主成分-灰色關(guān)聯(lián)分析方法的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷

主成分-灰色關(guān)聯(lián)分析方法的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷一、背景

風(fēng)電機(jī)組是目前比較流行的一種清潔能源發(fā)電方式，而齒輪箱則是風(fēng)電機(jī)組中非常關(guān)鍵的部件。齒輪箱故障的發(fā)生不僅會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，還會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。因此，如何及早準(zhǔn)確地診斷齒輪箱故障，成為當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組管理的重要問(wèn)題。

傳統(tǒng)的齒輪箱故障診斷方法主要以經(jīng)驗(yàn)判斷為主。這種方法的缺點(diǎn)是依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)，容易因?yàn)橹饔^(guān)因素造成誤判或漏判，限制了齒輪箱故障的診斷準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。而隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，多種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法被應(yīng)用到齒輪箱故障診斷中。主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)分析是其中具有代表性的兩種方法，本文將介紹這兩種方法在風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。

二、主成分分析

主成分分析（PCA）是一種多變量統(tǒng)計(jì)分析方法，可以將多個(gè)相關(guān)的變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的主成分。這種方法有助于降低數(shù)據(jù)的維度，并且可以提取變量之間的關(guān)系。在風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷中，主成分分析可以從風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子扭矩、齒輪箱載荷、振動(dòng)特征等多個(gè)角度對(duì)齒輪箱狀態(tài)進(jìn)行分析和診斷。

主成分分析的具體應(yīng)用流程如下：

1）選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)并采集大量數(shù)據(jù)。

2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪和歸一化等，避免數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)果的影響。

3）利用主成分分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，得到重要的主成分。

4）根據(jù)主成分得到風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的狀態(tài)判斷。

主成分分析優(yōu)點(diǎn)是可以綜合考慮多種變量，提高了數(shù)據(jù)維度的轉(zhuǎn)換效率，而且可以直觀(guān)地反映數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。但是其缺點(diǎn)是PCA中一些主成分的解釋可能比較困難，而且需要一定的數(shù)學(xué)知識(shí)。

三、灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種分析模糊關(guān)系的方法，主要用于評(píng)估變量之間的相關(guān)性。該方法可以在含噪聲和不完備數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并且可以有效地降低預(yù)測(cè)模型的誤差。在風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷中，灰關(guān)聯(lián)分析可以將各種檢測(cè)指標(biāo)歸一化并進(jìn)行計(jì)算，得出齒輪箱各項(xiàng)指標(biāo)之間的相關(guān)性，從而找到齒輪箱故障的根本原因。

灰色關(guān)聯(lián)分析的應(yīng)用流程如下：

1）確定關(guān)聯(lián)項(xiàng)和指標(biāo)。

2）對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。

3）計(jì)算灰度關(guān)聯(lián)度，得到關(guān)聯(lián)度序列。

4）通過(guò)比較關(guān)聯(lián)度序列確定相關(guān)性，并判斷是否存在齒輪箱故障。

灰色關(guān)聯(lián)分析的優(yōu)點(diǎn)是可以提高數(shù)據(jù)分析的速度和準(zhǔn)確性，避免了傳統(tǒng)方法中出現(xiàn)的主觀(guān)因素，而且適用于未知關(guān)系的系統(tǒng)。但是其缺點(diǎn)是該方法只能處理一些特定的問(wèn)題，而且依賴(lài)于關(guān)聯(lián)項(xiàng)和指標(biāo)的選擇。

四、主成分分析與灰色關(guān)聯(lián)分析的比較

主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)分析雖然都可以應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷，但是它們的優(yōu)缺點(diǎn)不同。主成分分析優(yōu)點(diǎn)是適合處理多個(gè)相關(guān)變量并提取主要信息，適合大規(guī)模數(shù)據(jù)分析；而灰色關(guān)聯(lián)分析的優(yōu)點(diǎn)是能夠處理具有模糊性的數(shù)據(jù)，并且不需要過(guò)多的先驗(yàn)知識(shí)。但是，灰色關(guān)聯(lián)分析存在計(jì)算量太大的問(wèn)題，且在數(shù)據(jù)量較少時(shí)不夠準(zhǔn)確。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以結(jié)合使用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行齒輪箱故障診斷。具體做法是：首先利用主成分分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，并提取主要信息；然后根據(jù)主成分結(jié)果，利用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)所選指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和分析，并進(jìn)一步確定齒輪箱故障的根本原因。

