專利名稱：風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及風(fēng)電機(jī)組的監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，工作條件惡劣。為了提高大型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性和使用壽命，研究開發(fā)風(fēng)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)是一項(xiàng)十分重要 的工作。目前，國外兆瓦級(jí)以上機(jī)組普遍采用變速變槳距控制技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，正 處于功能完善化、運(yùn)行穩(wěn)定化、技術(shù)智能化的方向發(fā)展。在風(fēng)電機(jī)組建模方面，從1977年開始國外研究人員就采用建模方式分析研究風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械及動(dòng)力學(xué)特性。此后，國外研究人員還建立了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的完整的動(dòng)態(tài)模型以及控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，主要是為了對(duì)其控制方式進(jìn)行研 究。這些都為解決并網(wǎng)型風(fēng)力機(jī)的并網(wǎng)控制和功率調(diào)節(jié)問題奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還 出現(xiàn)了多組風(fēng)電機(jī)組的模型，采用功率模型來考慮風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)力機(jī)組的布置、尾流效應(yīng)對(duì) 風(fēng)力機(jī)輸出功率的影響等。國外有關(guān)機(jī)構(gòu)還建立了完整的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模型，對(duì)風(fēng)電場(chǎng) 進(jìn)行控制和研究。目前，國際上在兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)研究方面已經(jīng)對(duì)載荷優(yōu)化、 在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制方面有了一定的研究。例如，法國Clipper風(fēng)能技術(shù)公司(Clipper Windpower Technology, INC.)已經(jīng)對(duì)風(fēng)輪掃掠面的風(fēng)流變化和塔架的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)研究， 所獲得的這些數(shù)據(jù)都將用在控制系統(tǒng)中以調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)、調(diào)節(jié)控制器、控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、 減少塔架的振動(dòng)等。丹麥維斯塔斯(Vestas Wind SystemsA/S)已經(jīng)對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)中的獨(dú)立 變槳控制技術(shù)展開了研究。其中，部分研究?jī)?nèi)容已經(jīng)轉(zhuǎn)化為成熟技術(shù)。風(fēng)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在國外也已有應(yīng)用，但缺乏一個(gè)面向整機(jī)組所有重要部件 關(guān)鍵參數(shù)的綜合性在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，有些在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有信號(hào)預(yù)處理能力，與傳 統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比有了很大改進(jìn)。國外風(fēng)電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)發(fā)展很快，近年來也有 將模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入專家系統(tǒng)，構(gòu)成模糊專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障診斷專家系 統(tǒng)，這些模型改善了知識(shí)獲取的瓶頸問題，但是這些模型也存在不足之處，如冗余的故障信 息處理問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，它對(duì) 風(fēng)電機(jī)組整個(gè)機(jī)組所有重要部件關(guān)鍵參數(shù)的綜合性都實(shí)行了在線監(jiān)測(cè)，并通過事故預(yù)警程 序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警；通過故障診斷專家程序軟件對(duì)運(yùn) 行情況給出診斷，提高大型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性和使用壽命，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，各類傳感器對(duì)風(fēng)電機(jī)組中的風(fēng)力機(jī)、主軸、軸承、齒輪箱、異步發(fā)電機(jī)、偏航機(jī)構(gòu)、機(jī)艙和塔架進(jìn)行如下原始信號(hào)取樣a)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行信號(hào)取樣；b)溫度溫度傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱油溫、高速軸承溫度和機(jī)組環(huán)境溫度 進(jìn)行溫度信號(hào)取樣；c)油位油位傳感器對(duì)潤(rùn)滑油位和液壓系統(tǒng)油位進(jìn)行信號(hào)取樣；d)振動(dòng)振動(dòng)傳感器對(duì)齒輪箱振動(dòng)、主軸振動(dòng)、軸承振動(dòng)進(jìn)行信號(hào)取樣；將上述各類傳感器取得的信號(hào)經(jīng)適配電路處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并上傳至上位計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警。計(jì)算機(jī)中的故障診斷專家程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出診斷結(jié)論并在顯示 器上文字顯示。