风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法和装置

技术领域

本发明属于风电机组在线监测技术领域，具体涉及一种风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法和装置。

背景技术

目前风力发电机组大部分都安装有在线数据监测系统(CMS系统)，CMS系统中主要以振动信号数据为主，由于在长期使用过程中，会出现振动传感器探头的安装面、信号线缆的固定等产生松动；连接线缆与采集设备或传感器的接口会出现接触不良；周围电磁环境发生变化或系统电磁屏蔽功能失效等问题。这些问题都将导致振动信号发生畸变，使得测试结果异常。导致监测不到机组振动问题、或无振动问题而发生误报警。这些都对机组的运行维护工作带来隐患和不必要的资源浪费。

发明内容

本发明提供了一种风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法和装置，提供数据预清洗方法，通过此方法，可识别在线监测系统中振动数据的异常问题，及时提醒运维人员系统存在的失效或误报问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法，包括：

根据振动信号的有效值判断振动信号是否异常；

根据振动信号的特征频率的幅值判断振动信号是否异常；

根据振动信号有效值变化率和幅值变化率判断振动信号是否异常。

进一步的，根据振动信号的有效值进行辨识测试系统是否失效，包括以下步骤：

停机状态下不对信号进行判断；

机组运行时，计算振动信号的有效值，判断振动信号的有效值是否大于能量阈值：

若振动信号的有效值大于能量阈值，判断结果为信号正常；否则，判断结果为信号异常。

进一步的，能量阈值取值为0.03g，g为重力加速度。

进一步的，根据振动信号的特征频率的幅值判断测试系统存在电磁干扰，包括以下步骤：

计算振动信号的频谱，提取振动信号的工频及其倍频的幅值fi(i＝1,2,3,4...)，设定阈值b，如果幅值fi中的最大值大于阈值b，且大于信号频域数据的最大值的0.1倍，则认为信号存在工频信号，否则认为信号正常；

由于实际信号中可能存在工频频率的实际振动激励，为防止误判，同时对比多个相邻振动测点的工频干扰情况，若均存在工频信号，则判断为实际振动响应，不进行预警，若存在一个或以上振动信号无工频信号，则判断有工频信号的测点存在工频干扰。

进一步的，阈值b为0.02g，g为重力加速度。

进一步的，根据振动信号有效值和幅值变化率判断振动信号中是否存在干扰信号，包括以下步骤：

将规定时间范围的振动信号进行分段，计算每一段振动信号的有效值，然后比较各段振动信号有效值变化率；同时对振动信号进行差分计算，获取连续采样点幅值的变化率；

判断振动信号幅值的变化率和阈值c的大小关系，以及振动信号有效值变化率和阈值d的大小关系：

若振动信号幅值的变化率大于阈值c，且振动信号有效值变化率不在设定的阈值区间内，则振动信号存在异常；否则，振动信号正常。

进一步的，阈值c为3.5；阈值区间为[0.5，1.5]。

一种风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识装置，包括：

第一辨识模块，用于根据机组运行状态和振动信号有效值判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块；

第二辨识模块，用于根据工频及其倍频的幅值判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块；

第三辨识模块，用于根据每一段振动信号的有效值变化率和幅值变化率判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块。

辨识结果输出模块用于输出辨识结果。

一种电子设备，包括电连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法的步骤。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明基于振动信号的有效值、有效值变化率、特征频率的幅值、幅值变化率判断振动信号，从多个方面分别判断振动信号是否异常，以及测试系统是否失效、测试系统是否存在电磁干扰和测试系统安装是否牢固，对风电机组的振动信号进行异常辨识，能够跟随在线系统，实时判断振动信号质量；能够甄别信号异常原因，提示排查方向，可帮助运维人员快速排查解决问题。还能够预警采集系统问题，避免系统误报或漏报，提高运维工作的可靠性，减小运维工作量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的辨识方法流程图；

图2为风电机组测试系统示意图；

图3为本发明实施例提供的辨识装置示意图；

图4为本发明实施例提供的一个电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据振动数据特征，罗列振动信号异常的三种可能情况：

情况一：测试系统失效，此时振动信号不对机组振动产生任何响应，振动值处于异常低位；

情况二：测试系统存在电磁干扰，此时振动信号中工频及其倍频频率信号幅值明显；

情况三：振动传感器探头松动、线缆固定不牢、接口接触不良等，此时振动信号存在偶发性或频发性的突变；对于频发性信号突变，振动值大于实际机组振动，对于偶发性信号突变，振动值与机组实际振动值基本一致，但进行加速度到速度的积分运算(或速度到加速度的差分运算)时，会产生大的畸变，导致运算后的速度值(或加速度值)失真严重。

