本發(fā)明涉及故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)，尤其適合應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障診斷。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電單位發(fā)電成本已經(jīng)基本接近火電發(fā)電成本，是目前所有可再生能源中最具商業(yè)價(jià)值，最具推廣條件的能源種類(lèi)。

風(fēng)力發(fā)電是國(guó)家能源領(lǐng)域中長(zhǎng)期規(guī)劃的重點(diǎn)方向，我國(guó)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)總裝機(jī)容量達(dá)到7400萬(wàn)千瓦，占總電網(wǎng)裝機(jī)容量的7％，“十二五”規(guī)劃風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到0.98億千瓦；“十三五”規(guī)劃風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到1.5～2億千瓦；到2050年，風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到電網(wǎng)總裝機(jī)容量的17～20％左右。因此風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域擁有廣闊且較明朗的前景，由其帶動(dòng)的相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)也必然擁有樂(lè)觀的市場(chǎng)前景。

我國(guó)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)完全走出了小規(guī)模技術(shù)論證階段，目前已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模推廣階段，由于我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)積累薄弱，相關(guān)配套組件尚不能完全滿(mǎn)足風(fēng)電整機(jī)高效安全運(yùn)行要求，特別是我國(guó)風(fēng)電整機(jī)企業(yè)絕大部分采用直接引進(jìn)國(guó)外成套整機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)模式,進(jìn)一步導(dǎo)致目前風(fēng)電整機(jī)可靠性無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行需求，重大事故頻率高發(fā)，風(fēng)機(jī)可利用率明顯低于國(guó)外機(jī)組。

風(fēng)力發(fā)電是典型的分布式發(fā)電系統(tǒng)，具有單機(jī)容量小，分布區(qū)域廣泛，服役環(huán)境惡劣等特點(diǎn)；如何高效可靠地對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行故障診斷，減少機(jī)組故障停機(jī)時(shí)間，對(duì)于提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維效率，提升風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行的故障診斷主要是依靠人工進(jìn)行的，通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到機(jī)組關(guān)鍵部件的故障特征頻率，依此進(jìn)行故障診斷；但這種故障診斷方式效率低下，不能有效支撐大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組故障診斷，也無(wú)法有效提升風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維效率，不能有效支撐風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維。

因此，需要提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機(jī)組部件在線(xiàn)故障診斷和自動(dòng)故障診斷，能夠大大提升風(fēng)電機(jī)組故障診斷效率，減少風(fēng)電機(jī)組的故障停機(jī)時(shí)間，提升風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維效率的基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)，以解決風(fēng)電機(jī)組故障診斷效率低下，不能有效支撐風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：傳感器、多個(gè)故障模型、故障分類(lèi)器和故障等級(jí)評(píng)估模塊；

傳感器，獲取待檢測(cè)設(shè)備各部件的振動(dòng)加速度信號(hào)；

故障模型，存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的部件類(lèi)型、部件故障特征頻率及對(duì)應(yīng)的包括部件類(lèi)型和部件故障特征頻率的部件故障編碼，當(dāng)振動(dòng)加速度信號(hào)中存在與部件故障特征頻率匹配的頻率成分時(shí)向故障分類(lèi)器發(fā)送部件故障編碼并向故障等級(jí)評(píng)估模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)；

故障分類(lèi)器，對(duì)部件故障編碼進(jìn)行分類(lèi)并查找對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型信息，輸出作為故障類(lèi)型診斷結(jié)果的故障類(lèi)型信息；

故障等級(jí)評(píng)估模塊，在收到啟動(dòng)信號(hào)后根據(jù)振動(dòng)加速度信號(hào)計(jì)算振動(dòng)烈度，評(píng)估故障等級(jí)得到故障等級(jí)診斷結(jié)果。

優(yōu)選地，所述故障模型進(jìn)一步包括：陷波頻點(diǎn)為部件故障特征頻率的陷波濾波器、信號(hào)減法器和觸發(fā)判斷器；

信號(hào)減法器對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)和經(jīng)過(guò)陷波濾波器的振動(dòng)加速度信號(hào)相減；

