风电机组振动监测与故障诊断系统研究

【摘要】随着世界许多国家大规模发展风电计划的制定及实施,风电行业经过几年高速增长之后,也迎来了成长的烦恼。虽然风力发电机的设计及制造技术已日臻完善,但是风电机组的运行维护却提出了巨大的挑战,成为当前急需解决的关键问题。由于风力发电机组地处高山、海滩、海岛等风口处,在强阵风的冲击以及极端温差的影响下,风力发电机组故障时有发生。研究表明齿轮箱、传动链和发电机等部件的故障是导致停机时间最长,经济损失最大的原因。目前大型风力发电机组都带有数据采集与监视控制SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统,SCADA系统可以对风电机组进行数据采集、参数调节、设备控制及报警等,为风电场的可靠运行提供了有力的技术平台,但是SCADA系统缺乏对传动链的有效监测及精确诊断功能。国外的风电机组状态监测与故障诊断产品价格昂贵,报警阈值没有统一的行业标准,大部分机组状态需由专家结合经验分析得出,而国内尚无成形的风电机组状态监测与故障诊断产品。基于上述情况,论文开展了针对风电机组传动系统的振动监测与故障诊断的研究。论文的主要工作如下：(1)介绍了一般风电机组的组成结构和工作原理,并对风电机组常见故障形式进行统计分析。统计结果表明,电气系统和控制系统的故障率较高,而齿轮箱和发电机等故障是导致停机时间最长,经济损失最大的原因。重点对齿轮、轴承、轴系等部件的故障机理及其表现形式、典型故障与信号特征进行了分析。(2)在风电机组振动信号特征提取方面,分别介绍了振动信号的时域分析、频域分析方法的特点,并结合实例验证了频域分析可以有效地确认齿轮箱振动信号中的故障频率成分。详细介绍了小波包能量谱分析技术,采用小波包对风电机组齿轮箱振动信号进行能量特征提取,将能量特征向量作为支持向量机故障诊断模型的输入,为后续支持向量机对风机齿轮箱故障模式识别打下坚实的基础。(3)针对齿轮箱振动信号信噪比低、非线性及小样本等特点,提出了一种基于小波包(WaveletPacket,WP)分解、遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)和支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)的齿轮箱故障诊断模型,即WP-GA-SVM模型。首先对齿轮箱振动信号进行小波包消噪预处理,然后对消噪后的信号进行小波包分解与重构并提取频带能量,作为支持向量机分类器的输入特征向量。采用遗传算法来实现支持向量机径向基核函数参数g和惩罚因子C的自动快速最优选择。最后通过齿轮箱故障诊断的实例分析,验证了该模型的有效性。(4)基于本文介绍的振动信号特征提取及故障诊断方法,应用面向对象编程技术及模块化结构,采用C#语言结合SQLServer2008数据库,初步研究开发了一套风电机组振动监测与故障诊断系统。该系统包括用户管理模块、设备管理模块、状态监测模块、频谱分析诊断模块、支持向量机诊断模块和数据查询模块等,每个模块又细分成多个相对独立的子系统。可以实现对风机振动信号的预处理(如滤波、零均值化)、特征提取及故障诊断等功能,为实现风机的状态监测与诊断决策提供有力的帮助。
【作者】曹斌；
【导师】敖银辉；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】风电机组；振动监测；故障诊断；小波包分解；支持向量机；

【参考文献】
[1]陈水程,邓杰帆.基于石墨烯微片的Fe/C微电解处理机械加工切削废液[J].广东化工,2014,12:51-52.
[2]张震宇.石墨烯及其它基底上二氧化锡纳米棒阵列的生长、性能及器件[D].东华大学,2012.
[3]胡琳娜.川芎嗪后处理对冠心病急性心肌梗死再灌注损伤的保护作用及其机制研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[4]李廷辉,梁惠兰,胡永军,王津,常德双,赵春段,岳跃龙,孔凡东.大港南部滩海区的勘探技术[J].石油地球物理勘探,2005,S1:51-55+138.
[5]郑艳荣.鄂尔多斯盆地南部长7储层特征及石油聚集规律[D].西北大学,矿物学、岩石学、矿床学,2013,硕士.
[6]叶祥熙.凝结势模型的建立与应用[D].复旦大学,原子与分子物理,2012,博士.
[7]孔凡河.冷战后中国新安全观论析[D].华东师范大学,科社与国际共运,2004,硕士.
[8]郭秋燕.谈中国歌剧演唱的多元化现象[D].山东师范大学,音乐学,2013,硕士.
[9]段溥.中国共产党制度反腐问题及其解决进路研究[D].湖南师范大学,中外政治制度,2014,硕士.
