[发明专利]风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统及方法

权利要求书

1.一种风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统，其特征在于，包括：在风电机组的每个变桨减速机上分别安装一个振动传感器，该振动传感器安装在对应变桨减速机的二级齿圈外壳表面处，每个所述振动传感器的输出端与无线发射采集卡连接，所述无线发射采集卡进一步与机舱内部的无线接收微型工控机连接，所述无线接收微型工控机与机舱电台双向连接，所述机舱电台与集控室电台无线连接，所述集控室电台与状态预警系统双向连接，其中，

每个所述振动传感器用于采集对应的变桨减速机上的实时振动信号，并通过无线发射采集卡将实时振动信号发送至机舱内的无线接收微型工控机；

所述无线接收微型工控机用于接收采集的实时振动信号，并采用如下步骤进行变桨动作识别处理：

1)采用变分模态分解VMD分解实时振动信号，获得多个分量；

2)叶片转频分量剔除：选取叶片旋转导致的0.15-0.3HzIMF分量，并确认叶片旋转频率在该分量的频谱中占主导位置；搜索各个分量的频率区间[0,20]Hz内幅值最大频率，若落在0.15-0.3Hz区间内，则判定该分量为叶片转频分量并剔除；低频趋势分量近似直流分量，该分量与叶片转频分量一同剔除，其余分量求和重构为剩余信号；

3)采用希尔伯特变换法求取剩余信号的包络信号，包络信号包含随机出现的高幅值脉冲；

4)滑动中值滤波降噪：通过滑动中值滤波平滑此包络信号，抑制可能出现的高幅值脉冲干扰，保留有效振动成分；

5)识别变桨动作：将微型工控机接收的实时数据作为输入，执行步骤1)至4)，并利用3σ准则计算判断变桨的阈值；将平滑后的包络信号与该阈值对比，锁定有效变桨动作时间段，并保存该时间段数据；

所述状态预警系统根据所述预警信号对各个变桨减速机的运行状态和通信状态进行同步监测，如果减速机状态异常则通过指标分析减速机发生冲击类还是磨损类故障。

2.如权利要求1所述的风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统，其特征在于，所述预警系统在变桨动作识别基础上，利用支持向量数据描述SVDD，对减速器正常状态下的时域、频域振动特征进行超球体建模，以特征数据与超球体中心的距离作为故障预警的根据。

3.如权利要求1所述的风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统，其特征在于，如果所述无线接收微型工控机判断当前减速机运行状态正常，并更新数据集，重新计算阈值，从而实现动态阈值。

4.如权利要求1所述的风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统，其特征在于，所述无线接收微型工控机利用SVDD对减速机时域振动特征进行超球体建模，实现变桨减速机故障预警，包括：

1)离线特征提取：对变桨动作振动信号进行VMD分解，去除叶片旋转造成的振动信号周期性波动分量，并通过时域、频域特征提取，构建综合特征指标集；

2)离线综合指标降维：将传统时域指标、时频域指标组成综合特征指标进行降维，获取表征各指标主要变化趋势的二维指标；

3)离线模型训练：将正常状态下的二维指标作为SVDD模型训练样本，得到包含正常样本的最优超球体，超球体半径为R，该过程为模型训练过程；

4)建立SVDD预警模型：对在线变桨动作信号进行特征提取与综合指标降维，将在线二维指标输入到已建立的SVDD模型中，得到其与超球体中心的距离D；

5)建立自适应报警阈值：在设置阈值时，将基于SVDD得到的距离指标看成是一个单独的参数进行观察，指标数据的变化形式符合正态分布；由于概率统计中的3σ准则定义为，对于一个符合均值为μ，方差为σ²的正态分布的变量进行取值，取到区间(μ-σ²,μ+σ²)内概率为99.73％；当某一个距离指标值不属于这个范围，则认为其为异常点，即其为异常状态，同时为防止外界干扰因素影响，设定连续多个距离指标值超多前面距离指标值界定的3σ取值范围，则认为其发生异常值并报警。

5.如权利要求4所述的风电机组变桨减速器在线状态监测与预警系统，其特征在于，时域指标参数集包括：最大值、最小值、峰值、峰峰值、平均值、均方根、峭度、脉冲因子、峰值因子和波峰因子，峰值、平均值、均方根、峭度、脉冲因子、峰值因子和波峰因；频域指标参数集包括：平均频率、频率均方根和频率标准差。