参照图1，一种风电机组在线监测系统振动信号完好性的辨识方法，从以下三方面进行信号辨识：

1)根据振动信号的有效值辨识测试系统是否失效。

考虑到振动能量同机组的运行状态有关，需要关联机组运行状态。如：停机状态下不对信号进行判断；机组运行时，设定能量阈值a，测试振动信号的有效值大于能量阈值a时，判断结果为信号正常；测试振动信号的有效值小于等于能量阈值a时，判断结果为信号异常并进行预警，提示运维人员进行监测系统的检查。

其中，能量阈值a取值为0.03g，g为重力加速度。根据现场实际测量的大量数据表明，机组运行时，其振动能量是大于0.03g的，一旦振动能量小于0.03g，说明信号采集系统出现异常。

2)判断测试系统存在电磁干扰

计算振动信号的频谱，提取振动信号的工频及其倍频的幅值fi(i＝1,2,3,4...)。设定阈值b，如果幅值fi中的最大值大于阈值b，且大于信号频域数据的最大值的0.1倍，则认为信号存在工频信号，否则认为信号正常。

解释：包括工频，i＝1时为工频，i＝2、3，为工频的2倍频和3倍频。频域数据最大值就是在频域获取振动最大的值，因为其实工频干扰是一直存在的，当工频干扰达到一定程度时，才认为信号有问题。所以需要设定一个值，用于判断是否工频干扰影响了信号的使用，这个值设定为最大值的0.1倍。

由于实际信号中可能存在工频频率的实际振动激励，为防止误判，同时对比多个相邻振动测点的工频干扰情况，若均存在工频信号，则判断为实际振动响应，不进行预警，若存在一个或以上振动信号无工频信号，则判断有工频信号的测点存在工频干扰。其中，相邻振动测点定义为在同一个部件上的振动测点，部件指发电机、齿轮箱、主轴等。

其中，阈值b为0.02g。

3)判断传感器探头松动、线缆固定不牢、接口接触不良等

振动信号发生突变后，振动信号基线会抬高或降低，可将采集的规定时间范围的振动信号进行分段，分段可按数据长度或时间进行，例如按时间进行分段，可采用1秒数据作为一段，计算每一段的振动信号的有效值，然后通过比较各段振动信号有效值差异，判断是否出现振动信号基线抬高或降低的情况；同时对整个振动信号进行差分计算，获取连续采样点幅值的变化率。

通过振动信号有效值变化率和幅值变化率，即通过判断信号是否有基线变化及瞬时的畸变，综合判断信号是否存在异常。

其中振动信号幅值变化率计算方式为：

ti＝abs(T

式中T

有效值变化率计算方式为：

例如CMS系统采集的数据为时长为10秒的数据，则按1秒一段将10秒的数据分为10段数据，分别计算10段数据的有效值S

h

h

具体的：判断振动信号幅值的变化率和阈值c的大小关系，以及振动信号有效值和阈值d的大小关系：

若振动信号幅值的变化率大于阈值c，且存在振动信号有效值变化率h

即设定阈值区间为下限为0.5，上限为1.5。

需要说明的是，本发明实施例的振动信号完好性的辨识方法可以由本发明实施例提供的振动信号完好性的辨识系统执行。该振动信号完好性的辨识系统可以为电子设备，也可以被配置在电子设备中，以实现振动信号完好性的辨识功能。

其中，电子设备，可以是任意能够进行数据处理的静止或者移动计算设备，例如笔记本电脑、智能手机、可穿戴设备等移动计算设备，或者台式计算机等静止的计算设备，或者服务器，或者其它类型的计算设备等，本实施例中对此不作限制。

参照图2所示，本发明提供一种振动信号完好性的辨识系统，包括数据采集设备3，数据采集设备3与若干振动传感器1通过信号线缆连接，数据采集设备3中集成有振动信号完好性的辨识装置。

振动传感器1用于采集风电机组振动信号；

数据采集设备3，用于接收风电机组振动信号，并分析风电机组振动信号是否有异常。

参照图3，辨识装置包括第一辨识模块、第二辨识模块、第三辨识模块和辨识结果输出模块。

第一辨识模块，用于根据机组运行状态和振动信号有效值判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块；

第二辨识模块，用于根据工频及其倍频的幅值判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块；

第三辨识模块，用于根据每一段振动信号振动能量差异和振动信号连续采样点的幅值变化率判断振动信号是否异常，并将判断结果发送至辨识结果输出模块；

辨识结果输出模块，用于输出辨识结果。

参照图4所示，本发明提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器、存储器和总线，存储器用于存储计算机执行指令，处理器与存储器通过总线连接；当电子设备运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使处理器通过读取存储器中存储的计算机执行指令来运行与计算机执行指令对应的程序，用于执行本发明上述任一实施例提出的振动信号完好性的辨识方法。总线可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其中，计算机指令用于使计算机执行本发明上述任一实施例提出的振动信号完好性的辨识方法。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现本发明上述任一实施例提出的振动信号完好性的辨识方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。