大型风电机组状态监测与智能故障诊断系统研究

【摘要】：风力发电近年来在全球发展十分迅猛,总装机容量连年刷新纪录。在全球风电大发展的同时,产生了一系列亟待解决的问题。由于风电机组长期工作在条件恶劣的环境中,气温变化大,风沙、风速、载荷变化随机、不确定等因素导致机组各部件故障频发,加之机组分布分散,难以及时有效的发现故障,并且发生故障时,维护和检修困难,停机时间长,严重影响了风电的经济性。因此,开展风电机组的状态监控与故障诊断研究,对于提高风电运营的可靠性、安全性和经济性有着重大且长远的现实意义。本文从风力发电机组状态监测的现场实际需求出发,通过对山西某集团公司的3MW风力发电机组进行实际调研,针对风机传动系统的主要故障类型和特点,自主设计研发了风电机组传动系统故障模拟实验台。在实验台的硬件基础条件上,创新故障诊断方法,针对风电机组传动系统的故障振动信号所具有的非平稳、非线性以及复杂的调制成分的特点,提出了消除了频带错乱缺陷、分解更精细、分辨率更佳的改进型节点重构小波包算法结合包络谱的故障诊断新方法。针对风电机组传动系统的早期故障振动信号的时变微弱性以及故障与征兆的非线性映射导致的故障识别困难问题提出了改进型的节点重构小波包联合PNN(概率神经网络)的故障诊断新方法。通过采用实验台的实际数据对提出的两种故障诊断新方法进行验证,证实了方法的可行性和准确性,为今后更加深入进行风电机组的状态监测和故障诊断研究提供了有利的工具和技术支持。本文还完成了风电机组状态监测系统的传感器的选型、监测点的确定以及系统的研究设计工作和现场的测试工作。参与研发的数据采集分析仪具有多通道的振动、转速等信号的高速、同步、实时采集与故障分析诊断功能和远程数据传输功能等创新性设计。自主设计的监测系统界面充分考虑了现场的实际需求,不仅具有对风机和风机具体故障所属部位提供实时故障报警和给现场工作人员提供指导建议的功能,还具有对单台或多台风机监测部位的监测指标进行单图或多图的曲线显示的功能,方便现场人员进行对比确定故障。 【关键词】：风电机组 状态监测与故障诊断 小波包 包络谱 概率神经网络
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 论文研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 课题研究的主要内容17-19
• 第二章 风电机组故障诊断模拟实验台的研制19-22
• 2.1 风电机组故障诊断模拟实验台的设计与构成19-20
• 2.2 风电机组故障诊断模拟实验台的功能20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 风电机组故障智能诊断方法研究22-48
• 3.1 改进型小波包结合包络谱的风电机组故障诊断22-41
• 3.1.1 小波的基本原理22-24
• 3.1.2 马拉特塔式算法24-25
• 3.1.3 小波包算法25-27
• 3.1.4 小波包算法的缺陷27-29
• 3.1.5 小波包算法的改进29-32
• 3.1.6 改进型小波包算法的仿真验证32-34
• 3.1.7 包络谱34-35
• 3.1.8 改进型小波包结合包络谱的故障诊断模型35-37
• 3.1.9 改进型小波包结合包络谱的实验验证37-41
• 3.2 改进小波包联合PNN(概率神经网络)的风电机组故障诊断41-46
• 3.2.1 小波包频带能量谱42-43
• 3.2.2 概率神经网络43-44
• 3.2.3 改进型小波包频带能量谱联合PNN的风电故障诊断模型44-45
• 3.2.4 改进型的小波包联合PNN的实验验证45-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 大型风电机组状态监测与故障诊断系统研究48-63
• 4.1 大型风电机组状态监测与故障诊断系统的整体设计48-49
• 4.2 数据采集与分析系统49-54
• 4.2.1 传感器的选型49-51
• 4.2.2 监测测点的选择51-52
• 4.2.3 采集仪及故障诊断软件算法设计52-54
• 4.3 现场监控系统54-56
• 4.3.1 现场监控系统的运行环境和架构54
• 4.3.2 状态监测与故障诊断系统的界面设计54-56
• 4.4 远程监控系统56
• 4.5 风场测试56-62
• 4.5.1 现场设备安装56-60
• 4.5.2 现场测试结果60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 研究总结及展望63-65
• 5.1 创新点63
• 5.2 本文的研究成果63-64
• 5.3 展望64-65
• 参考文献65-70
• 攻读学位期间取得的研究成果70-71
• 致谢71-72
• 个人简况及联系方式72-73
• 承诺书73-74

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