一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法、介质和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法、介质及系统，所述方法包括步骤：S1、获取机组运行状态及机舱前后加速度时序数据；根据机组运行状态数据，识别机组从运行状态到停机状态的状态切换时刻点T

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法、介质和系统


[0001]本专利技术主要涉及风电机组
，具体涉及一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法、介质和系统。

技术介绍

[0002]塔架底部与基础连接，塔架顶部通过偏航轴承与机舱连接，机舱前部安装有风轮系统。塔架是风电机组系统中的重要支撑部件，承受风轮系统及机舱的重量，还需受随机性较强的气动载荷的影响。风电机组塔架结构一般采用高强度螺栓进行连接，当连接螺栓断裂、松动或塔架结构出现裂纹，将会导致塔架结构刚度发生变化，塔架一阶固有频率将发生偏移。另外，塔架基础开裂也同样会导致塔架一阶固有频率发生偏移。塔架连接螺栓断裂、松动，塔架结构及塔架基础开裂等异常，是风电机组的重大缺陷及安全隐患，可能导致倒塔事故的发生。因此，有必要对风电机组的塔架一阶固有频率进行监测，以及时发现塔架及基础缺陷，避免重大损失及安全风险的发生。
[0003]在风电机组现有振动传感器的基础上加装振动监测装置，是实现风电机组塔架一阶固有频率监测的有效方法。然而，随着我国风电平价时代的到来，降本增效已成为风电行业的主旋律，大规模加装专用振动监测转置，将提高整机及风电场建设成本。因此，有必要基于风电机组现有的振动传感器，提出一种准确、高效的塔架一阶固有频率提取方法，达到识别塔架一阶固有频率偏离异常的目的。
[0004]风电机组安装有监测机舱前后方向振动的加速度传感器，风电机组的塔架一阶固有频率可从机舱前后加速度信号中提取得到。然而受气动载荷，以及在控制系统的作用下机组启动、停机、变桨、偏航等引起的载荷的影响，机舱前后加速度信号中频率成分复杂多样。从频率成分复杂的机舱前后加速度信号中准确、高效的自动提取出塔架一阶固有频率，较为困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种准确度高，抗干扰能力强的风电机组塔架一阶固有频率提取方法、介质和系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法，包括步骤：
[0008]S1、获取机组运行状态及机舱前后加速度时序数据；根据机组运行状态数据，识别机组从运行状态到停机状态的状态切换时刻点T
i
；
[0009]S2、根据机组各停机时刻点T
i
，分别提取停机时刻点前个连续数据点，以及停机时刻后个连续数据点，得到n个均含N
i
个数据点的时间连续数据片段；其中
[0010]S3、基于时域特征或/和频域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段；
[0011]S4、根据有效数据片段对机舱前后加速度时序数据进行频谱分析，得到机舱前后
加速度频谱，再从机舱前后加速度频谱中提取得到塔架一阶固有频率。
[0012]优选地，在步骤S3中，基于时域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段的具体过程为：
[0013]S301、通过包络检波，从时间连续数据片段中，提取机舱前后加速度信号的正峰包络线，并对包络线数据进行滑窗平均滤波，得到滤波后的机舱前后加速度包络线；其中滤波后的机舱前后加速度包络线起止时间分别为t
st
、t
end
；
[0014]S302、从滤波后的机舱前后加速度包络线中分别提取停机时刻前t1秒至停机时刻后t2秒时段内的包络线最大幅值E
max
，以及t
st
至停机时刻前t1秒、停机时刻后t2秒至t
end
两个时段间包络线最大幅值U
max
；
[0015]S303、将E
max
与U
max
进行对比，根据对比结果来判断时间连续数据片段是否为有效数据片段。
[0016]优选地，在步骤S303中，时间连续数据片段若满足E
max
≥δ
×
U
max
，则时间连续数据片段中机舱前后加速度信号以停机过程中的能量占主导，时间连续数据片段为有效数据片段；δ为系数。
[0017]优选地，在步骤S3中，基于频域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段的具体过程为：
[0018]S31、基于时间连续数据片段，对机舱前后加速度信号进行频谱分析，得到机舱前后加速度频谱；
[0019]S32、计算机舱前后加速度频谱的峰值因子Cres、最大幅值x