[10]张殷.轨道交通电力监控系统设计与应用[D].华东理工大学,控制工程,2014,硕士.
[11]余随淅.四价金属氧化物纳米晶及其复合材料制备与电化学性能研究[D].湘潭大学,2013.
[12]马乾.拟南芥叶绿体TAC复合物相互作用网络的构建[D].上海师范大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[13]冯文平.马克思“实践的空间”思想及现实意义研究[D].西南大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[14]阙薇薇.血清乙二醛酶Ⅰ在2型糖尿病周围神经病变中的变化及临床意义[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[15]LiuShaomin.An Existential Reading of A. S. Byatt’s Possession[D].西安外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[16]赵冬梅,李双跃,黄鹏.基于正交试验的钉盘磨绕流阻力矩影响因素分析[J].浙江工业大学学报,2014,05:549-553.
[17]刘霞.万里行政思想探析[D].东北大学,行政管理,2010,硕士.
[18]林毅涌.泉州古城文化产业园发展战略研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[19]阿衣努尔·木合买提巴克.加减柴胡疏肝散治疗亚健康伴失眠（肝气郁结型）临床研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[20]张琳园,杨维.矿井巷道时频编码协作MC-CDMA无线传输[J].煤炭学报,2014,06:1177-1183.
[21]梁宇.基于混合加密即时通信系统的设计与实现[D].湖南大学,计算机技术,2012,硕士.
[22]田杰.对外汉语民俗文化教学方法研究[D].重庆大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[23]李珊.四氢喋呤对高胆固醇血症兔血管内皮功能的影响[D].青岛大学,心血管内科,2004,硕士.
[24]董静.基于中西文化渊源比较的国有企业管理体制变革研究[D].浙江工业大学,2008.
[25]熊名宁.贵州医药制造企业市场竞争力研究[D].贵州大学,企业管理,2014,硕士.
[26]金晶.大学生村官制度的实践研究[D].内蒙古科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[27]王丕龙.新民主主义革命时期中国共产党农民思想政治教育研究[D].兰州商学院,思想政治教育,2013,硕士.
[28]刘永亮.ERP软件功能的可扩展性的研究[D].浙江大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[29]胡丹.高中化学理论课教学模式的构建与实践[D].南京师范大学,教师教育,2012,硕士.
[30]刘志成.利用IVIAT筛选肠炎沙门菌体内感染相关因子[D].扬州大学,预防兽医学,2011,硕士.
[31]薛媛.外国留学生对中国文化关注情况分析[D].河北大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[32]王进,孙怀江.基于Jφsang信任模型的信任传递与聚合研究[J].控制与决策,2009,12:1885-1889.
[33]高鑫.基于交通流的重庆市各区县关联网络研究[D].东北师范大学,城市与区域规划,2014,博士.
[34]唐嘉枫.SZZY公司廉洁风险防控管理机制研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[35]林舜江,刘明波.暂态电压安全预防控制优化的轨迹灵敏度法[J].电力系统自动化,2010,04:12-17.
[36]崔会宝.基于厚差溯源的轧辊偏心分析[D].燕山大学,机械电子工程,2014,硕士.
[37]宋丽敏.中职数学教学中开放题的实践探索[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[38]徐飞.论初级阶段对外汉语词汇教学中的有效游戏[D].西北大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[39]付广仁.伪卫星增强北斗卫星导航系统定位技术研究[D].西北大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[40]姜力勤.宋元卷轴罗汉画研究[D].中国美术学院,美术学,2014,博士.
[41]凌定越.我国可转换公司债券投资人权益保护制度研究[D].上海大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[42]赵雪利.大马力推土机前工作装置结构及性能优化研究[D].吉林大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[43]夏雪岩.高粱抗高粱蚜遗传分析及SSR标记研究[D].河北农业大学,作物遗传育种,2004,硕士.
[44]姜宏民,严丹,李华钧,雷云霞.走出节能建筑名不符实的怪圈积极推进北方采暖地区全方位建筑节能[J].住宅产业.2006(04)
[45]柯勇,万雅竞,周卫东.铜液中氧含量的自动化检测[J].冶金自动化,2000,05:67-68.
[46]马骁姣.基于分级麦秸的生物降解材料性能研究[D].东北农业大学,农业机械化工程,2013,硕士.
[47]刘扬.英文企业社会责任报告中的衔接[D].广东外语外贸大学,商务英语研究,2013,硕士.
[48]赵德源.SC公司市场营销战略与实施策略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[49]张鉴清.小鼠脂肪来源干细胞的分离、培养及鉴定[D].吉林大学,外科学,2013,硕士.
[50]李晓.基于视频的交通安全预警系统研究[D].长安大学,交通信息工程及控制,2014,硕士.