【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于風(fēng)電機(jī)組，具體屬于一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
1、風(fēng)能作為一種可再生能源，人們通過風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)換風(fēng)能為電能，可以減少對化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，有助于應(yīng)對氣候變化。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中通過采用聲學(xué)、振動、應(yīng)變監(jiān)測等方法對風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
2、對于風(fēng)電機(jī)組葉片的損傷監(jiān)測，現(xiàn)有技術(shù)中利用變分模態(tài)分解(variationalmodal?decomposition，vmd)和概率密度函數(shù)(probability?density?function，pdf)從原始加速度響應(yīng)信號中提取模態(tài)響應(yīng)分量，計(jì)算結(jié)構(gòu)損傷前后模態(tài)響應(yīng)能量向量的歐氏距離，作為損傷預(yù)警指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警研究，并以結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)的能量和能量熵構(gòu)建損傷特征向量，利用梯度提升決策樹(gradient?boosting?decision?tree，gbdt)和支持向量機(jī)(support?vector?machine，svm)的分類算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷程度識別的研究。但是該技術(shù)存在成本高，數(shù)據(jù)計(jì)算量大，監(jiān)測數(shù)據(jù)較多，不利于進(jìn)行大范圍推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)提供一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)和方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對于風(fēng)電機(jī)組葉片的損傷監(jiān)測存在成本高，數(shù)據(jù)計(jì)算量大，監(jiān)測數(shù)據(jù)較多，不利于進(jìn)行大范圍推廣的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系
4、所述振動傳感器安裝在風(fēng)電葉片的葉根處，用于監(jiān)測風(fēng)電葉片振動；所述振動傳感器中葉片位移公式為：
5、所述光柵載荷傳感器安裝在風(fēng)電葉片上，用于監(jiān)測風(fēng)電葉片應(yīng)力信號；所述光柵載荷傳感器中光纖光柵應(yīng)變測量公式為：δλ/λ＝(1-p)ε；
6、所述音頻采集裝置實(shí)時采集葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)，通過分析聲音頻譜提取出反映葉片損傷的信號特征；
7、所述振動傳感器、光柵載荷傳感器和音頻采集裝置的輸出端均連接預(yù)警模塊，所述預(yù)警模塊接收振動傳感器和光柵載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)以及音頻采集裝置采集到的信號特征，依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)警閾值相比較，依據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行預(yù)警。
8、優(yōu)選的，所述預(yù)警模塊包括比較器模塊，所述比較模塊內(nèi)部設(shè)置有葉片正常運(yùn)行時的傳感器參數(shù)預(yù)警閾值，當(dāng)振動傳感器和光柵載荷傳感器采集到的傳感器數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值，則生成預(yù)警信號。
9、優(yōu)選的，所述振動傳感器和光柵載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)行降噪以后傳輸至預(yù)警模塊。
10、優(yōu)選的，還包括光柵溫度傳感器，所述光柵溫度傳感器用于補(bǔ)償光柵載荷傳感器的溫度變化，與光柵載荷傳感器共同布置。
11、優(yōu)選的，葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)在采集后進(jìn)行葉片氣動噪聲信號去噪處理。
12、優(yōu)選的，所述振動傳感器、光柵載荷傳感器、光柵溫度傳感器的輸出端均連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字輸入。
13、優(yōu)選的，所述音頻采集裝置通過傳聲器與麥克風(fēng)放大器采集風(fēng)機(jī)葉片聲信號，對風(fēng)機(jī)葉片聲信號進(jìn)行去噪處理；處理后的風(fēng)機(jī)葉片聲進(jìn)行時域分析，提取出能夠反映葉片運(yùn)行狀態(tài)的聲紋特征；依據(jù)聲紋特征判斷葉片故障類型，并對葉片故障類型進(jìn)行預(yù)警。
14、優(yōu)選的，風(fēng)電葉片的損傷類型包括疲勞裂紋、撞擊損傷、切割損傷、材料疲勞、腐蝕和侵蝕、過度撓曲。
15、一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警方法，包括，
16、振動傳感器監(jiān)測風(fēng)電葉片振動，光柵載荷傳感器監(jiān)測風(fēng)電葉片應(yīng)力信號；音頻采集裝置實(shí)時采集葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)，通過分析聲音頻譜提取出反映葉片損傷的信號特征；預(yù)警模塊接收振動傳感器和光柵載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)以及音頻采集裝置采集到的信號特征，依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)警閾值相比較，依據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行預(yù)警。
