風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法及裝置，該方法包括以下步驟：獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片的機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fr；并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中fs＝m·fg；以所述采樣頻率fs，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)；對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻獲得幅值頻譜；將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所述一次頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。本發(fā)明無需額外增加傳感器即可實現(xiàn)對風力發(fā)電機組葉片的運行狀態(tài)實時監(jiān)測，成本低可靠性好。
【專利說明】
風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，具體涉及一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法 及裝置。
【背景技術】
[0002] 近年風電場規(guī)模不斷擴大，風力發(fā)電機組朝著單機大容量方向發(fā)展，風電維護工 作難度大，成本高，發(fā)展風力發(fā)電機組運行狀態(tài)在線監(jiān)控系統(tǒng)至關重要。
[0003] 葉片作為風力發(fā)電系統(tǒng)重要部件，風電系統(tǒng)能量通過葉片從風中捕獲動能。對于 目前常見的三葉片風力發(fā)電機組，任何一個葉片的質(zhì)量、重心、形狀、安裝角度或者氣動特 性等不平衡均可能導致風力發(fā)電機組葉片不平衡故障，甚至引發(fā)嚴重事故。
[0004] 目前風力發(fā)電機組葉片的運行狀態(tài)監(jiān)測主要采用定期檢測、或加裝風力發(fā)電機組 振動傳感器、X射線、超聲波檢測儀器等傳感器的方式。這種方式存在不及時、不可靠、成本 尚等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法及裝置，實現(xiàn)風力 發(fā)電機組葉片運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，成本低可靠性好。
[0006] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0007] 作為本發(fā)明的一個方面，提供的一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法，該方法 包括以下步驟：
[0008] 獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片的機械轉(zhuǎn)速對應 的頻率fr;并根據(jù)所述f g確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中fs=m ? fg(m為 正整數(shù)）；
[0009] 以所述采樣頻率匕，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)(k為正整數(shù)）；
[0010] 對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以為基頻獲得幅值頻譜；
[0011] 將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所述一次頻譜 幅值大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。
[0012] 進一步地，還包括步驟:對判斷結果進行濾波。
[0013] 作為本發(fā)明的另一個方面，提供的一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置，該裝 置包括：
[0014] 獲取模塊，用于獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片 的機械轉(zhuǎn)速對應的頻率f r;并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中 f s=m ? fg(m為正整數(shù)）；
[0015] 采樣模塊，用于以所述采樣頻率匕，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)(k 為正整數(shù)）；
[0016] 傅里葉計算模塊，用于對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻 獲得幅值頻譜；
[0017] 判斷模塊，將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所 述一次頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。
[0018] 進一步地，還包括:濾波模塊，用于對判斷結果進行濾波。
[0019] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明通過不平衡監(jiān)測裝置實時檢測的電壓、電流、發(fā)電機 轉(zhuǎn)速等信息提取風力發(fā)電機組葉片不平衡導致的轉(zhuǎn)矩波動特征信息，無需額外增加傳感 器即可實現(xiàn)對風力發(fā)電機組葉片的運行狀態(tài)實時監(jiān)測，成本低可靠性好。
【附圖說明】
[0020] 圖1是包含變速齒輪箱的風力發(fā)電機組葉片、齒輪箱及風力電機的機械連接簡圖；
[0021] 圖2是不包含變速齒輪箱的風力發(fā)電機組葉片與風力發(fā)電機的機械連接簡圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實施例一的一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法流程圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實施例一的風力發(fā)電機組葉片平衡狀態(tài)下分析結果示意圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明實施例一的風力發(fā)電機組葉片不平衡狀態(tài)下結果示意圖；