觸發(fā)判斷器，將相減后得到的信號(hào)的強(qiáng)度與設(shè)定的觸發(fā)閾值進(jìn)行比較，若相減后得到的信號(hào)的強(qiáng)度大于設(shè)定的觸發(fā)閾值則向故障分類(lèi)器發(fā)送部件故障編碼并向故障等級(jí)評(píng)估模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)。

優(yōu)選地，所述部件故障編碼為16位二進(jìn)制編碼，前4位二進(jìn)制編碼表示部件類(lèi)型，后12位二進(jìn)制編碼表示部件故障特征頻率。

優(yōu)選地，所述故障類(lèi)型信息為8位二進(jìn)制編碼，前4位二進(jìn)制編碼表示部件類(lèi)型，后4位二進(jìn)制編碼表示故障類(lèi)型。

優(yōu)選地，所述故障分類(lèi)器采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器。

優(yōu)選地，所述故障等級(jí)評(píng)估模塊進(jìn)一步包括：

帶通濾波器，對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波；

第一修正模塊，消除濾波后的振動(dòng)加速度信號(hào)中的趨勢(shì)項(xiàng)；

積分器，對(duì)消除趨勢(shì)項(xiàng)的振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行積分，得到振動(dòng)速度信號(hào)；

第二修正模塊，消除振動(dòng)速度信號(hào)中的趨勢(shì)項(xiàng)；

振動(dòng)烈度計(jì)算器，根據(jù)消除趨勢(shì)項(xiàng)的振動(dòng)速度信號(hào)計(jì)算振動(dòng)烈度；

故障等級(jí)評(píng)估器，將振動(dòng)烈度與設(shè)定的等級(jí)閾值進(jìn)行比較，評(píng)估故障等級(jí)得到故障等級(jí)診斷結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機(jī)組部件在線(xiàn)故障診斷和自動(dòng)故障診斷，同時(shí)，能夠?qū)收系燃?jí)進(jìn)行評(píng)估，可提高風(fēng)電機(jī)組的故障診斷效率。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；

圖1示出基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)的示意圖。

圖2示出故障模型的示意圖。

圖3示出故障特征信息的示意圖。

圖4示出故障診斷信息的示意圖。

圖5示出故障等級(jí)評(píng)估模塊的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的一種基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)，包括：傳感器、多個(gè)故障模型、故障分類(lèi)器和故障等級(jí)評(píng)估模塊；其中每個(gè)故障模型對(duì)應(yīng)一組部件類(lèi)型和故障類(lèi)型；

傳感器，獲取待檢測(cè)設(shè)備各部件的振動(dòng)加速度信號(hào)；

故障模型，存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的部件類(lèi)型、部件故障特征頻率及對(duì)應(yīng)的包括部件類(lèi)型和部件故障特征頻率的部件故障編碼，當(dāng)振動(dòng)加速度信號(hào)中存在與部件故障特征頻率匹配的頻率成分時(shí)向故障分類(lèi)器發(fā)送部件故障編碼并向故障等級(jí)評(píng)估模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)；

故障分類(lèi)器，對(duì)部件故障編碼進(jìn)行分類(lèi)并查找對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型信息，輸出作為故障類(lèi)型診斷結(jié)果的故障類(lèi)型信息；

故障等級(jí)評(píng)估模塊，在收到啟動(dòng)信號(hào)后根據(jù)振動(dòng)加速度信號(hào)計(jì)算振動(dòng)烈度，評(píng)估故障等級(jí)得到故障等級(jí)診斷結(jié)果。

本方案中，如圖2所示，故障模型進(jìn)一步包括：

陷波頻點(diǎn)為部件故障特征頻率的陷波濾波器、信號(hào)減法器和觸發(fā)判斷器；其中，不同的故障模型中的匹配模塊中的陷波濾波器的陷波頻點(diǎn)根據(jù)不同部件不同的故障特征頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)；

