一种基于双谱熵的风力发电机组故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双谱熵的风力发电机组故障诊断方法，其步骤：采集风力发电机组在正常运行状态、轻度故障、中度故障以及重度故障下的振动信号；计算所有振动信号的故障特征带；建立故障疏离度检测模型；采集待检测风力发电机组的振动信号，将待检测振动信号进行故障特征带计算，得到的故障特征输入故障疏离度检测模型中，计算该故障状态与四类故障状态的故障疏离度,得到的最小疏离度即为该风机的故障状态。本发明专利技术能有效提取非平稳信号的故障特征，并进行风力发电机组的故障诊断，提高故障诊断的精度，可以广泛在风电机组设备故障诊断中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种设备故障诊断方法，特别是关于一种基于双谱熵的风力发电机组 故障诊断方法。
技术介绍
由于风力发电机组这样的大型旋转机电设备的运行都处于非平稳、非线性状态， 运行中工况和负载等非故障因素的变化会造成信号能量产生变化，通常的基于能量的振动 级值及功率谱的发展及变化不一定对应反映故障状态的发展及变化；另一方面，风力和风 向的随机变化导致风电机组传动系统的转速在时刻变化，分析其特征频率已经变得非常困 难，因此传统的基于能量变化的特征提取方法以及寻找故障特征频率的特征提取方法难以 有效实现风电机组传动系统运行稳定性劣化特征的提取，不能对系统故障进行有效诊断。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于双谱熵的风力发电机组故障诊断方 法，该方法能够有效的提取非平稳信号的故障特征，并进行风力发电机组的故障诊断，提高 了故障诊断的精度。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于双谱熵的风力发电机组 故障诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1)利用现有数据采集设备采集风 力发电机组在正常运行状态、轻度故障、中度故障以及重度故障下的振动信号Xw(n)= {Xl，x2，…％}，其中，N代表每组数据个数，w代表数据组别，w=l、2、3、4，w= 1代表正常运 行状态、w= 2代表轻度故障状态、w= 3代表中度故障状态、w= 4代表重度故障状态；(2) 计算所有振动信号xw(n)的故障特征带；（3)建立故障疏离度检测模型：（I)第w类故障 状态的第P类故障特征带的范围记为{A^BJ，其中，A#表示第w类故障状态的第p类故 障特征带的下限值，表示第w类故障状态的第p类故障特征带的上限值；p表示故障特征 带的类型，P= 1，2,p= 1时表示幅值故障特征带，p= 2时表示双谱j：商故障特征带；（II) 待识别故障状态F的故障特征向量记为C2);其中，Cp是待识别故障状态F的第p类故 障特征值；（III)计算待识别故障状态F与第w类故障状态的第p类故障特征带的距离dwp; (IV)计算待识别故障状态F与第w类故障状态的故障特征带距Dw; (V)建立待识别故障 状态F与第w类故障状态的疏离度计算公式： 其中，第w类故障状态的疏离度T(F，w)G;(4)采集待检测风力发电机组的 振动信号，将待检测振动信号进行步骤（2)的计算，得到的故障特征输入到步骤（3)所建立 的故障疏离度检测模型中，计算该故障状态与四类故障状态的故障疏离度T(F，w)，得到的 最小疏离度即为该风机的故障状态。 所述步骤⑵中，所有振动信号^⑷的故障特征带计算步骤如下：（I)计算所 有振动信号xw(n)中每组信号的时域幅值，并记录每种状态幅值的下限Mwa、上限Mwb，记为幅 值带{Mwa，Mwb} ;(II)计算所有振动信号xw(n)中每组信号的双谱熵带，并记录每种状态双 谱熵值的下限Hwa、上限Hwb，记为双谱熵带{Hwa，Hwb}。 所述步骤（II)中，双谱熵带计算步骤为：①计算所有振动信号xw(n)中每组信号 的双谱；②计算所有振动信号xw(n)中每组振动信号的双谱熵；③根据每组振动信号xw(n) 的双谱熵值，得到每种状态双谱熵值的下限Hwa、上限Hwb，记为双谱熵带{Hwa，Hwb}。 所述步骤①中，双谱计算步骤为：(a)将所有振动信号的每组数据中N个数据都分 为K段，每段数据作为一个记录，每段M个数据；(b)对每一个记录去均值，得到三阶累积量 估计值（c)对三阶累积量估计值以/,岣做傅里叶变换，得到所有振动信号xw(n)的 双谱估计值： 式中，L<M-1 (1，k)是二维窗函数；％、《2均为频率；l、k均表示时延。 所述步骤（b)中，三阶累积量估计值求解步骤：（i)设定{Vaht= 0，1，… ，M-1}是第i(i= 1，…，K)个记录，对第i个记录求其三阶累积量：式中，Mi=max(0,-1，_k);M2=min(M_l，M-1-1，M_l_k) ;1、k均表不时延；（ii) 取所有三阶累积量的平均作为整个观测值的三阶累积量估计，得到三阶累积量估计值 c(l,k)： 所述步骤②中，双谱商计算步骤为：a)将双谱估计值BO。