一种风电机组的监测变量的频域分析方法、装置及设备与流程
本发明涉及风电领域，特别是涉及一种风电机组的监测变量的频域分析方法，本发明还涉及一种风电机组的监测变量的频域分析装置及设备。
背景技术：
风力发电已经成为一种成熟的发电方式，对于风电机组的故障分析通过采用对风电机组的监测变量信号(例如振动加速度信号以及转速信号)的时域分析进行，目前逐渐开始结合对风电机组的监测变量的频域分析来对风电机组进行故障诊断，这就要求能够识别出监测变量信号的基频，现有技术中识别基频时均采用fft(fastfouriertransform，快速傅里叶变换)，但是此种方法为包含复数和指数的高等数学运算，对于风电机组中控制器的计算能力要求较高，因此增加了成本。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种风电机组的监测变量的频域分析方法，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此降低了成本；本发明的另一目的是提供一种风电机组的监测变量的频域分析装置及设备，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此降低了成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组的监测变量的频域分析方法，包括：
获取待识别基频的监测变量信号并生成多个不同预设频率的正弦波信号；
根据所述监测变量信号以及各个所述预设频率下均赋值了多个不同预设相位的所述正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出所述监测变量信号中各个所述预设频率的正弦波分量的真实相位；
将各个所述预设频率下的所述正弦波信号的相位赋值为与所述预设频率相对应的所述真实相位；
将所述监测变量信号与经过相位赋值的所述正弦波信号之间的差值波形信号的标准差中，最小的所述标准差对应的所述正弦波信号的预设频率作为所述监测变量信号的基频；
根据所述基频对所述监测变量信号进行频域分析，以便对所述风电机组进行故障诊断。
优选地，所述获取待识别基频的监测变量信号具体为：
获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号。
优选地，所述获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号之后，所述生成多个不同预设频率的正弦波信号之前，该风电机组的监测变量的频域分析方法还包括：
将监测变量测量值的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
优选地，所述等间隔监测变量测量值集合具体为：
其中，ω＝2πfb，ω为所述监测变量信号基频的角频率，fb为所述监测变量信号的基频频率，a为所述基频的幅值，β为基频信号的相位，ai为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的幅值，ωi为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的频率，βi为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的相位。
优选地，所述将监测变量测量值的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合具体为：
采用线性插值的方法将监测变量测量值的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
优选地，所述根据所述监测变量信号以及各个所述预设频率下均赋值了多个不同预设相位的所述正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出所述监测变量信号中各个所述预设频率的正弦波分量的真实相位具体为：
对于任意的所述预设频率的正弦波信号，将所述监测变量信号分别减去所述预设频率下多个具有不同预设相位的所述正弦波信号，得到多个差值波形信号；
计算出每个所述差值波形信号的标准差；
将标准差最小的所述差值波形信号对应的所述正弦波信号的相位作为所述监测变量信号中所述预设频率的正弦波分量的真实相位。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种风电机组的监测变量的频域分析装置，包括：
数据准备模块，用于获取待识别基频的监测变量信号并生成多个不同预设频率的正弦波信号；
确定模块，用于根据所述监测变量信号以及各个所述预设频率下均赋值了多个不同预设相位的所述正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出所述监测变量信号中各个所述预设频率的正弦波分量的真实相位；
赋值模块，用于将各个所述预设频率下的所述正弦波信号的相位赋值为与所述预设频率相对应的所述真实相位；
计算模块，用于将所述监测变量信号与经过相位赋值的所述正弦波信号之间的差值波形信号的标准差中，最小的所述标准差对应的所述正弦波信号的预设频率作为所述监测变量信号的基频；
分析模块，用于根据所述基频对所述监测变量信号进行频域分析，以便对所述风电机组进行故障诊断。
优选地，所述获取待识别基频的监测变量信号具体为：
获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号。
优选地，该风电机组的监测变量的频域分析装置还包括：
整合模块，用于将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种风电机组的监测变量的频域分析设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上任一项所述风电机组的监测变量的频域分析方法的步骤。
本发明提供了一种风电机组的监测变量的频域分析方法，首先，在确定了各个预设频率下的正弦波信号的真实相位后，由于基频对应的正弦波分量对监测变量信号的影响最大，因此可以将与监测变量信号的差值波形信号的标准差最小的正弦波信号的预设频率作为监测变量信号的基频，重要的是，相对于fft来说，本申请中所采用的差值运算以及标准差运算均为基础的代数运算，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此可有效降低使用门槛，节省成本。
