Δt＝(N-1)/180

记塔筒固有频率为FT，若F的值在[0.85FT,1.15FT]范围内，则判断发生塔筒共振，进行报警；

若S的值小于0.65，则认为机组正常，重复S101-S1O4的分析判断。

上述风电机组塔筒共振识别方法，是基于共振的定义和振动信号的特点，利用数学方法提取共振发生时的特征，进而判断风电机组是否发生塔筒共振；不同于常规的频谱分析，该方法是基于发生共振时的信号特征进行的分析判断，能够方便快捷的识别共振的情况。并且，塔筒发生共振时，其运动状态是一个缓慢的能量积累的过程，该方法能够在早期识别塔筒状态，做出及时判断。

基于上述风电机组塔筒共振识别方法，本发明还提供了一种风电机组塔筒共振识别装置，包括一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的风电机组塔筒共振识别方法。

上述风电机组塔筒共振识别方法，可应用在风电机组的实时监测中，保证机组的安全运行，避免发生塔筒共振带来的损失。另外，本发明监测塔筒共振还有一个出发点，在于针对在风电机组监测维护过程中一些容易被忽视的情况，即某些特定场景下机组发生塔筒共振的现象，给现场运维作业人员发出警报，保护作业人员安全，这一点极为重要。

因此，基于上述方法，本发明提供了一种风电机组塔筒共振监测报警系统，包括：数据采集仪、主控制器及声音报警系统；配合图4所示，其中，数据采集仪按一定的时长(如3分钟)采集机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号；然后再将数据传给主控制器，主控制器用于执行上述风电机组塔筒共振识别方法，并将识别出的报警信息发送给安装在风电机组内的声音报警系统。

为了保证机组作业人员的安全，优选地，声音报警系统分别安装在风电机组的塔筒底部、塔筒中部及机舱内。

为了与现有的风电机组主控系统及远程监控系统更好地融合，上述数据采集仪及主控制器集成在风电机组的主控系统中，主控系统与声音报警系统及中控室的远程监控系统通讯连接，可以通过风电机组内安装的声音报警系统及时向现场作业人员发出警报，及时提醒作业人员注意，从而进行必要的保护；另外，通过主控系统把共振情况报给中控室的远程监控系统，有效监测塔筒的实时运行状态，给机组以更好的保护，进而制定更加全面智慧的控制策略，保证机组的安全稳定运行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组塔筒共振识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、对采集到的机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号，以n分钟的数据时长为一组，统计n分钟的振动加速度的极大值；

S102、得到极大值的一组数据，记为P，数据长度为N，所述N与数据采集的组数对应，将P中的数据按顺序两相邻的做差，记为D，如下：

D(i)＝P(i+1)-P(i)，i＝1、2、3…N-1

S103、则D的数据长度为N-1，筛选D中大于零的数据个数，记为Q，计算主要判定参数S：

S＝Q/(N-1)

S104、根据判定参数S的数值范围来识别塔筒的共振情况；具体为：

若S的值在[0.65,0.85]内，做出塔筒晃动异常预警；

若S的值超过0.85，则计算极大值间的时间间隔Δt，进而计算塔筒晃动频率F，如下：

Δt＝(60*n)/(N-1)

F＝1/Δt＝(N-1)/(60*n)

记塔筒固有频率为FT，若F的值在[0.85FT,1.15FT]范围内，则判断发生塔筒共振，进行报警；

若S的值小于0.65，则认为机组正常，重复S101-S1O4的分析判断。

2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒共振识别方法，其特征在于，所述S101中机舱振动加速度信号为机舱前后和/或机舱左右振动方向的振动加速度信号。

3.根据权利要求2所述的风电机组塔筒共振识别方法，其特征在于，所述机舱振动加速度信号的获取方式是：通过在风电机组机舱的机架上安装两个或一个低频加速度传感器，分别测量机舱前后和/或左右振动方向的振动加速度。

4.根据权利要求1所述的风电机组塔筒共振识别方法，其特征在于，所述n为3-10。

5.一种风电机组塔筒共振识别装置，其特征在于，包括一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至4任意一项所述的风电机组塔筒共振识别方法。

6.一种风电机组塔筒共振监测报警系统，其特征在于，包括：数据采集仪、主控制器及声音报警系统；

所述数据采集仪按一定的时长采集机舱振动加速度信号或塔筒振动加速度信号；

所述主控制器用于执行权利要求1至4任意一项所述的风电机组塔筒共振识别方法，并将识别出的报警信息发送给安装在风电机组内的声音报警系统。

7.根据权利要求6所述的风电机组塔筒共振监测报警系统，其特征在于，所述声音报警系统分别安装在风电机组的塔筒底部、塔筒中部及机舱内。

8.根据权利要求6或7所述的风电机组塔筒共振监测报警系统，其特征在于，所述数据采集仪及主控制器集成在风电机组的主控系统中，所述主控系统与声音报警系统及中控室的远程监控系统通讯连接。

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