风电机组传动链多故障耦合的主动诊断方法研究

风电机组传动链系统故障是影响风电机组安全运行和维护成本的最主要因素，目前对其设备级的典型故障诊断方法研究已经取得了较大进展，但对传动链的多故障耦合的非线性动力学行为的研究尚未开始，现有的方法还不能实现对传动链多故障耦合的长期有效诊断。本项目以风电机组的强电输出为信号分析对象，拟提出一种主动故障诊断的新方法。该方法研究人为施加给风电机组的主动激励的设计方法及其非线性数学描述，建立传动链子系统多故障耦合的动力学模型，研究传动链系统多故障耦合状态下，主动激励-电信号响应的对应关系，建立传动链故障特征的传递模型，探讨传动链系统故障-电信号的故障特性的传递规律，研究强电信号中微弱故障特征信号的调制解调规律，从发电机输出大电流、电压复杂波形中提取故障特征信号，建立描述故障特征电信号的频域时空特征谱和合理的故障特征阈值判据，为传动链故障的诊断与预测提供了一条新的途径。

风电机组传动链系统故障是影响风电机组安全运行和维护成本的最主要因素，本项目采用“建模仿真+实验验证”的研究方法，研究了风电机组传动链系统故障-电信号的故障特性的传递规律，提出了一种传动链故障诊断新方法。主要内容包括：（1）建立了风力发电机组动力学仿真模型，研究了正常状态、质量不平衡、气动力不对称、齿轮箱行星轮点蚀、裂纹等典型故障以及耦合故障状态下风力机动力学特性，分析故障的传播机理，建立基于风力发电机组整体特性的故障分析模型。（2）开展了风力机故障对气动特性的影响研究。研究了覆冰对风力机专用翼型气动性能影响，研究了风力机叶片常见的结冰故障，研究了叶片在不同的覆冰形态下，覆冰对风力机翼型静态、动态失速特性的影响。研究了风力机塔影效应对输出电功率的影响。提出了一种新的三维塔筒绕流模型，基于准稳态BEM理论和一维等效梁理论，开发了大型水平轴风力机的气动弹性计算模型。（3）在此基础上，建立了风力机塔影和风电机组刹车的数学模型，并将其作为主动激励，开展了故障仿真，研究了主动激励下，风电机组典型故障响应特征，提出了传动链主动故障诊断方法。（4）开展了风力机传动链典型故障实验研究，针对电流信号提出了基于双谱的传动链故障诊断方法。在所建立的实验台上，开展了太阳轮崩齿故障、行星轮裂纹故障、太阳轮点蚀故障+中速级大齿轮裂纹故障和行星轮裂纹+太阳轮崩齿故障等故障实验，对故障状态下风电机组的输出电流进行了理论建模分析，研究了传动链故障与输出电流频率之间的规律，提出了基于双谱的传动链故障诊断方法，实验结果验证了方法的正确性。（5）设计开发了一套风电机组远程监测及故障诊断原型系统，该系统采用“振动+电信号+摄像头+性能数据”的监测分析方法，即对风电机组整机采用加装振动传感器的方式进行监测诊断，同时采集发电机的输出电流和电压信号，并对叶片表面故障采用基于摄像头的图像识别方式进行监测诊断，在进行最后的诊断时，还要融合SCADA系统中的性能数据，以获得准确的诊断结果。系统具有较强的适应性，可以监测双馈机组和直驱式机组。. 本项目共发表论文11篇，其中SCI/EI收录7篇，各项成果均达到了项目计划书的要求。