[0025] 圖6是本發(fā)明實施例二的一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置框圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合圖1-圖6并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0027] 風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)時，機械轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生與葉片轉(zhuǎn)速同頻率的波 動，這種波動會通過機械系統(tǒng)傳遞到風力發(fā)電機轉(zhuǎn)矩上。此刻風力發(fā)電機轉(zhuǎn)矩T e可表示為
[0029] 其中Tm為風力發(fā)電機轉(zhuǎn)矩直流分量，Tev為波動分量幅值，com為葉片轉(zhuǎn)速。波動分 量T ev可以作為風力發(fā)電機組葉片不平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。一般來說，葉片轉(zhuǎn)速com較小，如 果要準確提取波動分量T ev，至少需要連續(xù)采樣2~3個葉片周期。假設葉片轉(zhuǎn)動周期為3s，3 個周期采樣時間為9s，在風速變化較快的情況下，9s內(nèi)葉片轉(zhuǎn)速〇m會發(fā)生較大變化。如果 采用傳統(tǒng)的等時間間隔采樣方法，再采用傅里葉進行頻譜分析，提取出來的特征頻率會分 布在一個較寬的頻帶內(nèi)，易對風力發(fā)電機組葉片不平衡狀態(tài)的判斷造成干擾。而本發(fā)明采 樣分析方法可以很好地解決上述問題。
[0030] 實施例一
[0031] 如圖1-圖3所示，一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法，包括以下步驟：
[0032] S10、獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片的機械轉(zhuǎn)速 對應的頻率fr;并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中f s=m ? fg(m 為正整數(shù)）；
[0033]如圖1所示，若風力發(fā)電系統(tǒng)為雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)包括風力發(fā) 電機葉片、齒輪箱及風力發(fā)電機。雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)一般還安裝有碼盤，通過該碼盤可以直 接獲得風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg。齒輪箱的變比一般在1 〇〇左右，即fg = 1 OOfr，此 時m可取1，即fs = fg。
[0034]如圖2所示，若風力發(fā)電系統(tǒng)為直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)，直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)一般沒有安 裝碼盤，無法直接獲得風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，但是可以根據(jù)當前定子電壓Vs、 定子電流Is，構建轉(zhuǎn)子位置觀測器和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速觀測器，風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg。
[0035]直驅(qū)風力發(fā)電機組葉片機械轉(zhuǎn)速和發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速相同，SPfg = fr，為提高頻譜范 圍，m-般取8或者以上整數(shù)，可取100,即fs=100fg。
[0036] S20、以所述采樣率率fs，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)（k為正整 數(shù))；
[0037]在本實施例中，若風力發(fā)電系統(tǒng)為雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，具體采樣方法為:檢測到碼 盤零位與風力發(fā)電機水平軸或者垂直軸重合，采樣一次轉(zhuǎn)矩或者功率數(shù)據(jù)。
[0038]在本實施例中，若風力發(fā)電系統(tǒng)為直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)，具體米樣方法為：發(fā)電機 每轉(zhuǎn)過360/m角度采樣一次轉(zhuǎn)矩或者功率數(shù)據(jù)。
[0039] S30、對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻獲得幅值頻譜；
[0040] 在本實施例中，當k = 2Ui為正整數(shù))時，可采用快速傅里葉變換方法對轉(zhuǎn)矩或功 率數(shù)據(jù)進行頻譜分析。
[0041] 具體可通過以下公式進行傅里葉計算
[0043]其中，Q(i)為第i個傅里葉計算結果，Te(n)/P(n)為k個轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)中的第n個轉(zhuǎn)矩/ 功率數(shù)據(jù)，= cos(2/t _ 〃/ / A:) +./sin(2;r ? /?/ /幻，為傅里葉計算中常用的旋轉(zhuǎn)系數(shù)；
[0044]通過以下公式對所述傅里葉計算結果進行計算并得到頻譜幅值
[0046]其中，Q(i)=Q(i)reai+jQ(i)imag，Q(i)reai表示Q(i)實部，Q(i) imag表示Q(i)虛部，|0 (i) I表示Q(i)模值，也即頻譜幅值。
[0047] 若風力發(fā)電機組葉片轉(zhuǎn)動一圈采樣n次，m = Round(360/n)，Round〇表示截取括號 內(nèi)數(shù)據(jù)的整數(shù)部分。如果|〇(m)|大于|〇(m+l)|，則可將|0(m)|作為一次頻譜幅值;如果|0 (m) |小于10(m+l) |，則可將10(m+l) |作為一次頻譜幅值。
