[发明专利]风力发电机组的载荷谱测定与前瞻性维护系统

权利要求书

1.一种风力发电机组的载荷谱测定与前瞻性维护系统，包括数据采集与监视控制系统，其特征在于：所述数据采集与监视控制系统的主机与风电机组主控系统连接通信从而获取风电机组的运行、报警数据，该主机还分别与风电机组载荷谱测定单元连接通信从而测定风电机组的运行载荷谱，还与风电机组传动链采集单元连接通信从而采集风电机组传动链的振动、噪声和位移，并且还与风电场风资源分布数据单元连接。

2.如权利要求1所述的风力发电机组的载荷谱测定与前瞻性维护系统，其特征在于：其中风电机组载荷谱测定单元包括分别安装在风电机组3个叶片内和3个变桨法兰处的光纤载荷传感器，以及在主轴上沿径向间隔120度安装的总共3个应变片，从而用于测量3个叶片施加于主轴的转矩是否平衡，并且上述所有传感器和应变片均通过DSP与数据采集与监视控制系统的主机连接。

3.如权利要求1所述的风力发电机组的载荷谱测定与前瞻性维护系统，其特征在于：其中风电机组传动链采集单元包括分别安装在风电机组的叶片根部、齿轮箱、主轴和机舱架处的加速度传感器，以及分别安装在轮毂和齿轮箱处的噪声传感器，还包括在主轴轴向安装的位移传感器，并且上述所有传感器均通过DSP与数据采集与监视控制系统的主机连接。

4.如权利要求1所述的风力发电机组的载荷谱测定与前瞻性维护系统，其特征在于：其中风电场风资源分布数据单元采用安装有风电场风资源分布数据库的计算机。

5.一种风力发电机组的前瞻性维护方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先，通过数据采集与监视控制系统的主机分别记录风电机组正常运行时和故障时的状态数据，并且将由风电机组载荷谱测定单元测定的风电机组的运行载荷谱信息，以及由风电机组传动链采集单元采集的风电机组传动链的振动、噪声和位移信息，与前述风电机组正常运行时和故障时的状态数据建立一一对应关系，标记出发生故障前的异常数据特征，根据该对应关系确定风电机组正常运行时状态的阈值范围，建立风机实际运行数据库；

(2)当数据采集与监视控制系统的主机通过风电机组载荷谱测定单元或风电机组传动链采集单元检测到风电机组的状态数据不在正常运行时状态的阈值范围内后，首先与风电机组主控系统连接通信获取当前风电机组的运行、报警数据，然后根据步骤(1)中建立的风电机组正常运行时和故障时的状态数据的一一对应关系，结合故障前的异常数据特征，通过分析异常信号，找出风电机组潜在的故障可能，从而在风电机组运行数据异常的初期就做出诊断并且给出预先的故障告警，提前判断出机组可能发生的故障及其原因。

6.如权利要求5所述的风力发电机组的前瞻性维护方法，其特征在于：步骤(2)中分析异常信号时需要查询风电场风资源分布数据单元中的信息，在给出预先的故障告警中告知合理的检修维护时机，从而尽量避开风况好的时期。

7.如权利要求5所述的风力发电机组的前瞻性维护方法，其特征在于：步骤(1)中风电机组正常运行时和故障时的状态数据包括叶片变桨角度、叶片变桨速率、主轴转速、发电机转速、风速、发电机输出功率、主轴轴承温度、高速轴轴承温度、变桨轴承温度、发电机温度、齿轮箱温度、变流器温度和变桨液压缸压力、蓄能器压力、偏航制动压力。

8.如权利要求5所述的风力发电机组的前瞻性维护方法，其特征在于：步骤(1)中建立风机实际运行数据库具体是：

首先，依据风电场风资源数据和风机技术规范，用GH bladed风电机组仿真软件计算机组各工况的载荷；选取代表性测定时间测定风机风场实际叶片载荷和主轴载荷，对仿真和实测载荷数据经滤波、离散处理后，完成获取风电机组载荷谱时间序列；

通过风电机组传动链采集单元获取机组传动链振动、噪声和位移信号，同时依据叶片载荷和主轴载荷数据，并耦合风电机组自身的数据采集与监视控制系统的数据；

然后，将以上数据经过提取分析、归类，具体包括载荷、振动、位移、噪声信号的时域、频域分析，然后根据风电机组常见的失效形式经验，处理确定某种失效形式所对应的异常信息，将数据中对应异常参数及相应失效形式实现一一对应，从而提前预测快速定位；

最后，获取风机设计载荷及依据，完善风场前瞻性维护体系，建立失效形式与数据表征一一对应数据库及可视化界面。