本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機組測試，具體地涉及一種風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測系統(tǒng)、方法、電子設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、近年來發(fā)展超大型風(fēng)電機組成為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展的趨勢。為了提高風(fēng)能利用率，提升發(fā)電量，風(fēng)電機組葉片質(zhì)量和長度不斷增加，葉片對風(fēng)電機組運行安全性和穩(wěn)定性的影響尤為明顯。另外因為風(fēng)電機組葉片表面或結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)冰、雷擊損傷或者風(fēng)速與風(fēng)向突變導(dǎo)致其振動過大、載荷超出設(shè)計極限而斷裂或掃塔的現(xiàn)象也時有發(fā)生。因此風(fēng)電機組葉片在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測葉片的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在故障，提高機組的運維效率和安全性尤為重要。

2、目前風(fēng)電機組葉片在線監(jiān)測系統(tǒng)作為輔控系統(tǒng)，不參與機組控制，當(dāng)機組出現(xiàn)葉片斷裂或掃塔等突發(fā)性故障時，無法控制機組快速執(zhí)行停機等動作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的是提供一種風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測系統(tǒng)、方法、電子設(shè)備及介質(zhì)，用于全部或至少部分的解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法及時發(fā)現(xiàn)葉片潛在故障以及出現(xiàn)故障時無法控制機組停機的技術(shù)問題。

2、第一方面，本技術(shù)實施例提供一種風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

3、低頻振動傳感器，安裝在風(fēng)電機組葉片距離葉根預(yù)設(shè)距離位置處，用于采集風(fēng)電機組葉片的振動信號；

4、canopen通訊模塊，與所述低頻振動傳感器連接，用于接收并傳輸所述風(fēng)電機組葉片的振動信號；

5、canopen主站端子模塊，與所述canopen通訊模塊通訊連接，用于將所述風(fēng)電機組葉片的振動信號傳輸至主控系統(tǒng)；

6、主控系統(tǒng)，通過嵌入的故障診斷算法對葉片振動信號處理分析，實現(xiàn)風(fēng)電機組葉片的實時監(jiān)測。

7、可選的，在所述canopen通訊模塊中增加24vdc電源防雷模塊以保護電源避免遭受雷擊；

8、在所述canopen主站端子模塊中增加canopen防雷模塊以保護主控系統(tǒng)避免遭受雷擊。

9、可選的，canopen防雷模塊用于6v高速率信號線，電壓保護水平小于25v，雷電沖擊電流5ka，用于can網(wǎng)絡(luò)防雷保護；

10、24vdc電源防雷模塊的直流工作電壓24vdc，電壓保護水平小于等于250v，用于24vdc電源防雷保護。

11、可選的，所述低頻振動傳感器的類型為電容式雙軸加速度計，具備窄帶濾波器。

12、可選的，主控系統(tǒng)，通過嵌入的故障診斷算法對葉片振動信號處理分析，實現(xiàn)風(fēng)電機組葉片的實時監(jiān)測，包括：

13、通過監(jiān)測的葉片表面損傷指標(biāo)，評判葉片是否存在表面損傷及其嚴(yán)重程度；通過葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，評判葉片是否存在結(jié)構(gòu)性損傷及其嚴(yán)重程度；通過葉片不平衡指標(biāo)，評判葉片是否存在不平衡及其嚴(yán)重程度；通過葉片結(jié)冰監(jiān)測指標(biāo)，評判葉片是否存在結(jié)冰；通過固有頻率監(jiān)測指標(biāo)，表征葉片揮舞和擺振方向的一階、二階固有頻率；通過數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)，表征三支葉片運行狀態(tài)的相似程度。

14、可選的，葉片表面損傷指標(biāo)的確定過程包括：頻譜質(zhì)心和差分離散兩種計算方法：

15、采用?librosa.feature.spectral_centroid?計算振動信號各幀的頻譜質(zhì)心，并求中位數(shù)，得到第一指標(biāo)值；

16、采用時域波形文件差分離散變換之后，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差進行離散程度的度量得到第二指標(biāo)值；

17、結(jié)合葉片表面損傷指標(biāo)的頻譜質(zhì)心和差分離散兩類情況，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，確定第一指標(biāo)值和第二指標(biāo)值超出預(yù)設(shè)閾值的比例，并取三支葉片最大值，作為葉片表面損傷指標(biāo)；