17、優(yōu)選的，光柵溫度傳感器用于補(bǔ)償光柵載荷傳感器的溫度變化。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益的技術(shù)效果：
19、本專利技術(shù)提供一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，通過設(shè)置振動傳感器、光柵載荷傳感器、光柵溫度傳感器來監(jiān)測風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)的參數(shù)，通過傳感器采集到的參數(shù)來判斷葉片是否存在損傷，振動傳感器安裝在風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)的葉根處，用于監(jiān)測葉片振動情況，驗(yàn)證葉片振動特性，計(jì)算葉片固有頻率。安裝于葉片根部的振動傳感器可以測量葉片的振動頻率來檢測葉片不平整，開裂和纖維斷裂。音頻采集裝置實(shí)時采集葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)，通過分析聲音頻譜提取出反映葉片損傷的信號特征，依據(jù)聲紋特征判斷葉片故障類型；光柵載荷傳感器安裝在風(fēng)電葉片上，光柵溫度傳感器安裝在風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)的葉根處，本專利技術(shù)中光柵載荷傳感器和光柵溫度傳感器均用于監(jiān)測葉片應(yīng)力信號，通過監(jiān)測葉片應(yīng)力的變化情況診斷葉片的結(jié)構(gòu)性故障。光柵載荷傳感器是利用葉根載荷傳感器監(jiān)測葉片整體的實(shí)時彎矩，同時利用葉片各個截面安裝的載荷傳感器監(jiān)測葉片各截面處的實(shí)時彎矩，并以各個截面的監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，沿葉長方向形成葉片彎矩的分布圖；通過同一臺風(fēng)機(jī)三只葉片同一截面處彎矩的對比，結(jié)合風(fēng)載監(jiān)測以及葉片長度方向的彎矩分布，判斷判斷葉片的一致性及運(yùn)行狀態(tài)。
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1.一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括振動傳感器、光柵載荷傳感器和音頻采集裝置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)警模塊包括比較器模塊，所述比較模塊內(nèi)部設(shè)置有葉片正常運(yùn)行時的傳感器參數(shù)預(yù)警閾值，當(dāng)振動傳感器和光柵載荷傳感器采集到的傳感器數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值，則生成預(yù)警信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器和光柵載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)行降噪以后傳輸至預(yù)警模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括光柵溫度傳感器，所述光柵溫度傳感器用于補(bǔ)償光柵載荷傳感器的溫度變化，與光柵載荷傳感器共同布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)在采集后進(jìn)行葉片氣動噪聲信號去噪處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器、光柵載荷傳感器、光柵溫度傳感器的輸出端均連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述音頻采集裝置通過傳聲器與麥克風(fēng)放大器采集風(fēng)機(jī)葉片聲信號，對風(fēng)機(jī)葉片聲信號進(jìn)行去噪處理；處理后的風(fēng)機(jī)葉片聲進(jìn)行時域分析，提取出能夠反映葉片運(yùn)行狀態(tài)的聲紋特征；依據(jù)聲紋特征判斷葉片故障類型，并對葉片故障類型進(jìn)行預(yù)警。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)電葉片的損傷類型包括疲勞裂紋、撞擊損傷、切割損傷、材料疲勞、腐蝕和侵蝕、過度撓曲。
9.一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警方法，其特征在于，包括，
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警方法，其特征在于，光柵溫度傳感器用于補(bǔ)償光柵載荷傳感器的溫度變化。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括振動傳感器、光柵載荷傳感器和音頻采集裝置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)警模塊包括比較器模塊，所述比較模塊內(nèi)部設(shè)置有葉片正常運(yùn)行時的傳感器參數(shù)預(yù)警閾值，當(dāng)振動傳感器和光柵載荷傳感器采集到的傳感器數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值，則生成預(yù)警信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器和光柵載荷傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)行降噪以后傳輸至預(yù)警模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，還包括光柵溫度傳感器，所述光柵溫度傳感器用于補(bǔ)償光柵載荷傳感器的溫度變化，與光柵載荷傳感器共同布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)故障損傷預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，葉片運(yùn)行過程中的音頻數(shù)據(jù)在采集后進(jìn)行葉片氣動噪聲信號去噪處理。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張鈞陽，龐然，黃寧波，嚴(yán)祺慧，顧健威，吳浩然，郭東旭，呂先昌，孫栩，陳怡靜，李錚，彭程，李春華，
申請(專利權(quán))人：中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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