信號(hào)減法器對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)和經(jīng)過(guò)陷波濾波器的振動(dòng)加速度信號(hào)相減；此時(shí)，如果振動(dòng)加速度信號(hào)中存在接近陷波頻點(diǎn)的頻率成分則相減后會(huì)存在信號(hào)，而如果振動(dòng)加速度信號(hào)中不存在接近陷波頻點(diǎn)的頻率成分則相減后不存在信號(hào)或信號(hào)的幅值很小，可以由此來(lái)判斷振動(dòng)加速度信號(hào)中是否包含著故障特征；

觸發(fā)判斷器，將相減后得到的信號(hào)的強(qiáng)度與設(shè)定的觸發(fā)閾值進(jìn)行比較，若相減后得到的信號(hào)的強(qiáng)度大于設(shè)定的觸發(fā)閾值則向故障分類(lèi)器發(fā)送部件故障編碼并向故障等級(jí)評(píng)估模塊發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，此時(shí)表示振動(dòng)加速度信號(hào)中存在接近陷波頻點(diǎn)的頻率成分，即，振動(dòng)加速度信號(hào)中存在與部件故障特征頻率匹配的頻率成分。其中的觸發(fā)閾值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置。

由此，本發(fā)明公開(kāi)的基于故障模型觸發(fā)的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng)基于陷波濾波器、信號(hào)減法器和觸發(fā)判斷器的組合設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)的、實(shí)時(shí)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

本方案中，如圖3所示，部件故障編碼為16位二進(jìn)制編碼，前4位二進(jìn)制編碼表示部件類(lèi)型，后12位二進(jìn)制編碼表示部件故障特征頻率，由16位二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部件不同故障特征頻率的編碼。

本方案中，如圖4所示，故障類(lèi)型信息為8位二進(jìn)制編碼，前4位二進(jìn)制編碼表示部件類(lèi)型，后4位二進(jìn)制編碼表示故障類(lèi)型，由8位二進(jìn)制編碼實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部件不同故障的編碼。

本方案中，故障分類(lèi)器可采用專(zhuān)家系統(tǒng)、自動(dòng)推理機(jī)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器，但優(yōu)選采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器。

本方案中，如圖5所示，故障等級(jí)評(píng)估模塊進(jìn)一步包括：

帶通濾波器，對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波；

第一修正模塊，消除濾波后的振動(dòng)加速度信號(hào)中的趨勢(shì)項(xiàng)；

積分器，對(duì)消除趨勢(shì)項(xiàng)的振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行積分，得到振動(dòng)速度信號(hào)；

第二修正模塊，消除振動(dòng)速度信號(hào)中的趨勢(shì)項(xiàng)；

振動(dòng)烈度計(jì)算器，根據(jù)消除趨勢(shì)項(xiàng)的的振動(dòng)速度信號(hào)計(jì)算振動(dòng)烈度；

故障等級(jí)評(píng)估器，將振動(dòng)烈度與設(shè)定的等級(jí)閾值進(jìn)行比較，評(píng)估故障等級(jí)得到故障等級(jí)診斷結(jié)果。

其中，等級(jí)閾值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置。帶通濾波器根據(jù)VDI3834標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；趨勢(shì)項(xiàng)通過(guò)多項(xiàng)式擬合的方式進(jìn)行消除，對(duì)振動(dòng)加速度信號(hào)消除趨勢(shì)項(xiàng)后進(jìn)行積分計(jì)算得到振動(dòng)速度信號(hào)，對(duì)振動(dòng)速度信號(hào)進(jìn)行有效值計(jì)算得到振動(dòng)烈度值，將振動(dòng)烈度值與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，評(píng)估故障程度。

本方案中采用的檢測(cè)信號(hào)為振動(dòng)加速度信號(hào)，但，也可采用振動(dòng)速度信號(hào)、振動(dòng)位移信號(hào)、振動(dòng)噪聲信號(hào)和聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)傳感器及故障等級(jí)評(píng)估模塊等作出適應(yīng)性設(shè)計(jì)即可。

本方案能夠快速、有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備部件的在線(xiàn)故障診斷和自動(dòng)故障診斷，大幅提設(shè)備運(yùn)維效率，不僅適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，也可以應(yīng)用于任何其他設(shè)備的故障診斷。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。