18、葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的確定過程包括：從擺振剛度的理論變化率和相對變化率來度量：

19、通過幅值頻譜圖，獲得的葉片擺振固有一階頻率峰值位置，與葉片實際的擺振固有一階頻率的比率，確定擺振剛度的理論變化率；

20、通過幅值頻譜圖，獲得的某一葉片擺振固有一階頻率峰值位置，與剩余兩支葉片獲得的峰值位置的均值的比率，確定擺振剛度的相對變化率；

21、結(jié)合擺振剛度的理論變化率和相對變化率兩類情況，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，確定擺振剛度的理論變化率和相對變化率超出閾值的比例，并取三支葉片最大值，作為葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)；

22、葉片不平衡指標(biāo)的確定過程包括：

23、采用時域波形文件的揮舞信號，統(tǒng)計1p轉(zhuǎn)頻附近的rms值作為度量值，再進行三葉片的極差范圍計算確定揮舞不平衡指標(biāo)；

24、采用時域波形文件的擺振信號，統(tǒng)計1p轉(zhuǎn)頻附近的?rms?值作為度量值，再進行三支葉片的極差范圍計算確定擺振不平衡指標(biāo)；

25、結(jié)合揮舞不平衡指標(biāo)和擺振不平衡指標(biāo)，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，將揮舞不平衡指標(biāo)和擺振不平衡指標(biāo)超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片不平衡指標(biāo)；

26、葉片結(jié)冰監(jiān)測指標(biāo)的確定過程包括：

27、提取工況文件中的葉片溫度值，其中，葉片結(jié)冰的外在環(huán)境條件是低于度的溫度值；

28、葉片固有頻率監(jiān)測指標(biāo)的確定過程包括：擺振一階的有效值和擺振一階的峰值位置：

29、對擺振一階固有頻率附近的頻譜幅值進行rms?有效值統(tǒng)計，并提取擺振一階固有頻率附近的峰值位置，以月度中位數(shù)與所述閾值進行比較，以擺振一階的有效值和擺振一階的峰值位置超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片固有頻率監(jiān)測指標(biāo)；

30、葉片數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)的確定過程包括：

31、對幅值頻譜進行三葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量再統(tǒng)計最小的相似度確定頻域相似度；

32、進行時域的指標(biāo)計算，再對時域指標(biāo)的序列進行三支葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量，再統(tǒng)計最小的相似度確定時域相似度；

33、對時域波形文件的數(shù)據(jù)先進行一階差分處理后，再統(tǒng)計時域指標(biāo)值，再對時域指標(biāo)的序列進行三支葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量，再統(tǒng)計最小的相似度，確定時域差分相似度；

34、結(jié)合了頻域、時域、時域差分三類指標(biāo)，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，以頻域、時域、時域差分三類指標(biāo)超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)。

35、第二方面，本技術(shù)實施例還提供一種應(yīng)用于所述的風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測系統(tǒng)的風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測方法，包括：

36、通過低頻振動傳感器采集風(fēng)電機組葉片的振動信號；

37、利用預(yù)設(shè)的故障診斷算法對葉片振動信號處理分析，實現(xiàn)風(fēng)電機組葉片的實時監(jiān)測。

38、可選的，利用預(yù)設(shè)的故障診斷算法對葉片振動信號處理分析，實現(xiàn)風(fēng)電機組葉片的實時監(jiān)測，包括：

39、通過監(jiān)測的葉片表面損傷指標(biāo)，評判葉片是否存在表面損傷及其嚴(yán)重程度；通過葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)，評判葉片是否存在結(jié)構(gòu)性損傷及其嚴(yán)重程度；通過葉片不平衡指標(biāo)，評判葉片是否存在不平衡及其嚴(yán)重程度；通過葉片結(jié)冰監(jiān)測指標(biāo)，評判葉片是否存在結(jié)冰；通過固有頻率監(jiān)測指標(biāo)，表征葉片揮舞和擺振方向的一階、二階固有頻率；通過數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)，表征三支葉片運行狀態(tài)的相似程度；其中，