所述計(jì)算機(jī)中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并以文字、 LED或語音形式顯示。所述計(jì)算機(jī)中的事故預(yù)警程序軟件將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)與事先 設(shè)定的上限值進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)越限，則觸發(fā)安全控制系統(tǒng)采取相應(yīng)的安保動(dòng)作，比如電壓 過高則要求機(jī)組脫網(wǎng)。所述計(jì)算機(jī)中的事故預(yù)警程序軟件將檢測(cè)到的機(jī)組各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)作為故障 征兆數(shù)據(jù)，判別其是否異常，從而啟動(dòng)故障診斷專家程序軟件進(jìn)行故障分析。所述故障診斷專家系統(tǒng)采用模糊理論及粗糙集等方法來構(gòu)建，對(duì)數(shù)據(jù)的分析將采 用主元分析結(jié)合獨(dú)立成分分析等方法。所述現(xiàn)場(chǎng)控制器為PLC或單片機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、它對(duì)風(fēng)電機(jī)組整個(gè)機(jī)組所有重要部件關(guān)鍵參數(shù)都實(shí)行了在線監(jiān)測(cè)，并通過事故 預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警；通過故障診斷專家程序軟 件對(duì)運(yùn)行情況給出診斷，提高我國大型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性和使用壽命，提高風(fēng)電 機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。降低風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)成本，提高年發(fā)電量，因此其市場(chǎng)和利潤(rùn)空間很大。2、基于專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷與預(yù)警的風(fēng)電機(jī)組一體化在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng) 可以在不影響風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)下實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化等信 息，利用主元分析(PCA)與獨(dú)立成分分析(ICA)等方法對(duì)風(fēng)電機(jī)組的狀況做出分析，以達(dá)到 故障預(yù)警的目的。從而提高設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，并降低維修 成本。3、利用模糊理論及粗糙集等方法構(gòu)建風(fēng)電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)專 家系統(tǒng)知識(shí)獲取的瓶頸和推理單調(diào)性等問題，具有更新知識(shí)容易，規(guī)則易于理解等優(yōu)點(diǎn)，從 而提高風(fēng)電機(jī)組的故障診斷正確率。4、提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)建立風(fēng)電機(jī)組設(shè)備事故預(yù)警模型，能根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)自動(dòng)判別機(jī)組設(shè)備是否異常，并啟動(dòng)相關(guān)的故障診斷程序，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。5、使用本發(fā)明可以有效降低結(jié)構(gòu)疲勞載荷，提高發(fā)電量。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本發(fā)明的其中一種實(shí)施方式的原理示意圖；圖3為本發(fā)明的另一種實(shí)施試的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例，見圖1 3所示，風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，各類傳感器2 對(duì)風(fēng)電機(jī)組1中的風(fēng)力機(jī)、主軸、軸承、齒輪箱、異步發(fā)電機(jī)、偏航機(jī)構(gòu)、機(jī)艙和塔架進(jìn)行如 下原始信號(hào)取樣a)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行信號(hào)取樣；b)溫度溫度傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱油溫、高速軸承溫度和機(jī)組環(huán)境溫度 進(jìn)行溫度信號(hào)取樣；c)油位油位傳感器對(duì)潤(rùn)滑油位和液壓系統(tǒng)油位進(jìn)行信號(hào)取樣；d)振動(dòng)振動(dòng)傳感器對(duì)齒輪箱振動(dòng)、主軸振動(dòng)、軸承振動(dòng)進(jìn)行信號(hào)取樣；將上述各類傳感器取得的信號(hào)經(jīng)適配電路3處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制器5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并并上傳至上位計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)6中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警。計(jì)算機(jī)6中的故障診斷專家程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出診斷結(jié)論并在顯 示器7上文字顯示。所述計(jì)算機(jī)6中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并以文字、 LED或語音形式顯示。所述計(jì)算機(jī)6中的事故預(yù)警程序軟件將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)與事 先設(shè)定的上限值進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)越限，則觸發(fā)安全控制系統(tǒng)采取相應(yīng)的安保動(dòng)作，比如電 壓過高則要求機(jī)組脫網(wǎng)。所述計(jì)算機(jī)6中的事故預(yù)警程序軟件將檢測(cè)到的機(jī)組各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)作為故 障征兆數(shù)據(jù)，判別其是否異常，從而啟動(dòng)故障診斷專家程序軟件進(jìn)行故障分析。