[发明专利]风力发电机组振动状态监测方法

权利要求书

1.一种风力发电机组振动状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在风电塔筒的内壁沿竖直方向排布多组传感器组，每组所述传感器组至少包括四个沿同一圆周均匀排布的低频传感器，所有的所述低频传感器分别采集在自然状态下风力发电机组的低频振动信号；

(2)根据采集的低频振动信号进行风力发电机组自然激励工况模态的初始估计，识别风力发电机组在自然激励下的频率、振型及自然环境下的阻尼；将低频振动信号通过傅里叶变换得到传递函数，即为频率特性函数，取出传递函数的有限数据拟合得到工况模态参数，计算出风力发电机组自然激励下的各阶工况模态；

(3)当实测的某一阶模态频率与风力发电机组工作频率偏差在10％以内时，有发生共振、引起结构破坏的可能性，进行故障预警；

步骤(2)中，在得到频率特性函数后的计算过程中进行约束方程处理及模态振型归一；步骤(2)中，还包括根据模态振型参数的正交性来检验实测数据可靠性的步骤；

步骤(2)中拟合得到的工况模态参数包括各阶模态频率和各阶模态阻尼，其方法如下：

假定结构振动系统的n自由度受一个相同的白噪声激励，n个自由度上对输入白噪声的频响函数为：

{H₁(ω)，H₂(ω)，…，H_n(ω)} (0-01)

上述频响函数决定了该系统的振形矩阵的一列或一行，随机激励下第i和第j自由度的频响函数可分别表示为：

上述式(0-02)和式(0-03)中：

H_i(ω)为随机激励下第i个自由度的频响函数；

H_j(ω)为随机激励下第j个自由度的频响函数；

F为力谱；

为F的共轭；

X_i为第i个自由度的振动；

X_j为第j个自由度的振动；

为X_i与F的自功率谱；

G_ff为F的自功率谱；

为X_j与F的自功率谱；

识别自然环境激励下的振动模态：将参考自由度i的振动X_i替代F，定义第j个自由度对参数自由度i的转移函数为T_ji：

T_ji＝H_j/H_i (0-05)

上述转移函数即为工作变形分析频响函数，其幅值为：

Φ_j(j＝1,2,…n)组成振形向量；

T_ji相位是X_j的相位与X_i的相位之差，也即第j个自由度与第i个参考自由度的互谱G_ji实部的正负号，各阶模态频率是原点转移函数T_ii(ω)幅频曲线上的峰值点频率ω_k，在全部测点的振动功率谱集总平均曲线上选取；

各阶模态阻尼根据全部响应点信号的集总平均谱，采用半功率带宽法得到。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组振动状态监测方法，其特征在于：所述风电塔筒沿其竖直方向设置的传感器组为8组、10组或12组，每相邻的两所述传感器组之间均匀间隔设置，每组所述传感器组包括4个所述低频传感器。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组振动状态监测方法，其特征在于：所述低频传感器为941B型拾振传感器。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组振动状态监测方法，其特征在于：所述低频传感器与所述风电塔筒的内壁相垂直的设置，所述低频传感器采用焊接或金属胶粘结的方式固定在固定钢板上，所述固定钢板焊接在所述风电塔筒的内壁。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组振动状态监测方法，其特征在于：步骤(1)中，低频振动信号的采集频率为100000次/秒。