專利名稱：用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種基于振動(dòng)數(shù)據(jù)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都設(shè)計(jì)為變速運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，多數(shù)情況下故障對(duì)應(yīng)的振動(dòng)特征(尤其是頻域特征)和轉(zhuǎn)速有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)在對(duì)變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)量是一個(gè)非常重要的工作，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度直接影響振動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可信度。圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法的示意圖。如圖1所示，轉(zhuǎn)速傳感器10(例如，光電傳感器、磁敏傳感器等)安裝在靜止部件上，對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)部件30 (例如，旋轉(zhuǎn)軸)；在旋轉(zhuǎn)部件30上布置一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖觸發(fā)標(biāo)記20 (如反光條、突出金屬塊等)。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖觸發(fā)標(biāo)記20跟隨旋轉(zhuǎn)部件30旋轉(zhuǎn)并正對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器10時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器10將輸出一個(gè)脈沖，振動(dòng)分析系統(tǒng)40根據(jù)采集脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)部件30的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，如圖1所示，振動(dòng)分析系統(tǒng)40根據(jù)振動(dòng)傳感器50獲得振動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法是通過(guò)與主控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取主控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，從而獲得振動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值。但是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的技術(shù)方案，由于需要安裝單獨(dú)的轉(zhuǎn)速傳感器或者需要與主控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以增加了系統(tǒng)成本且這種數(shù)據(jù)交換又增加了主控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速極低，所以基于現(xiàn)有技術(shù)方案的測(cè)量誤差較大；一旦主控系統(tǒng)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的時(shí)鐘不一致，則采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)就不能在時(shí)序上對(duì)應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題中的至少一個(gè)問(wèn)題或其它問(wèn)題，提供了一種基于振動(dòng)數(shù)據(jù)獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的技術(shù)方案。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的一種用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法，如下步驟:對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波；對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)；將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域；對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率；根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)s = kXn，其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，η為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。優(yōu)選地，通過(guò)快速傅里葉變換將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。優(yōu)選地，通過(guò)振動(dòng)傳感器或通過(guò)與主控系統(tǒng)的通信，來(lái)獲得所述時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，通過(guò)恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波。優(yōu)選地，所述恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器的提取的頻率范圍被設(shè)置為齒槽頻率的2倍頻的頻率范圍。優(yōu)選地，通過(guò)希爾伯特變換對(duì)帶通濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字包絡(luò)檢波。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的一種用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的設(shè)備，包括:帶通濾波器，對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波；包絡(luò)檢測(cè)器，對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)；頻域變換器，將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域；搜索器，對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率；轉(zhuǎn)速計(jì)算器，根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)s = kXn，其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，η為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。優(yōu)選地，所述頻域變換器通過(guò)快速傅里葉變換將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。優(yōu)選地，通過(guò)振動(dòng)傳感器或通過(guò)與主控系統(tǒng)的通信，來(lái)獲得所述時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述帶通濾波器為恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器。

優(yōu)選地，所述恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器的提取的頻率范圍被設(shè)置為齒槽頻率的2倍頻的頻率范圍。優(yōu)選地，所述包絡(luò)檢測(cè)器通過(guò)希爾伯特變換對(duì)帶通濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字包絡(luò)檢波。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的獲取發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法，能夠提高轉(zhuǎn)速獲取精度。另外，由于從振動(dòng)數(shù)據(jù)中直接提取轉(zhuǎn)速，能夠嚴(yán)格保證振動(dòng)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)在時(shí)序上的一致性。另外，由于不需要任何專門測(cè)轉(zhuǎn)速的設(shè)備，使轉(zhuǎn)速測(cè)試的設(shè)備成本和實(shí)施成本降低為零。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚和更易于理解，其中:圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法的示意圖；圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法的流程圖；圖3示出根據(jù)圖2的方法獲得的頻譜圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同部件。下面通過(guò)參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明。一般來(lái)講，在發(fā)電機(jī)的定子上安裝有多個(gè)齒槽用以放置線圈，因此發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)獲取的振動(dòng)數(shù)據(jù)包含了發(fā)電機(jī)組的齒槽頻率Fs?？墒褂萌缦碌牡仁絀基于齒槽頻率Fs來(lái)獲得發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速η。等式IFs = kXn
