专利名称：用于获取风力发电机组的转速的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种基于振动数据获得风力发电机组的转速的方法和设备。
背景技术：
随着风力发电技术的发展，现在主流的风力发电机组都设计为变速运行，当风力发电机组发生故障时，多数情况下故障对应的振动特征(尤其是频域特征)和转速有直接对应关系。因此，状态监测及故障诊断系统在对变速运行的风力发电机组进行振动状态监测及故障诊断时，转速测量是一个非常重要的工作，转速测量的精度直接影响振动数据分析结果的可信度。图1示出根据现有技术的获取风力发电机组的转速的方法的示意图。如图1所示，转速传感器10(例如，光电传感器、磁敏传感器等)安装在静止部件上，对准旋转部件30 (例如，旋转轴)；在旋转部件30上布置一个或多个转速脉冲触发标记20 (如反光条、突出金属块等)。当转速脉冲触发标记20跟随旋转部件30旋转并正对转速传感器10时，转速传感器10将输出一个脉冲，振动分析系统40根据采集脉冲的时间间隔计算当前旋转部件30的转速。同时，如图1所示，振动分析系统40根据振动传感器50获得振动数据。根据现有技术的另一获取风力发电机组的转速的方法是通过与主控系统进行数据交换，读取主控系统中的转速数据，从而获得振动数据采集时刻的转速值。但是，根据现有技术的获取风力发电机组的转速的技术方案，由于需要安装单独的转速传感器或者需要与主控系统进行数据交换，所以增加了系统成本且这种数据交换又增加了主控系统风险；由于风力发电机组的转速极低，所以基于现有技术方案的测量误差较大；一旦主控系统与状态监测及故障诊断系统的时钟不一致，则采集的振动数据和转速数据就不能在时序上对应。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题中的至少一个问题或其它问题，提供了一种基于振动数据获取风力发电机组的转速的技术方案。根据本发明的示例性实施例的一种用于获取风力发电机组的转速的方法，如下步骤:对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波；对带通滤波的数据进行包络检测；将经包络检测的数据变换到频域；对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率；根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速，Fs = kXn，其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，η为发电机的转速。优选地，通过快速傅里叶变换将经包络检测的数据变换到频域。优选地，通过振动传感器或通过与主控系统的通信，来获得所述时域的风力发电机的振动数据。
优选地，通过恒定带宽数字带通滤波器对振动数据进行带通滤波。优选地，所述恒定带宽数字带通滤波器的提取的频率范围被设置为齿槽频率的2倍频的频率范围。优选地，通过希尔伯特变换对带通滤波后的数据进行数字包络检波。根据本发明的另一示例性实施例的一种用于获取风力发电机组的转速的设备，包括:带通滤波器，对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波；包络检测器，对带通滤波的数据进行包络检测；频域变换器，将经包络检测的数据变换到频域；搜索器，对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率；转速计算器，根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速，Fs = kXn，其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，η为发电机的转速。优选地，所述频域变换器通过快速傅里叶变换将经包络检测的数据变换到频域。优选地，通过振动传感器或通过与主控系统的通信，来获得所述时域的风力发电机的振动数据。优选地，所述带通滤波器为恒定带宽数字带通滤波器。
优选地，所述恒定带宽数字带通滤波器的提取的频率范围被设置为齿槽频率的2倍频的频率范围。优选地，所述包络检测器通过希尔伯特变换对带通滤波后的数据进行数字包络检波。根据本发明的示例性实施例的获取发电机组的转速的方法，能够提高转速获取精度。另外，由于从振动数据中直接提取转速，能够严格保证振动数据和转速数据在时序上的一致性。另外，由于不需要任何专门测转速的设备，使转速测试的设备成本和实施成本降低为零。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中:图1示出根据现有技术的获取风力发电机组的转速的方法的示意图；图2为示出根据本发明的示例性实施例的获取风力发电机组的转速的方法的流程图；图3示出根据图2的方法获得的频谱图。
具体实施例方式现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。一般来讲，在发电机的定子上安装有多个齿槽用以放置线圈，因此发电机组运行时获取的振动数据包含了发电机组的齿槽频率Fs。可使用如下的等式I基于齿槽频率Fs来获得发电机组的转速η。等式IFs = kXn
其中，k是定子上安装的齿槽的数量。图2为示出根据本发明的示例性实施例的获取风力发电机组的转速的技术方案。如图2所示，在步骤210，对时域的振动数据进行带通滤波。这里，优选地，通过恒定带宽数字带通滤波器对时域的振动数据进行带通滤波。同时，数字带通滤波器的提取频率优选地被设置为电机齿槽频率Fs的2倍频。例如，如果电机齿槽频率Fs的可能范围为IOHz至10000Hz，则将数字带通滤波器的提取频率范围设置为20Hz至20000Hz。另外，当采集振动数据时，优选采用2000Hz的采样频率。在步骤220，对带通滤波的数据进行包络检测。通过希尔伯特变换(移相90度)技术对滤波后的信号进行数字包络检波。在步骤230，将经包络检测的数据变换到频域。优选地，对包络后的信号进行傅里叶变换得到最后的故障特征提取图谱。这里，可通过快速傅里叶变换(FFT)将经包络检测的数据变换到频域。例如，可获得如图3所示的频域图。在步骤240，对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率(例如，4倍频的齿槽频率)。