技术领域
[0001] 本发明涉及发电机监测技术领域，具体为一种低速变载风力发电机运行状态轴端振动监测方法。
相关背景技术
[0002] 目前针对风力发电机的状态监测，主要通过振动分析、声发射监测、电流信号监测等手段来完成。相比较而言，振动分析具有非侵入性、成本低、实时性好等优势，仍然是风机传动系统状态监测和故障诊断的主流手段。常规监测思路是通过在轴承基座、齿轮箱壳体、发电机壳体等部位布置加速度传感器来获取较宽频带的振动信息，结合先进的信号处理算法来实现对故障特征的有效提取。值得注意的是，大型风机的转速很慢，低速端主轴转频往往不足0.3Hz；加之，受到重载、不规则风力作用和自身叶片结构不对称的影响，风力发电机兼备低速和非平稳的特点，这使得很多在高速和中等负载情况下表现良好的技术在风机主轴轴承故障检测中性能并不可靠。
[0003] 针对风力发电机状态监测，国内外学者在这方面进行了大量的研究，涌现了多种测量等方法。基于振动测量和声学测量的方法测量范围广，数据处理方便。Ulriksen等提出一种基于扩展随机动态损伤定位矢量的损伤定位方法，实现了对风机叶片中裂纹的定位，并能够初步识别损伤的大小；Fremmelev等结合功率谱密度和主成分分析法对振动信号进行特征提取，并以马氏距离作为损伤指标对叶片进行健康监测；Beale等在叶片内部安装扬声器后利用麦克风阵列和波束形成方法生成声图像，声像图可以反映出叶片的具体损伤位置及其损伤程度信息。Chen等将基于调制信号双谱的定子电流分析方法应用于双馈风力发电机轴承故障诊断，提出了重叠分割以提高有限数据下的计算精度，并实验证明了通过识别基频和特征频率的频谱分量可以检测到故障
[0004] 目前监测的方法往往将传感器布置在轴承基座、齿轮箱壳体、发电机壳体等部位，无法直接测量到传动轴的振动信号，采集到的信号质量差。在随机风速的影响下，风力发电机的转速变化大，不利于信号监测，多部件的状态信号相互耦合，若采用多组传感器信号之间关联性差，成本较高、安装难度大以及系统鲁棒性比较差，难以评估运行状态；鉴于此，我们提出了一种低速变载风力发电机运行状态轴端振动监测方法。
具体实施方式
[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 如图1‑图4所示，本发明提供一种技术方案：一种低速变载风力发电机运行状态轴端振动监测方法，监测方法包括如下步骤：
[0033] S1、ORS信号采集装置采集三向加速度，ORS信号采集装置安装在风力发电机组的轴端，ORS信号采集装置通过MEMS加速度计对风机主轴振动信号进行采集，ORS信号采集装置通过蓝牙无线传输的方式将采集到的信号发送给上位机。
[0034] S2、将采集到的主轴三向加速度信号通过带通滤波器，提取相关频率范围的振动信号，实现对噪声信号的过滤；
[0035] 经过带通滤波后的振动信号通过过零点间接估计风机转速，ORS传感器在旋转过程中感知到的重力加速度改变所产生的现象，利用该周期性变化的信号，估算出风力发电机的转速；通过控制风力发电机的负载，对发电机转速进行控制。
[0036] S3、通过获取到的转速曲线可以确定等角度重采样的时间点；如图2所示，时域波形图U轴和V轴信号呈现明显的周期性变化；U轴、V轴以及W轴为主轴三向加速度信号。
[0037] ORS传感器在负载为25欧姆时的，估算出风力发电机的转速为0.95Hz。
[0038] S4、利用分段线性插值将不规则的采样信号重新映射到均匀间隔的角域得到准平稳信号。
[0039] S5、对重采样后的角域平稳信号进行Hilbert变换得到时域的包络信号。
[0040] S6、利用快速傅里叶变换得到包络谱。
[0041] S7、包络谱中提取到风机的故障特征。
[0042] S8、模拟轴承故障、叶片偏转的测试实验。
[0043] 将一个存在外圈点蚀故障的轴承装在了风力发电机上，将ORS传感器安装在主轴轴端，采集其在不同转速下的三轴加速度信号；根据ORS传感器估计的瞬时转速，将加速度信号进行角域重采样，然后计算包络谱并检测到外圈故障信号。
[0044] 通过调整单个叶片的偏转角度，模拟由于变桨故障导致叶片不平衡的故障；通过ORS传感器估计风力发电机的平均转速；在相同风速下，风机转速随着负载的增大而增大；在相同负载下，叶片不平衡故障下的风机转速低于叶片平衡时的转速。如图3所示，图3中(a)的角域包络谱为1.17Hz，(b)的角域包络谱为0.98Hz，(c)的角域包络谱为0.73Hz，(d)的角域包络谱为0.45Hz。
[0045] 作为本实施例的一种应用：
[0046] 由于风机处在低速非平稳工况下，因此采集到的信号是非平稳信号，所以常规的信号处理方法难以提取风机的故障特征。等角度重采样法可以将以等时间间隔采样的非平稳信号转换成以等角度间隔采样的准平稳信号，可以实现对非平稳信号的故障特征提取。可以通过单个ORS传感器装置测量转速与振动信号，通过将两者进行融合，实现风机主轴轴承、叶片重要部件的状态监测。
[0047] 上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。