本发明还提供了一种风电机组的监测变量的频域分析装置及设备，具有如上风电机组的监测变量的频域分析方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析装置的结构示意图；
图3为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种风电机组的监测变量的频域分析方法，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此降低了成本；本发明的另一核心是提供一种风电机组的监测变量的频域分析装置及设备，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此降低了成本。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析方法的流程示意图，包括：
步骤s1：获取待识别基频的监测变量信号并生成多个不同预设频率的正弦波信号；
具体的，为了对监测变量信号进行频域分析，必须要先获取待识别基频的监测变量信号作为数据基础，同时本步骤还可以生成多个不同预设频率的正弦波信号作为后续步骤处理过程的数据基础，之所以生成多个不同预设频率的正弦波信号，是因为监测变量信号实际上正是由多个不同频率的正弦波分量组成的。
其中，监测变量信号可以为风电机组的多种类型的信号，例如可以为振动加速度信号或者转速信号等，本发明实施例在此不做限定。
其中，多个不同的预设频率可以进行自主设定，例如当监测变量信号为振动加速度信号时，根据振动加速度信号的特性，风电机组机舱振动加速度的有效频率一般在5hz以下，因此可以设置为0-5hz之间的多个预设频率等，如[0.1,0.2,0.2...5]等，本发明实施例在此不做限定。
步骤s2：根据监测变量信号以及各个预设频率下均赋值了多个不同预设相位的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出监测变量信号中各个预设频率的正弦波分量的真实相位；
具体的，本发明实施例中的预设频率可以视为预估的监测变量信号中实际的正弦波分量的频率，为了便于后续步骤中从多个预设频率中找出基频，本发明实施例中首先必须确定出多个不同预设频率的正弦波信号的相位，而多个不同预设频率的正弦波信号的相位其实指的就是实际的频率为预设频率的正弦波分量所对应的相位。
其中，本发明实施例中为每个预设频率下的正弦波信号均赋值了多个不同的预设相位，例如对于1hz频率的正弦波信号，分别赋值了8个不同的预设相位，其中，预设相位的数目以及具体的大小可以进行自主设定，可以将多个预设频率下的正弦波信号的多个不同预设相位统一设置，也可以区分设置，例如均可以设置为
具体的，对于每一组预设相位不同但是预设频率相同的正弦波信号，本发明实施例中可以将逐一地将监测变量信号与每个正弦波信号做差得到差值波形信号，从而根据差值波形信号的标准差确定出监测变量信号中各个预设频率的正弦波分量的真实相位，做差的计算方法较为简单，处理速度较快且对硬件要求较低。
其中，正弦波信号的具体表达式可以为下式：
其中，gain为预设幅值(例如可以为0.001)，f为预设频率，
步骤s3：将各个预设频率下的正弦波信号的相位赋值为与预设频率相对应的真实相位；
具体的，既然在上一步骤中确定除了各个预设频率下的正弦波信号应该具有的真实相位，那么在本步骤中便可以将各个真实相位赋值到对应的预设频率的正弦波信号上去，使得各个正弦波信号更加接近于实际的正弦波分量，并在后续步骤的处理过程中精确地找到监测变量信号的基频。
步骤s4：将监测变量信号与经过相位赋值的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差中，最小的标准差对应的正弦波信号的预设频率作为监测变量信号的基频；
具体的，由于基频对应的正弦波分量在监测变量信号中所占的比重较大，其对监测变量信号的影响也就最大，因此对于监测变量信号来说，非基频对应的正弦波信号与监测变量信号的差值波形信号的标准差(也就是离散程度)较大，而基频对应的正弦波信号与监测变量信号的差值波形信号的标准差较小，因此本发明实施例中可以将与监测变量信号的差值波形信号的标准差最小的正弦波信号的预设频率作为监测变量信号的基频，如此一来便可以获得准确的基频，且本发明实施例中所采用的标准差的计算方式比较简单快速，对于硬件的要求较低，可以降低成本。
步骤s5：根据基频对监测变量信号进行频域分析，以便对风电机组进行故障诊断。
具体的，可以根据获取到的基频对监测变量信号进行频域分析，如此一来便可以实现采用频域分析的方法对风电机组的监测变量信号进行分析，能够更加精准的确定出风电机组的故障，提升了风电机组的安全性，且由于本发明实施例中获取基频所用到的计算方法均为基本代数运算，降低了风电机组实现频域分析的成本。
本发明提供了一种风电机组的监测变量的频域分析方法，首先，在确定了各个预设频率下的正弦波信号的真实相位后，由于基频对应的正弦波分量对监测变量信号的影响最大，因此可以将与监测变量信号的差值波形信号的标准差最小的正弦波信号的预设频率作为监测变量信号的基频，重要的是，相对于fft来说，本申请中所采用的差值运算以及标准差运算均为基础的代数运算，对于风电机组中控制器的计算能力要求较低，因此可有效降低使用门槛，节省成本。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，获取待识别基频的监测变量信号具体为：
获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号。
具体的，这里的“过去”可以指的是刚刚过去的，与当前时刻紧邻的过去，相当于获取刚刚发生的监测变量测量值，能够及时地对监测变量信号进行处理以便得到监测变量信号的基频并对监测变量信号进行频域分析，以便及时地发现风电机组存在的故障并及时应对。
其中，第一预设时长可以进行自主设定，但是其应该至少能够至少包含两个监测变量测量值的采样周期，以便能够获取到至少两个监测变量测量值并构成监测变量信号，例如可以设置为30s或者60s等，本发明实施例在此不做限定。