在图3所示的频谱图中，可在Fs的4倍频FS出现的频率区间内，简单通过搜索最大值的办法识别出发电机齿槽频率Fs的4倍频FS为671.4Hz，该数据对应的机组转速 η = 60 XFS/ (4X576) = 17.48RPM。在步骤250，根据等式I来获得发电机组的转速。如图3所示，齿槽频率的4倍频为671.4Khz。当齿槽的数量为576时，风力发电机组的转速n = Fs/576 = 17.48RPM。这里，振动数据可以是通过振动传感器获得的振动数据或者通过与主控系统的通信而获得的振动数据。根据本发明的示例性实施例的获取发电机组的转速的方法，能够提高转速获取精度。在上面描述的示例中，齿槽频率4倍频是发电机组的转速的2304倍，即使该特征频率提取值和真值相差10Hz，转速计算值和真值间的误差为(10 X 60)/(576 X 4) = 0.26RPM，转速计算的过程中，误差是以1/2304的比例收敛的，因此转速的测量精度有了很大提高。根据本发明的示例性实施例的用于获取风力发电机组的转速的设备，包括:带通滤波器，对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波；包络检测器，对带通滤波的数据进行包络检测；频域变换器，将经包络检测的数据变换到频域；搜索器，对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率；转速计算器，根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速，Fs = kXn，其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，η为发电机的转速。另外，由于从振动数据中直接提取转速，能够严格保证振动数据和转速数据在时序上的一致性。另外，由于不需要任何专门测转速的设备，使转速测试的设备成本和实施成本降低为零。虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1.一种用于获取风力发电机组的转速的方法，包括如下步骤: 对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波； 对带通滤波的数据进行包络检测； 将经包络检测的数据变换到频域； 对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率； 根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速， Fs = kXn， 其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，η为发电机的转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过快速傅里叶变换将经包络检测的数据变换到频域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过振动传感器或通过与主控系统的通信，来获得所述时域的风力发电机的振动数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过恒定带宽数字带通滤波器对振动数据进行带通滤波。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述恒定带宽数字带通滤波器的提取的频率范围被设置为齿槽频率的2倍频的频率范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过希尔伯特变换对带通滤波后的数据进行数字包络检波。
7.一种用于获取风力发电机组的转速的设备，所述设备包括: 带通滤波器，对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波； 包络检测器，对带通滤波的数据进行包络检测； 频域变换器，将经包络检测的数据变换到频域； 搜索器，对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率； 转速计算器，根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速， Fs = kXn, 其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，η为发电机的转速。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述频域变换器通过快速傅里叶变换将经包络检测的数据变换到频域。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，通过振动传感器或通过与主控系统的通信，来获得所述时域的风力发电机的振动数据。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述带通滤波器为恒定带宽数字带通滤波器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述恒定带宽数字带通滤波器的提取的频率范围被设置为齿槽频率的2倍频的频率范围。
12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述包络检测器通过希尔伯特变换对带通滤波后的数据进行数字包络检波。
全文摘要
提供了一种用于获取风力发电机组的转速的方法和设备。所述方法包括对时域的风力发电机的振动数据进行带通滤波；对带通滤波的数据进行包络检测；将经包络检测的数据变换到频域；对频域的数据进行搜索峰值的处理，从而获得预定倍数的齿槽频率；根据获得的齿槽频率使用下面的等式来获得发电机的转速，Fs＝k×n，其中，Fs为齿槽频率，k为发电机的齿槽的数量，n为发电机的转速。根据本发明的示例性实施例的获取发电机组的转速的方法，能够提高转速获取精度。另外，由于从振动数据中直接提取转速，能够严格保证振动数据和转速数据在时序上的一致性。另外，由于不需要任何专门测转速的设备，使转速测试的设备成本和实施成本降低为零。
文档编号G01P3/00GK103116032SQ20131001990
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者范德功 申请人:北京金风科创风电设备有限公司