總之，風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷是一項(xiàng)需要科學(xué)精度的工作，合理選擇和運(yùn)用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對(duì)提高齒輪箱故障診斷效率和準(zhǔn)確性具有重要作用。引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求提高，可再生能源作為清潔能源正在逐漸受到重視。其中，風(fēng)能是應(yīng)用比較廣泛的一種可再生能源，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的發(fā)展，并已經(jīng)成為了全球最快增長(zhǎng)的發(fā)電源之一。但是，風(fēng)電機(jī)組中的齒輪箱是一個(gè)相對(duì)脆弱的部件，在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響著風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，如何利用現(xiàn)代科技手段及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行齒輪箱故障診斷，對(duì)整個(gè)風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

所用數(shù)據(jù)

本文選取了一段時(shí)間內(nèi)某風(fēng)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究所用，數(shù)據(jù)集包括以下部分，分別為：

1.風(fēng)速數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

2.發(fā)電量數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

3.轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

4.齒輪箱軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

5.齒輪箱內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

6.潤(rùn)滑油溫度數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析。

數(shù)據(jù)分析

風(fēng)速數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)風(fēng)速數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以得知該風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)期間的平均風(fēng)速及風(fēng)速的曲線(xiàn)變化情況。同時(shí)，還可以計(jì)算出該風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用效率，為后續(xù)齒輪箱故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

發(fā)電量數(shù)據(jù)

風(fēng)電機(jī)組的故障會(huì)導(dǎo)致其發(fā)電量的下降，因此，通過(guò)對(duì)發(fā)電量的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解風(fēng)電機(jī)組在監(jiān)測(cè)期間的發(fā)電情況，及其發(fā)電能力的下降情況，為故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)

風(fēng)電機(jī)組的最大輸出功率受限于轉(zhuǎn)矩大小，因此轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)的變化對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀況有一定的影響。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得出該風(fēng)電機(jī)組在監(jiān)測(cè)期間的運(yùn)行狀況及其異常情況，為故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

齒輪箱軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)

風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的故障往往表現(xiàn)為軸承振動(dòng)的異常升高，因此，通過(guò)對(duì)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解齒輪箱的振動(dòng)波動(dòng)情況及其異常情況，為齒輪箱故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

齒輪箱內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)

風(fēng)電機(jī)組齒輪箱中的高溫和低溫區(qū)域均容易出現(xiàn)故障，因此，通過(guò)對(duì)齒輪箱內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解齒輪箱內(nèi)部的溫度分布情況及其異常情況，為齒輪箱故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

潤(rùn)滑油溫度數(shù)據(jù)

潤(rùn)滑油的狀態(tài)是齒輪箱能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一，因此，通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解潤(rùn)滑油狀態(tài)變化情況及其異常情況，為齒輪箱故障診斷提供數(shù)據(jù)支持。

總結(jié)

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以得出以下結(jié)論：

1.該風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)期間的平均風(fēng)速較為穩(wěn)定，風(fēng)能利用率較高。

2.該風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)期間的發(fā)電量整體較為穩(wěn)定，但出現(xiàn)了部分下降情況，可能存在故障。

3.該風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)期間的轉(zhuǎn)矩存在波動(dòng)情況，其中有異常情況，可能存在故障。

4.該風(fēng)電機(jī)組齒輪箱軸承振動(dòng)整體較為穩(wěn)定，但出現(xiàn)了部分上升情況，可能存在故障。

5.該風(fēng)電機(jī)組齒輪箱內(nèi)部溫度分布狀況較為均勻，但出現(xiàn)了部分異常情況，可能存在故障。

6.該風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑油溫度整體較為穩(wěn)定，但出現(xiàn)了部分異常情況，可能存在故障。

綜