過去十余年來，為應對化石能源短缺和環(huán)境污染等問題，風力發(fā)電在世界范圍內得到了迅猛發(fā)展。自2012年開始，我國風電總裝機容量一直處于世界領先地位，十余萬臺風電機組矗立在全國各地，源源不斷地向電網注入綠色電力。新形勢下面對氣候變化與二氧化碳排放壓力，我國于2020年提出“30·60”雙碳目標，即二氧化碳排放達到峰值的時間力爭控制在2030年前，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。風能具有清潔、可再生等特點，將成為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的支柱能源之一。
風電機組是風能到電能轉換的載體，受隨機風載荷激勵、極端溫差等惡劣環(huán)境影響，其核心部件，如葉片、齒輪箱、發(fā)電機等，故障率較高。由于運行于高空，地處風資源豐富的偏遠地區(qū)或海洋，風電機組的檢修維護存在較大難度。風電機組核心部件的故障會導致較長的停機時間，造成較大的發(fā)電量損失。
振動監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)機械傳動部件故障的有效手段，風電機組這類結構復雜、遠程集群運行的設備對振動監(jiān)測的需求更為強烈。結合風電機組結構參數(shù)與運行規(guī)律，振動監(jiān)測、診斷與壽命預測技術可以輔助發(fā)現(xiàn)風電機組早期故障，探明故障機理，預測核心部件的失效時刻，為風電行業(yè)的預知檢修維護提供依據(jù)，對于避免更為嚴重的故障、降低風電場經濟損失具有重大的現(xiàn)實意義。
然而，由于風電機組自身特點，針對其進行振動監(jiān)測與精確故障診斷存在挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：①風電機組傳動鏈由多組齒輪、軸承等部件組成，低速部件的各故障特征頻率之間、特征頻率與調制成分之間存在極為接近的情況，難以區(qū)分故障部件；②齒輪箱中各傳動軸旋轉頻率跨度大，高速級的振動能量容易掩蓋低速齒輪或軸承的故障特征，低速部件的診斷存在困難；③風電機組是典型的機電液一體化設備，運行中的電氣特性可能干擾機械部件的故障特征提取，增加診斷難度；④風電機組處于變速、變載荷運行工況，準確構建排除載荷干擾的健康指標用于壽命預測是目前的研究熱點。應該講，風電機組振動監(jiān)測、故障診斷與壽命預測的研究涉及振動機理、信號處理、工程優(yōu)化、機器學習等學科的交叉融合，既依托于學術前沿，又具有重要的工程價值。
目前，基于振動的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（condition monitoring system，CMS）成為主流風電機組的標準配置，為本領域的研究提供豐富的數(shù)據(jù)來源，同時也反映出設備商與運營企業(yè)對風電機組故障診斷與壽命預測技術的重視。研究團隊經過十余年的積累，對風電行業(yè)擁有了深刻的認識，出版本書旨在探討風電機組常見故障機理，分析不同部件故障特征提取與故障診斷的適用方法，給出核心部件的剩余使用壽命預測手段，為風電機組的狀態(tài)檢修與預知維護提供參考。
得益于華北電力大學這座培養(yǎng)了眾多電力人才的高等學校，作者在風力發(fā)電領域的研究與工程實施進展順利，保證了本書內容的豐富翔實。在風電機組故障診斷方面，博士生李狀、張博、碩士生史秉帥、馬海飛等做了較多工作；在壽命預測方面，博士生黎曦琳、碩士生馬玉峰、張曉龍、黃乙珂等進行了多種方法的嘗試，并取得了一些實際的應用效果。感謝龍源電力集團股份有限公司的陳鐵、華潤電力風能有限公司的張陽陽與邵德偉、北京英華達電力電子工程科技有限公司的吳仕明與唐詩堯、山東中車風電有限公司的劉海晨等為本書的研究所提供的素材及來自現(xiàn)場的眾多反饋驗證。
本書各章節(jié)的安排如下：第1章論述了風能產業(yè)的特點，介紹了多種適用于風電機組不同部件的狀態(tài)監(jiān)測技術，并綜述了傳動鏈的故障診斷方法，后提出風電機組振動診斷與預測中的技術難點；第2章介紹了風電機組的總體結構、常見的傳動鏈結構，分析了風電機組的運行控制原理，便于讀者對風電機組的運行過程具有宏觀的認識；第3章是風電機組振動監(jiān)測的基礎，內容包括傳動鏈失效原因，齒輪與軸承在故障狀態(tài)下的振動機理與故障表征，不同結構風電齒輪箱中部件故障特征頻率，分析了風電機組傳動鏈離線/在線振動監(jiān)測系統(tǒng)及相關參數(shù)，并介紹了國內外風電機組的振動評價標準；第4章涵蓋風電機組傳動鏈故障特征提取的多種方法，既涉及頻譜、包絡、倒頻譜等經典技術，也包含應對傳動鏈診斷難題的相關算法和提高診斷效率的自適應方法；第5章針對風電機組部件眾多、故障多樣的問題，提出了無監(jiān)督學習的故障識別方法，在已知故障類別的基礎上識別新類，具有較高的工程價值；第6章以風電機組中的軸承為對象，探討了軸承的健康指標構建方法和模型與數(shù)據(jù)結合的壽命預測方法，并通過實際風電機組軸承剩余使用壽命數(shù)據(jù)予以驗證。
本書內容集中了作者在風電機組故障診斷領域多年的研究成果，分析了大量的現(xiàn)場案例，可以為風電場的實際運維決策提供參考，也有助于研究者在本領域內新思路、新方法的啟發(fā)。由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。

滕偉于北京前言