[发明专利]一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法，包括下列步骤：获得表示机舱侧向振动的加速度信号的序列以及表示风轮转速的转速信号的序列；分析加速度信号的序列和转速信号的序列以确定机舱在风轮转速的2倍频上的振幅；以及根据所述振幅确定叶根紧固件的健康状态。本发明还涉及一种用于监测叶根紧固件的健康状态的系统。通过本发明，可以低成本且高精度地确定叶根紧固件的健康状态，由此提高风机的运行效率和运行安全性。

技术领域

本发明总的来说涉及风力发电领域，具体而言涉及一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法。此外，本发明还涉及一种用于监测叶根紧固件的健康状态的系统。

背景技术

近年来，随着环境保护意识的提高以及各国的政策支持，清洁能源领域呈现出快速发展的趋势。清洁能源作为一种新型能源，与传统化石燃料相比具有分布广泛、可再生、环境污染小等优点。作为清洁能源的代表，风力发电机的应用日益增长。

风力发电机的叶片是风力发电机捕捉风能的重要组件，其正常运行直接关系到设备安全和发电效率。叶片乃至风机的正常运行有赖于诸如叶根螺栓之类的叶根紧固件的紧固连接。叶根紧固件是用于连接叶片与轮毂的重要部件。如果叶根紧固件断裂或松动，轻则影响叶片的运行姿态，造成发电效率下降；重则导致叶片扫塔或脱落等重大安全事故。因此，监测叶根紧固件的健康状态对于风机的高效和安全的运行具有重大意义。

目前，主要采用如下几种方案来监测叶根紧固件的健康状态：

(1)基于机器学习分析处理风机传感器采集的各种信号，构建多层感知模型来预测风机是否处于故障状态以及叶根螺栓是否健康。这一方案过于复杂，可靠性待验证，且模型依赖机组配置，可移植性差。

(2)通过非接触式传感器扫描变桨过程中接近的所有螺栓，判断叶根螺栓是否发生螺栓头掉落。该方案需要安装硬件传感器，成本高。

(3)利用监测探头和温度传感器采集的信号计算螺栓预紧力，判断预紧力是否处于正常范围，螺栓是否发生损坏。该方案需要安装硬件传感器，成本高，且预紧力与螺栓断裂没有直接关系。

(4)利用螺栓连接件之间的压力变化，判断螺栓是否断裂或松动。该方案需要硬件传感器，成本高。

(5)通过机舱加速度传感器振动信号反推叶片频率变化，当三支叶片频率差超过阈值时进行停机保护。该方案中机舱振动信号频谱中叶片自振的信噪较低。

从上述方案的局限性可以得知，目前需要一种更为简单高效的紧固件监测方案。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法和系统，通过该方法和/或该系统，可以低成本且高精度地确定叶根紧固件的健康状态，由此提高风机的运行效率和运行安全性。

在本发明的第一方面，该任务通过一种用于监测叶根紧固件的健康状态的方法来解决，该方法包括下列步骤：

获得表示机舱侧向振动的加速度信号的序列以及表示风轮转速的转速信号的序列；

分析加速度信号的序列和转速信号的序列以确定机舱在风轮转速的2倍频上的振幅；以及

根据所述振幅确定叶根紧固件的健康状态。

在本发明的范围内，术语“机舱侧向振动”是指风力发电机的机舱在垂直于或横向于(例如与竖直方向成70°至90°夹角的方向)竖直方向的侧向上的振动。术语“风轮转速”是指风力发电机的由叶片和轮毂构成的风轮的转动速度。术语“风轮转速的2倍频”是指将风轮转速换算成赫兹Hz(即次/秒)频率后的2倍(例如，将以周/分钟为单位的转速换算成以周/秒为单位的转速以后乘以2倍即得到所述2倍频)。术语“信号的序列”是指该信号的在多个时间点采集的值的集合。

在本发明的一个扩展方案中规定，该方法还包括下列步骤：