所述故障診斷專家系統(tǒng)采用模糊理論及粗糙集等方法來構(gòu)建，對(duì)數(shù)據(jù)的分析將采 用主元分析結(jié)合獨(dú)立成分分析等方法。所述現(xiàn)場(chǎng)控制器5為PLC或單片機(jī)。其中，1、溫度傳感器可采用PT100、AD590、DS18B20等；2、轉(zhuǎn)速傳感器可采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器如Hal-12、HE-Ol等；3、油位傳感器可采用如6PR 008079-2、4G24等4、振動(dòng)傳感器可采用如霍爾振動(dòng)傳感器、電流渦流振動(dòng)傳感器、微型全向振動(dòng)器 m315161 等；5、用于單片機(jī)控制的A/D轉(zhuǎn)換器，可采用ADC0809、TLC1549、TLC0831等；用于 PLC控制的A/D轉(zhuǎn)換器，比如PLC為三菱FX2N，則可采用FX2N_4AD等；6、單片機(jī)芯片繁多，常規(guī)如AT89S51、AT89S52等；PLC種類亦是繁多，如三菱FX2N、西門子、歐姆龍等。圖2所示為控制器采用單片機(jī)模式。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)控制器5處理后的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給上 位計(jì)算機(jī)6處理。圖3所示為控制器采用可編程控制器(PLC)模式。
權(quán)利要求
風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于各類傳感器(2)對(duì)風(fēng)電機(jī)組(1)中的風(fēng)力機(jī)、主軸、軸承、齒輪箱、異步發(fā)電機(jī)、偏航機(jī)構(gòu)、機(jī)艙和塔架進(jìn)行如下原始信號(hào)取樣a)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行信號(hào)取樣；b)溫度溫度傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱油溫、高速軸承溫度和機(jī)組環(huán)境溫度進(jìn)行溫度信號(hào)取樣；c)油位油位傳感器對(duì)潤(rùn)滑油位和液壓系統(tǒng)油位進(jìn)行信號(hào)取樣；d)振動(dòng)振動(dòng)傳感器對(duì)齒輪箱振動(dòng)、主軸振動(dòng)、軸承振動(dòng)進(jìn)行信號(hào)取樣；將上述各類傳感器取得的信號(hào)經(jīng)適配電路(3)處理后，再經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(4)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)控制器(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并上傳至上位計(jì)算機(jī)(6)；計(jì)算機(jī)(6)中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警；計(jì)算機(jī)(6)中的故障診斷專家程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出診斷結(jié)論并在顯示器(7)上文字顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算 機(jī)(6)中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并以文字、LED或語音形式顯不。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算 機(jī)(6)中的事故預(yù)警程序軟件將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)與事先設(shè)定的上限值 進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)越限，則觸發(fā)安全控制系統(tǒng)采取相應(yīng)的安保動(dòng)作，比如電壓過高則要求機(jī) 組脫網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算 機(jī)(6)中的事故預(yù)警程序軟件將檢測(cè)到的機(jī)組各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)作為故障征兆數(shù)據(jù)，判別 其是否異常，從而啟動(dòng)故障診斷專家程序軟件進(jìn)行故障分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于采用 模糊理論及粗糙集等方法來構(gòu)建故障診斷專家系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)的分析將采用主元分析結(jié)合獨(dú) 立成分分析等方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng) 控制器(5)為PLC或單片機(jī)。
全文摘要
風(fēng)電機(jī)組集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)，各類傳感器對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行原始信號(hào)取樣，將上述各類傳感器取得的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給現(xiàn)場(chǎng)控制器，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳送給上位計(jì)算機(jī)，包括集中和遠(yuǎn)程二種方式；計(jì)算機(jī)中的事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警；計(jì)算機(jī)中的故障診斷專家程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出診斷結(jié)論并在顯示屏上文字顯示。它對(duì)風(fēng)電機(jī)組整個(gè)機(jī)組所有重要部件關(guān)鍵參數(shù)的綜合性都實(shí)行了在線監(jiān)測(cè)，并通過事故預(yù)警程序軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷后得出結(jié)論并進(jìn)行事故預(yù)警；通過故障診斷專家程序軟件對(duì)運(yùn)行情況給出診斷，提高大型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性和使用壽命，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101825893SQ20101016307
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者王培良, 顏文俊 申請(qǐng)人:湖州師范學(xué)院