《2)的双频域三角形 主定义域《2多2JT外的值全部赋值为〇,得到只保留三角形主定 义域内的双谱幅值B' (Wl，《2) ;b)计算双频域内所有点双谱幅值的概率P(Wl，《2): c)求双谱熵值： 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术采用高阶谱的双谱方 法对风力发电机组的故障振动信号进行分析，有效地减少了变工况信息对故障信息的干 扰，有利于故障特征的提取，进而实现故障的准确诊断。2、本专利技术将信息熵运用于双谱，双 谱熵对齿轮箱，轴承故障比较敏感，可以以较少的测点获得准确的故障诊断结果。3、本专利技术 提取的特征集合了时域与时-频域，能更好的反映故障状态，提高诊断的准确率。本专利技术可 以广泛在风电机组设备故障诊断中应用。【附图说明】 图1是本专利技术的整体结构示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。 如图1所示，本专利技术提供，其包括 以下步骤： (1)利用现有数据采集设备采集风力发电机组在正常运行状态、轻度故障、中度故 障以及重度故障下的振动信号\(1〇 = {Xl，x2,…％}，其中，N代表每组数据个数，w代表数 据组别，w=l、2、3、4，w= 1代表正常运行状态、w= 2代表轻度故障状态、w= 3代表中度 故障状态、w= 4代表重度故障状态。 (2)计算所有振动信号xw(n)的故障特征带。其步骤如下： I)计算所有振动信号xw(n)中每组信号的时域幅值，并记录每种状态幅值的下 限Mwa、上限Mwb，记为幅值带{Mwa，Mwb}。II)计算所有振动信号xw(n)中每组信号的双谱熵带，并记录每种状态双谱熵值 的下限Hwa、上限Hwb，记为双谱熵带{Hwa，Hwb}。其具体步骤如下： ①计算所有振动信号xw(n)中每组信号的双谱： a)将所有振动信号的每组数据中N个数据都分为K段，每段数据作为一个记录，每 段M个数据。 b)对每一个记录去均值，得到三阶累积量估计值以/,^，步骤如下： (i)设定{c1 (t)，t= 0, 1，…，M-1}是第i(i= 1，…，K)个记录，对第i个记 录求其二阶累积量：式中，Mi=max(0,-1，_k) ;M2=min(M_l,M-1-1,M_l_k) ;1、k均表不时延。 (ii)取所有三阶累积量的平均作为整个观测值的三阶累积量估计，得到三阶累 积量估计值c)对三阶累积量估计值〖(/，岣'做傅里叶变换，得到所有振动信号xw(n)的双谱估 计值，即式中，L<M-1，《 (1，k)是二维窗函数。％、《2均为当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双谱熵的风力发电机组故障诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)利用现有数据采集设备采集风力发电机组在正常运行状态、轻度故障、中度故障以及重度故障下的振动信号xw(n)＝{x1,x2,…xN}，其中，N代表每组数据个数，w代表数据组别，w＝1、2、3、4，w＝1代表正常运行状态、w＝2代表轻度故障状态、w＝3代表中度故障状态、w＝4代表重度故障状态；(2)计算所有振动信号xw(n)的故障特征带；(3)建立故障疏离度检测模型：(Ⅰ)第w类故障状态的第p类故障特征带的范围记为{Awp,Bwp}，其中，Awp表示第w类故障状态的第p类故障特征带的下限值，Bwp表示第w类故障状态的第p类故障特征带的上限值；p表示故障特征带的类型，p＝1,2，p＝1时表示幅值故障特征带，p＝2时表示双谱熵故障特征带；(Ⅱ)待识别故障状态F的故障特征向量记为(C1,C2)；其中，Cp是待识别故障状态F的第p类故障特征值；(Ⅲ)计算待识别故障状态F与第w类故障状态的第p类故障特征带的距离dwp；(Ⅳ)计算待识别故障状态F与第w类故障状态的故障特征带距Dw；(Ⅴ)建立待识别故障状态F与第w类故障状态的疏离度计算公式：T(F,w)=DwΣw=14Dw,]]>其中，第w类故障状态的疏离度T(F,w)∈[0,1]；(4)采集待检测风力发电机组的振动信号，将待检测振动信号进行步骤(2)的计算，得到的故障特征输入到步骤(3)所建立的故障疏离度检测模型中，计算该故障状态与四类故障状态的故障疏离度T(F,w),得到的最小疏离度即为该风机的故障状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋章雷，左云波，吴国新，刘秀丽，徐小力，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11