当然，除了本发明实施例中的具体形式外，获取待识别基频的监测变量信号还可以为其他类型的具体方式，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号之后，生成多个不同预设频率的正弦波信号之前，该风电机组的监测变量的频域分析方法还包括：
将监测变量测量值的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
具体的，考虑到虽然控制器可以周期性地将获取到的监测变量测量值存储起来，理想状态下能够形成固定的时间间隔，但是由于硬件特性随着时间等因素的变化，或者处理任务过多导致存储速度变慢的原因，很有可能出现存储的两个相邻的监测变量测量值之间的时间间隔与预先设定的存储周期有一定误差的情况，此种情况下不利于后续步骤中利用监测变量信号进行精准的计算，因此本发明实施例中可以将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
其中，第二预设时长可以进行自主设定，例如可以设置为1ms等，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例，等间隔监测变量测量值集合具体为：
其中，ω＝2πfb，ω为监测变量信号基频的角频率，fb为监测变量信号的基频频率，a为基频的幅值，β为基频信号的相位，ai为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的幅值，ωi为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的频率，βi为除基频外的其他频率对应的正弦波分量的相位。
具体的，本发明实施例中的具体形式可以准确简洁地表达等间隔监测变量测量值集合的监测变量信号。
当然，除了本发明实施例中的具体形式外，等间隔监测变量测量值集合还可以为其他多种形式，本发明实施例在此不做限定。
具体的，标准差的计算过程可以为：
其中，可求得以预设频率f和预设相位
作为一种优选的实施例，将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合具体为：
采用线性插值的方法将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
具体的，线性插值的方法具有速度快以及准确度高等优点。
当然，除了线性插值的方法外，还可以采用其他类型的方法将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例，根据监测变量信号以及各个预设频率下均赋值了多个不同预设相位的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出监测变量信号中各个预设频率的正弦波分量的真实相位具体为：
对于任意的预设频率的正弦波信号，将监测变量信号分别减去预设频率下多个具有不同预设相位的正弦波信号，得到多个差值波形信号；
计算出每个差值波形信号的标准差；
将标准差最小的差值波形信号对应的正弦波信号的相位作为监测变量信号中预设频率的正弦波分量的真实相位。
具体的，当两个信号的相位较为接近甚至相同时，两者的差值波形信号的标准差是最小的，因此本发明实施例中可以采用对于不同相位的正弦波信号的差值波形信号逐一计算标准差的方式找到标准差最小的正弦波信号，并将其对应的相位作为监测变量信号中预设频率的正弦波分量的真实相位，而由于正弦波信号实际上是模拟的正弦波分量，因此可以将真实相位赋值到对应的预设频率的正弦波信号中去，本发明实施例中的做差的方法计算简单、处理速度较快且准确性较高。
当然，除了采用本发明实施例中提到的方法外，根据监测变量信号以及各个预设频率下均赋值了多个不同预设相位的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出监测变量信号中各个预设频率的正弦波分量的真实相位还可以为其他具体过程，本发明实施例在此不做限定。
请参考图2，图2为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析装置的结构示意图，包括：
数据准备模块1，用于获取待识别基频的监测变量信号并生成多个不同预设频率的正弦波信号；
做差模块2，用于根据监测变量信号以及各个预设频率下均赋值了多个不同预设相位的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差，确定出监测变量信号中各个预设频率的正弦波分量的真实相位；
赋值模块3，用于将各个预设频率下的正弦波信号的相位赋值为与预设频率相对应的真实相位；
计算模块4，用于将监测变量信号与经过相位赋值的正弦波信号之间的差值波形信号的标准差中，最小的标准差对应的正弦波信号的预设频率作为监测变量信号的基频；
分析模块5，用于根据基频对监测变量信号进行频域分析，以便对风电机组进行故障诊断。
作为一种优选的实施例，获取待识别基频的监测变量信号具体为：
获取过去第一预设时长内采集到的监测变量测量值的集合并将其作为待识别基频的监测变量信号。
作为一种优选的实施例，该风电机组的监测变量的频域分析装置还包括：
整合模块，用于将监测变量信号的集合中的多个监测变量测量值整合为相邻间隔时间均为第二预设时长的等间隔监测变量测量值集合。
对于本发明实施例提供的风电机组的监测变量的频域分析装置的介绍请参照前述的风电机组的监测变量的频域分析方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
请参考图3，图3为本发明提供的一种风电机组的监测变量的频域分析设备的结构示意图，包括：
存储器6，用于存储计算机程序；
处理器7，用于执行计算机程序时实现如上任一项风电机组的监测变量的频域分析方法的步骤。
对于本发明实施例提供的风电机组的监测变量的频域分析设备的介绍请参照前述的风电机组的监测变量的频域分析方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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