[发明专利]一种风力发电机组的塔筒健康监测方法

说明书

本发明提出了一种风力发电机组的塔筒健康监测方法，通过塔筒动态测量装置采集塔筒状态信息，引入残余奇异值分解方法消除数据中的共有成分，以增强塔筒早期故障引起的数据异常，并采用基尼指数进行优化，从而构建自适应的异常值检测工具；最后通过构件迭代马氏距离IMD模型，能够充分体现每个样本与健康状态之间的统计偏差，不需要关于数据分布参数的先验信息，就可以自适应的对数据进行处理，为保障风电机组安全可靠运行提供了基础。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组的塔筒健康监测方法。

背景技术

近年来，在国家大力发展风电政策驱动下，国内整个风电产业高速发展。目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场，截至2018年，我国风电累计装机容量约210,000千瓦，同比增长11.2％，累计装机量位居全球第一。

然而由于我国风电关键技术的研究起步晚，整机设计制造技术高度依赖国外，快速发展也带来了很多问题，风电运维压力逐步增加，风电机组着火、飞车等事故时有发生，尤其是风电机组塔筒，作为整个风电机组的支撑系统，对保障风电机组的安全可靠运行起着举足轻重的作用，但由于制造、安装质量不合格，设备巡检、运行维护检查不到位，导致倒塔事故频频发生，造成了巨大的经济损失，由此风电塔筒的工作健康监测变得极为重要。风电塔筒的常见异常工况如下：

a)风电机组塔筒弯曲及倾斜

目前风电行业市场竞争严峻，塔筒、连接螺栓等关键设备的设备质量也良莠不齐，随着运行时间的增加，塔筒出现弯曲或倾斜，在风能及自重的作用下会引发倒塔事故。

b)塔筒法兰疲劳失效

风电机组的塔式结构使塔筒承担机舱及叶片的自重及风的水平荷载，由于风速的时变特性，导致风电机组运行在交变载荷工作下，随着运行时间的增加，塔筒法兰的连接螺栓承受的交变应力作用易引发其疲劳失效。如果定检过程中没有及时发现，将引发较为严重的后果。

c)塔基不均匀沉降或基础松动

由于塔基所在位置地质原因或施工原因，如地基下沉、地面基础倾斜等，导致塔基的不均匀沉降或基础松动，进而引发倒塔事故。

因此，塔筒安全成为风电运营和发展重点关注的问题之一。目前国内外风电机组厂家并没有对风电机组塔筒进行实时监测，仅仅是利用风电机组机舱内的振动传感器实时监测机舱晃度，该方法无法实时监测塔筒的不均匀沉降及塔筒法兰螺栓的预紧力计算及寿命预测，提前预警性较差。此外，一些科技研发单位瞄准塔筒开发监测系统，仅仅是分析塔筒的形变，没有对塔筒的形变原因进行深入分析，同时考虑的因素较少，导致监测结果不准确、不全面。因此，实现实时监测风机塔筒健康状况显得尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种风力发电机组的塔筒健康监测方法。

本发明的主要内容包括：

一种风力发电机组的塔筒健康监测方法，包括如下步骤：

步骤一：布设塔筒动态测量系统，采集塔筒状态信息，其中，所述塔筒状态信息包括：塔筒顶部晃动信号a＝{a_x,a_y}、塔筒底部沉降信号b＝{b_x,b_y}以及塔筒倾斜状态信号c＝{c_x,c_y}；

步骤二：早期故障识别：对步骤一采集到的塔筒状态信息进行处理，以增强塔筒早期故障引起的数据异常；

步骤三：构建健康评估指标IMD，通过IMD自适应的获取数据分布参数，用于测量各个数据样本与分布中心之间的统计偏差，以实现早期故障预警。