40、葉片表面損傷指標(biāo)的確定過程包括：頻譜質(zhì)心和差分離散兩種計算方法：

41、采用?librosa.feature.spectral_centroid?計算振動信號各幀的頻譜質(zhì)心，并求中位數(shù)，得到第一指標(biāo)值；

42、采用時域波形文件差分離散變換之后，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差進行離散程度的度量得到第二指標(biāo)值；

43、結(jié)合葉片表面損傷指標(biāo)的頻譜質(zhì)心和差分離散兩類情況，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，確定第一指標(biāo)值和第二指標(biāo)值超出預(yù)設(shè)閾值的比例，并取三支葉片最大值，作為葉片表面損傷指標(biāo)；

44、葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)的確定過程包括：從擺振剛度的理論變化率和相對變化率來度量：

45、通過幅值頻譜圖，獲得的葉片擺振固有一階頻率峰值位置，與葉片實際的擺振固有一階頻率的比率，確定擺振剛度的理論變化率；

46、通過幅值頻譜圖，獲得的某一葉片擺振固有一階頻率峰值位置，與剩余兩支葉片獲得的峰值位置的均值的比率，確定擺振剛度的相對變化率；

47、結(jié)合擺振剛度的理論變化率和相對變化率兩類情況，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，確定擺振剛度的理論變化率和相對變化率超出閾值的比例，并取三支葉片最大值，作為葉片結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)；

48、葉片不平衡指標(biāo)的確定過程包括：

49、采用時域波形文件的揮舞信號，統(tǒng)計1p轉(zhuǎn)頻附近的rms值作為度量值，再進行三葉片的極差范圍計算確定揮舞不平衡指標(biāo)；

50、采用時域波形文件的擺振信號，統(tǒng)計1p轉(zhuǎn)頻附近的?rms?值作為度量值，再進行三支葉片的極差范圍計算確定擺振不平衡指標(biāo)；

51、結(jié)合揮舞不平衡指標(biāo)和擺振不平衡指標(biāo)，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，將揮舞不平衡指標(biāo)和擺振不平衡指標(biāo)超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片不平衡指標(biāo)；

52、葉片結(jié)冰監(jiān)測指標(biāo)的確定過程包括：

53、提取工況文件中的葉片溫度值，其中，葉片結(jié)冰的外在環(huán)境條件是低于度的溫度值；

54、葉片固有頻率監(jiān)測指標(biāo)的確定過程包括：擺振一階的有效值和擺振一階的峰值位置：

55、對擺振一階固有頻率附近的頻譜幅值進行rms?有效值統(tǒng)計，并提取擺振一階固有頻率附近的峰值位置，以月度中位數(shù)與所述閾值進行比較，以擺振一階的有效值和擺振一階的峰值位置超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片固有頻率監(jiān)測指標(biāo)；

56、葉片數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)的確定過程包括：

57、對幅值頻譜進行三葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量再統(tǒng)計最小的相似度確定頻域相似度；

58、進行時域的指標(biāo)計算，再對時域指標(biāo)的序列進行三支葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量，再統(tǒng)計最小的相似度確定時域相似度；

59、對時域波形文件的數(shù)據(jù)先進行一階差分處理后，再統(tǒng)計時域指標(biāo)值，再對時域指標(biāo)的序列進行三支葉片的兩兩之間的余弦相似度進行度量，再統(tǒng)計最小的相似度，確定時域差分相似度；

60、結(jié)合了頻域、時域、時域差分三類指標(biāo)，以月度中位數(shù)與預(yù)設(shè)閾值進行比較，以頻域、時域、時域差分三類指標(biāo)超出預(yù)設(shè)閾值的比例作為葉片數(shù)據(jù)相似度指標(biāo)。

61、第三方面，本技術(shù)實施例還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)上述所述風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測方法的步驟。

62、第四方面，本技術(shù)實施例還提供一種存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述所述風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測方法的步驟。

63、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

64、本技術(shù)提供的風(fēng)電機組葉片的在線監(jiān)測系統(tǒng)、方法、電子設(shè)備及介質(zhì)中，通過建立葉片傳感器與plc主控系統(tǒng)的之間通訊鏈路，可采集葉片低頻振動信號，并嵌入故障診斷算法，實現(xiàn)了?葉片沖擊實時監(jiān)測及安全保護，具有高診斷覆蓋率及較長的平均發(fā)生失效時間特點。