peak
、第二大幅值x
sec
、最大幅值对应的频率f
top
；
[0020]S33、根据机舱前后加速度频谱的峰值因子Cres、最大幅值x
peak
、第二大幅值x
sec
、最大幅值对应的频率f
top
来判断时间连续数据片段是否为有效数据片段。
[0021]优选地，在步骤S33中，若满足Cres≥σ，x
sec
<η
·
x
peak
，0.9f
ref
≤f
top
≤1.1f
ref
中的一种或多种，则判断时间连续数据片段为有效数据片段；其中f
ref
为风电机组并网之初辨识所得塔架一阶频率值；σ和η为常数。
[0022]优选地，在步骤S3中，先基于时域特征识别时间连续数据片段中的初步的有效数据片段，再基于频域特征识别初步的有效数据片段得到最终的有效数据片段。
[0023]优选地，在步骤S2中，时间连续数据片段数据的点数N
i
根据机舱前后加速度信号采样频率f
s
及频谱频率分辨率Δf来综合选择。
[0024]优选地，在步骤S4中，从机舱前后加速度频谱中提取最大幅值对应的频率f
top
，即为塔架一阶固有频率。
[0025]本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0026]本专利技术进一步公开了一种风电机组塔架一阶固有频率提取系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上任意一项所述方法的步骤。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0028]本专利技术采用基于机舱前后加速度信号外包络线的时域方法及基于机舱前后加速度频谱特征的频域方法，综合识别塔架一阶固有频率成分占主导的时间连续数据片段，对
识别的时间连续数据片段进行频谱分析得到机舱前后加速度频谱，计算频谱中最大幅值对应的频率，即为塔架一阶固有频率，并对频率偏移异常做出预警，帮助运维人员及时发现风电机组塔架及基础缺陷，避免出现倒塔事故；上述预测过程准确性高、抗干扰能力强。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的提取方法在实施例的流程图。
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组塔架一阶固有频率提取方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取机组运行状态及机舱前后加速度时序数据；根据机组运行状态数据，识别机组从运行状态到停机状态的状态切换时刻点T
i
；S2、根据机组各停机时刻点T
i
，分别提取停机时刻点前个连续数据点，以及停机时刻后个连续数据点，得到n个均含N
i
个数据点的时间连续数据片段；其中S3、基于时域特征或/和频域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段；S4、根据有效数据片段对机舱前后加速度时序数据进行频谱分析，得到机舱前后加速度频谱，再从机舱前后加速度频谱中提取得到塔架一阶固有频率。2.根据权利要求1所述的风电机组塔架一阶固有频率提取方法，其特征在于，在步骤S3中，基于时域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段的具体过程为：S301、通过包络检波，从时间连续数据片段中，提取机舱前后加速度信号的正峰包络线，并对包络线数据进行滑窗平均滤波，得到滤波后的机舱前后加速度包络线；其中滤波后的机舱前后加速度包络线起止时间分别为t
st
、t
end
；S302、从滤波后的机舱前后加速度包络线中分别提取停机时刻前t1秒至停机时刻后t2秒时段内的包络线最大幅值E
max
，以及t
st
至停机时刻前t1秒、停机时刻后t2秒至t
end
两个时段间包络线最大幅值U
max
；S303、将E
max
与U
max
进行对比，根据对比结果来判断时间连续数据片段是否为有效数据片段。3.根据权利要求2所述的风电机组塔架一阶固有频率提取方法，其特征在于，在步骤S303中，时间连续数据片段若满足E
max
≥δ
×
U
max
，则时间连续数据片段中机舱前后加速度信号以停机过程中的能量占主导，时间连续数据片段为有效数据片段；δ为系数。4.根据权利要求2或3所述的风电机组塔架一阶固有频率提取方法，其特征在于，在步骤S3中，基于频域特征识别时间连续数据片段中的有效数据片段的具体过程为：S31、基于时间连续数据片段...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，陈亚楠，张家友，舒晖，胡婵娟，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：