[0048] S40、將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所述一次 頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，則判定所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。
[0049] 在本實施例中，根據(jù)一次頻譜幅值| 0(m) |與其他次頻譜幅值的大小比較來判斷風 力發(fā)電機組葉片是否處于不平衡狀態(tài)。正常情況下，一次頻譜幅值I 〇(m) |與其他次頻譜幅 值大小相近，而在不平衡狀態(tài)下，一次頻譜幅值I 〇(m) |大于其他次頻譜幅值。例如：如果| 0 (m) | 大于 |〇(m-2) |，并且 |〇(m) | 大于 |〇(m-l) |，并且 |〇(m) | 大于 |〇(m+l) |，并且 |〇(m) | 大于 〇(m+2) |，則認為一次頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，并判定風力發(fā)電機組葉片處于不平 衡狀態(tài)。
[0050] 圖2為風力發(fā)電機組葉片平衡狀態(tài)下分析結果；圖3為風力發(fā)電機組葉片不平衡狀 態(tài)下分析結果。對比可知，正常情況下，一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值大小基本一致;而 在不平衡狀態(tài)下，一次頻譜幅值明顯大于其他次頻譜幅值。在圖2和圖3中橫坐標表示傅里 葉變化的次數(shù)，縱坐標表示頻譜幅值。
[0051] 在本實施例中，為了提高判斷結果的可靠性，還包括:對判斷結果進行濾波。
[0052] 實施例二
[0053]如圖6所示，一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置，包括：
[0054]獲取模塊，用于獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片 的機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fr;并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中 f s=m ? fg(m為正整數(shù)）；
[0055] 采樣模塊，用于以所述采樣頻率fs，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)(k 為正整數(shù)）；
[0056] 傅里葉計算模塊，用于對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻 獲得幅值頻譜；
[0057] 判斷模塊，將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所 述一次頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。 [0058]需要說明的是，風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置，可為獨立裝置，或者為變流 器控制器的一部分或者軟件模塊，或者為風力發(fā)電機組主控制器的一部分或者軟件模塊。 [0059]以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而 不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不 需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方法，這些方式都將落入本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法，該方法包括以下步驟： 獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片的機械轉(zhuǎn)速對應的頻 率fr;并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fs，其中fs = m · fg(m為正整 數(shù))； 以所述采樣頻率fs，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)(k為正整數(shù)）； 對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻獲得幅值頻譜； 將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所述一次頻譜幅值 大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測方法，其特征在于，還包括 步驟:對判斷結果進行濾波。3. -種風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置，該裝置包括： 獲取模塊，用于獲取風力發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速對應的頻率fg，以及風力發(fā)電機組葉片的機械 轉(zhuǎn)速對應的頻率fr;并根據(jù)所述fg確定風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩或功率的采樣頻率fS，其中fS = m · fg(m為正整數(shù)）； 采樣模塊，用于以所述采樣頻率fs，獲取所述風力發(fā)電機的k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)(k為正 整數(shù)）； 傅里葉計算模塊，用于對所述k個轉(zhuǎn)矩或功率數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，并以fr為基頻獲得 幅值頻譜； 判斷模塊，將所述幅值頻譜中的一次頻譜幅值與其他次頻譜幅值進行比較，若所述一 次頻譜幅值大于其他次頻譜幅值，則判斷所述風力發(fā)電機組葉片處于不平衡狀態(tài)。4. 根據(jù)權利要求3所述的風力發(fā)電機組葉片不平衡監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括:濾 波模塊，用于對判斷結果進行濾波。
【文檔編號】G01M1/16GK106052957SQ201610303926
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】張琪, 周黨生, 黃峰, 黃峰一, 王云杰
【申請人】深圳市禾望電氣股份有限公司