基于时频流形的风力发电机轴承轴电流早期损伤预警方法研究

Shaft current damage is the main reason of rapid destruction of the wind turbine bearings, and feature extraction and early warning for early damage signal of shaft current become very difficult because of low signal-to-noise ratio and unknown damage feature. In order to realize the early warning to shaft current damage of the wind turbine bearing, there will be studied on shaft current generating mechanism of generator,the vibration mechanism of bearing damage, and the characteristic of the bearing vibration response to the shaft current damage.New noise reduction method and main feature extraction method based on time-frequency manifold will be put forward and designed, the function relationship between the sensitive characteristic quantity and damage degree of the bearing's shaft current will be established, and ther will be studied of the bearing shaft current early damage identification and alarm threshold determination method based on hybrid domain characteristics’ fusion,early warning system of bearing shaft current damage on wind power generator will be developed. The shaft current injury early warning methods, theory and technology based on the time-frequency manifold for the wind turbine bearing will be formed. The research has very important scientific significance and practical value in engineering to improve the service life of the wind turbine bearing, ensure healthy operation of the wind turbines.

轴电流损伤是风力发电机轴承过快破坏的主要原因,由于轴电流早期损伤的振动信号信噪比低、损伤特征不明，因此很难被检测发现并进行预警。项目以实现风力发电机轴承的轴电流早期损伤预警为目标，研究发电机的轴电流产生机理和轴承的轴电流损伤振动机理，分析轴电流损伤轴承的振动响应特征；设计瞬时频率峰值最优估计算法，创新融合时频峰值滤波与局部切空间排列的时频流形降噪方法；研究集成经验模态分解和基于时变AR模型的数据延拓算法，形成融合希尔伯特-黄变换与拉普拉斯特征映射的轴承早期损伤主流形提取方法；建立敏感特征量与轴承轴电流损伤程度的函数关系，研究基于混合域特征融合的轴承轴电流早期损伤判别与报警阈值确定方法，开发风力发电机轴承轴电流的早期损伤预警系统,形成基于时频流形的风力发电机轴承轴电流早期损伤预警方法、理论与技术。研究成果对提高风力发电机轴承使用寿命，保障风电机组健康运行具有重要的科学研究意义和工程实用价值。

轴电流损伤是风力发电机轴承过快破坏的主要原因,由于轴电流早期损伤的振动信号信噪比低、损伤特征不明，因此很难被检测发现并进行预警。项目研究了风力发电机轴承轴电流产生原因及损伤机理、机电耦合作用下电机轴承电流损伤从微小点蚀凹坑扩展到波纹凹槽的过程、提出了用波纹凹槽宽度和间距的概念来描述轴承电流损伤的形貌特征，推导出轴承滚道表面波纹凹槽宽度与间距的计算公式。研究了多区域瞬时频率峰值的阈值化预处理方法，提出了基于时频分布和局部切空间排列的降噪算法、一种利用调制信号双谱中的最大集中载波频率作为故障特征频率且其他频率作为噪声和干扰的信号降噪和特征强化方法、基于改进经验模态分解的降噪方法。提出了基于随机森林的经验模态分解端点延拓方法、多尺度拉普拉斯特征映射故障特征提取算法、基于多尺度子带样本熵和LPP的轴承故障诊断方法、基于流形子带特征映射的故障特征提取方法、基于稀疏调制信号双谱分析的轴承故障诊断方法、基于双谱局部保持投影的故障识别方法、基于质量化拉普拉斯判别算法的轴承故障诊断方法、基于协同过滤推荐及贝叶斯概率化协同过滤推荐的轴承故障诊断方法、基于多模态流形样本熵的轴承轴电流故障诊断方法、基于改进蚁狮优化器优化支持向量机的轴承故障识别方法、基于自适应稀疏窄带分解和最大边际分类-柔性凸壳的滚动轴承故障诊断算法。设计了表征轴电流损伤程度的主流形时频流形特征量，提出了基于小波子带流形二次均方根的轴承损伤状态预测方法、基于随机森林模型的轴承轴电流损伤预测方法、基于流形子空间模态函数方差贡献率的轴电流损伤状态预测方法，基于自适应最稀疏窄带分解和局部保持投影的滚动轴承剩余寿命预测方法。项目开发了风力发电机轴承轴电流的早期损伤预警系统，形成基于时频流形的风力发电机轴承轴电流早期损伤预警方法、理论与技术。研究成果对提高风力发电机轴承使用寿命，保障风电机组健康运行具有重要的科学研究意义和工程实用价值。