一种基于gprs的风电齿轮箱远程监测诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力设备监测技术领域，具体涉及一种基于GPRS的风电齿轮箱远程 监测诊断方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，在能源短缺和环境污染日趋严峻的情况下日益 被世界各国所重视。在国家大力推行节能减排的政策趋势下，可再生能源尤其是风能的发 展前景十分广阔。
[0003] 由于风电机组运行环境比较恶劣，且机组安装位置特殊，使得风电机组的维护成 本很高，一旦损坏对电网的影响也较大，所以对风电机组的可靠性提出了很高的要求，一般 要求20年无大的故障。风电齿轮箱是载荷和转速匹配的核心部件，齿轮箱的运行状态和技 术参数直接影响到整个机组运行的技术状态。在以叶片、齿轮箱和发电机构成的传动系统 中，风电齿轮箱处于±40°C的运行环境、不同风速下的风叶交变输入扭矩以及塔顶不稳定 的传动系统安装平台中，运行条件恶劣，所以因齿轮箱损坏而引发的风电机组故障所占比 重很大。
[0004] 根据美国GE公司计算，更换风电设备中的一个价值5000美元的轴承，往往需要 25000美元的维修费用，还不算由于维修停机所带来的发电损失。对于一台有20年运行寿 命的风力机，其运行维护与部件更换成本通常占设备发电总收入的10% -15%。因此，对风 电机组的运行状态进行实时监测，实现故障的早期诊断与智能预示，通过预测故障发展趋 势，可以合理安排部件维修和更换计划，对于提高风电机组运行的安全可靠性和经济性具 有重要的实际意义。
[0005] 经过对现有技术的检索发现，关于风电齿轮箱远程在线监测及诊断的专利申请有 很多，都是集中在利用现有的Internet网络的基础上进行远程监测和诊断。上述监测诊断 系统装置存在一个问题，那就是现场的接网条件限制，由于风电齿轮箱往往运行在环境恶 劣、地区偏远之地，要在其现场安装Internet网络接口并入网具有很大的困难，而且还大 大提高的系统的监测运行成本。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于GPRS的风电齿轮 箱远程监测诊断方法，可大大降低在线系统的现场施工难度和布网成本，具有重要的工程 价值。
[0007] 一种基于GPRS的风电齿轮箱远程监测诊断方法，如下：
[0008] 首先，通过采集获取风电齿轮箱在线运行时的温度信号、油压信号以及振动信号； 然后，将上述信号转换为反映设备运行健康状态的特征数据后通过GPRS上传至远程控制 中心以进行分析诊断；其中，将振动信号转换为特征数据的具体过程包括：
[0009] (1)利用窗函数f(x)对振动信号进行分段截取，得到多段振动数据流序列；
[0010] (2)构建各段振动数据流序列的相关矩阵；
[0011] (3)对所述的相关矩阵进行奇异值分解，提取分解得到的奇异值矩阵中首行首列 的元素作为特征值；依此遍历各段振动数据流序列的相关矩阵，从而得到关于振动信号的 特征值序列。
[0012] 所述的窗函数f(x)的表达式如下：
[0013]
【主权项】
1. 一种基于GPRS的风电齿轮箱远程监测诊断方法，如下： 首先，通过采集获取风电齿轮箱在线运行时的温度信号、油压信号以及振动信号；然 后，将上述信号转换为反映设备运行健康状态的特征数据后通过GPRS上传至远程控制中 心以进行分析诊断；其特征在于，将振动信号转换为特征数据的具体过程包括： (1) 利用窗函数f(x)对振动信号进行分段截取，得到多段振动数据流序列； (2) 构建各段振动数据流序列的相关矩阵； (3) 对所述的相关矩阵进行奇异值分解，提取分解得到的奇异值矩阵中首行首列的元 素作为特征值；依此遍历各段振动数据流序列的相关矩阵，从而得到关于振动信号的特征 值序列。
2. 根据权利要求1所述的风电齿轮箱远程监测诊断方法，其特征在于：所述的窗函数 f (X)的表达式如下：
其中为变量，M为窗函数截取的数据长度。
3. 根据权利要求1所述的风电齿轮箱远程监测诊断方法，其特征在于：所述的振动数 据流序列的表达式如下： Z1 (k) = X ((i-l)M+k) 其中CiGO为第i段振动数据流序列中第k个振动值，x((i-l)M+k)为振动信号中第 (i-l)M+k个采样点的信号值，k为自然数且I <k<M，i为分段序号，M为窗函数截取的数 据长度。
4. 根据权利要求1所述的风电齿轮箱远程监测诊断方法，其特征在于：所述的步骤（2) 中通过以下算式构建各段振动数据流序列的相关矩阵：
M 其中=Zi为第i段振动数据流序列的相关矩阵且维度为2xy，ZiGO为第i段振动 数据流序列中第k个振动值，k为自然数且I < k < M，i为分段序号，M为窗函数所截取的 数据长度。
5. 根据权利要求1所述的风电齿轮箱远程监测诊断方法，其特征在于：所述的步骤（3) 中进一步根据所述的特征值序列，通过以下算式计算关于振动信号的峭度指标K，并将该峭 度指标K通过GPRS上传至远程控制中心以进行分析诊断；
其中：σ 对应第i段振动数据流序列的特征值，η为振动数据流序列的总段数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于GPRS的风电齿轮箱远程监测诊断方法，其根据风电齿轮箱的设计运行情况，获取其在线运行的温度、压力及振动信号并转换为数字信号，通过DSP处理模块计算获取反映设备运行健康状态的特征数据，并发送到GPRS模块；该模块应用串口通讯技术、虚拟串口技术、移动网络入网技术将特征诊断信息传入远程控制中心，实现风电齿轮箱远程监测及诊断。故本发明利用GPRS技术可以实现低成本、低门槛的远程在线监测诊断，大大降低在线系统的现场施工难度和布网成本，具有重要的工程价值。
【IPC分类】G01M13-02, G01D21-02
【公开号】CN104764487
【申请号】CN201510098192
【发明人】从飞云, 童水光, 徐剑, 张依东, 周懿
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月5日