其中，k是定子上安裝的齒槽的數(shù)量。圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的技術(shù)方案。如圖2所示，在步驟210，對(duì)時(shí)域的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波。這里，優(yōu)選地，通過(guò)恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器對(duì)時(shí)域的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波。同時(shí)，數(shù)字帶通濾波器的提取頻率優(yōu)選地被設(shè)置為電機(jī)齒槽頻率Fs的2倍頻。例如，如果電機(jī)齒槽頻率Fs的可能范圍為IOHz至10000Hz，則將數(shù)字帶通濾波器的提取頻率范圍設(shè)置為20Hz至20000Hz。另外，當(dāng)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)選采用2000Hz的采樣頻率。在步驟220，對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)。通過(guò)希爾伯特變換(移相90度)技術(shù)對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字包絡(luò)檢波。在步驟230，將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。優(yōu)選地，對(duì)包絡(luò)后的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到最后的故障特征提取圖譜。這里，可通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。例如，可獲得如圖3所示的頻域圖。在步驟240，對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率(例如，4倍頻的齒槽頻率)。在圖3所示的頻譜圖中，可在Fs的4倍頻FS出現(xiàn)的頻率區(qū)間內(nèi)，簡(jiǎn)單通過(guò)搜索最大值的辦法識(shí)別出發(fā)電機(jī)齒槽頻率Fs的4倍頻FS為671.4Hz，該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速 η = 60 XFS/ (4X576) = 17.48RPM。在步驟250，根據(jù)等式I來(lái)獲得發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。如圖3所示，齒槽頻率的4倍頻為671.4Khz。當(dāng)齒槽的數(shù)量為576時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速n = Fs/576 = 17.48RPM。這里，振動(dòng)數(shù)據(jù)可以是通過(guò)振動(dòng)傳感器獲得的振動(dòng)數(shù)據(jù)或者通過(guò)與主控系統(tǒng)的通信而獲得的振動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的獲取發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法，能夠提高轉(zhuǎn)速獲取精度。在上面描述的示例中，齒槽頻率4倍頻是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的2304倍，即使該特征頻率提取值和真值相差10Hz，轉(zhuǎn)速計(jì)算值和真值間的誤差為(10 X 60)/(576 X 4) = 0.26RPM，轉(zhuǎn)速計(jì)算的過(guò)程中，誤差是以1/2304的比例收斂的，因此轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度有了很大提高。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的設(shè)備，包括:帶通濾波器，對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波；包絡(luò)檢測(cè)器，對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)；頻域變換器，將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域；搜索器，對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率；轉(zhuǎn)速計(jì)算器，根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)s = kXn，其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，η為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，由于從振動(dòng)數(shù)據(jù)中直接提取轉(zhuǎn)速，能夠嚴(yán)格保證振動(dòng)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)在時(shí)序上的一致性。另外，由于不需要任何專門測(cè)轉(zhuǎn)速的設(shè)備，使轉(zhuǎn)速測(cè)試的設(shè)備成本和實(shí)施成本降低為零。雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法，包括如下步驟: 對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波； 對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)； 將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域； 對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率； 根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， Fs = kXn， 其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，η為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)快速傅里葉變換將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)振動(dòng)傳感器或通過(guò)與主控系統(tǒng)的通信，來(lái)獲得所述時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器的提取的頻率范圍被設(shè)置為齒槽頻率的2倍頻的頻率范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)希爾伯特變換對(duì)帶通濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字包絡(luò)檢波。
7.一種用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 帶通濾波器，對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波； 包絡(luò)檢測(cè)器，對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)； 頻域變換器，將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域； 搜索器，對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率； 轉(zhuǎn)速計(jì)算器，根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， Fs = kXn, 其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，η為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述頻域變換器通過(guò)快速傅里葉變換將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，通過(guò)振動(dòng)傳感器或通過(guò)與主控系統(tǒng)的通信，來(lái)獲得所述時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述帶通濾波器為恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述恒定帶寬數(shù)字帶通濾波器的提取的頻率范圍被設(shè)置為齒槽頻率的2倍頻的頻率范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述包絡(luò)檢測(cè)器通過(guò)希爾伯特變換對(duì)帶通濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字包絡(luò)檢波。
全文摘要
提供了一種用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法和設(shè)備。所述方法包括對(duì)時(shí)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波；對(duì)帶通濾波的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)檢測(cè)；將經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)變換到頻域；對(duì)頻域的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索峰值的處理，從而獲得預(yù)定倍數(shù)的齒槽頻率；根據(jù)獲得的齒槽頻率使用下面的等式來(lái)獲得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)s＝k×n，其中，F(xiàn)s為齒槽頻率，k為發(fā)電機(jī)的齒槽的數(shù)量，n為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的獲取發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速的方法，能夠提高轉(zhuǎn)速獲取精度。另外，由于從振動(dòng)數(shù)據(jù)中直接提取轉(zhuǎn)速，能夠嚴(yán)格保證振動(dòng)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)在時(shí)序上的一致性。另外，由于不需要任何專門測(cè)轉(zhuǎn)速的設(shè)備，使轉(zhuǎn)速測(cè)試的設(shè)備成本和實(shí)施成本降低為零。
文檔編號(hào)G01P3/00GK103116032SQ20131001990
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者范德功 申請(qǐng)人:北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司