本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測，尤其涉及一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)力發(fā)電作為清潔可再生能源的快速發(fā)展，我國風(fēng)電裝機(jī)容量迅猛增長。到2022年底，我國風(fēng)電裝機(jī)容量已超3億千瓦，新增裝機(jī)容量居全球第一。目前大型風(fēng)電場集中并網(wǎng)成為趨勢，單場建設(shè)規(guī)模從十幾兆瓦快速擴(kuò)大到百兆瓦以上，裝機(jī)容量達(dá)到數(shù)百臺甚至上千臺也已屢見不鮮。針對大規(guī)模風(fēng)電場的運(yùn)維，實施高效、經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測系統(tǒng)至關(guān)重要。目前大多數(shù)風(fēng)電場仍在使用傳統(tǒng)的分散式監(jiān)控系統(tǒng)，這類系統(tǒng)在每臺風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部安裝獨立的采集設(shè)備和處理單元。各風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間無法互聯(lián)互通，采集的數(shù)據(jù)無法集中，無法建立統(tǒng)一的狀態(tài)評估模型。這種分散式系統(tǒng)存在管理維護(hù)成本高、系統(tǒng)擴(kuò)展性差、狀態(tài)評估效果差等問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起與成熟，構(gòu)建集中式、開放式的風(fēng)場監(jiān)控平臺成為可能。云平臺可以匯聚海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用云計算能力進(jìn)行深度學(xué)習(xí)等智能分析，有效提高狀態(tài)評估與故障預(yù)測的準(zhǔn)確性。同時云平臺可以統(tǒng)一接入不同廠家的機(jī)組，大幅降低系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本。因此，亟需一種面向大規(guī)模風(fēng)電場的開放式云計算監(jiān)控平臺，以適應(yīng)未來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，解決了大多數(shù)風(fēng)電場仍在使用傳統(tǒng)的分散式監(jiān)控系統(tǒng)，這類系統(tǒng)在每臺風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部安裝獨立的采集設(shè)備和處理單元，各風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間無法互聯(lián)互通，采集的數(shù)據(jù)無法集中，無法建立統(tǒng)一的狀態(tài)評估模型，這種分散式系統(tǒng)存在管理維護(hù)成本高、系統(tǒng)擴(kuò)展性差、狀態(tài)評估效果差問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含智能數(shù)據(jù)采集終端層、專用通信網(wǎng)絡(luò)層和云計算中心層，且智能數(shù)據(jù)終端安裝在每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)，構(gòu)成底層采集節(jié)點，其中通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)連接所以數(shù)據(jù)終端和云計算中心；智能數(shù)據(jù)采集終端，所述智能數(shù)據(jù)采集終端在發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件安裝傳感器，且采集運(yùn)行參數(shù)；云計算中心，所述云計算中心設(shè)有異構(gòu)存儲集群，使用spark、tensorflow技術(shù)開發(fā)狀態(tài)評估與預(yù)測模型；

4、功能模塊，所述功能模塊用于機(jī)組狀態(tài)與故障檢測，多端可視化展示監(jiān)測狀態(tài)與結(jié)果。通過在風(fēng)電機(jī)組設(shè)置智能數(shù)據(jù)采集終端，以及搭建實時穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)和云計算中心，實現(xiàn)了對海量機(jī)組數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲與智能化分析，使運(yùn)維人員可以實時掌握機(jī)組狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)與決策優(yōu)化，大幅提升了風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益與管理智能化水平。

5、優(yōu)選的，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用高速光纖或者5g專網(wǎng)，構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)或5g專網(wǎng)，覆蓋整個風(fēng)電場區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)帶寬可動態(tài)擴(kuò)展到10gbps，確保海量數(shù)據(jù)零丟包傳輸，且采用加密認(rèn)證機(jī)制，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中的泄露或被篡改。設(shè)置邊緣計算模塊，可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪、特征提取等算法處理，實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的優(yōu)化提煉，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)數(shù)字接口，保證與不同類型機(jī)組的兼容性，支持熱插拔擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建冗余備份機(jī)制，設(shè)備故障可自動切換，確保通信的高可靠性。

6、優(yōu)選的，所述云計算中心具備海量儲存和智能計算能力，實現(xiàn)對整個風(fēng)場的數(shù)據(jù)、計算和分析，且采用pb級分布式存儲系統(tǒng)，支持對時序監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲，使用tensorflow、pytorch等框架，開發(fā)各類智能狀態(tài)分析算法模型，采用虛擬化和容器化技術(shù)。配置gpu高性能計算集群，支持萬億次的浮點計算能力，構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，進(jìn)行多場景下的狀態(tài)仿真，實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，采用虛擬化和容器化技術(shù)，實現(xiàn)資源池化和服務(wù)彈性部署。

7、優(yōu)選的，所述智能數(shù)據(jù)采集終端提供本地數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)邊緣提取特征，所述智能數(shù)據(jù)采集終端支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口。在發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件安裝傳感器，采集運(yùn)行參數(shù)，提供本地數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)邊緣提取特征，提高效率，支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，具備安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力。

8、優(yōu)選的，所述云計算中心設(shè)有設(shè)計智能決策模塊，優(yōu)化發(fā)電控制策略，且web控制臺和移動app實現(xiàn)多端可視化監(jiān)控。具備可視化、預(yù)警提示、移動監(jiān)控、多語言支持等功能，智能決策系統(tǒng)，結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)，制定最優(yōu)的控制策略，機(jī)組全生命周期管理系統(tǒng)，精確掌握備件更換周期。開放api接口，支持對外應(yīng)用與系統(tǒng)集成。

9、優(yōu)選的，所述功能模塊由智能決策優(yōu)化發(fā)電控制，且指標(biāo)與模型管理、系統(tǒng)安全管理。持續(xù)優(yōu)化狀態(tài)評估與預(yù)測模型，提升準(zhǔn)確率。監(jiān)測平臺的關(guān)鍵性能指標(biāo)，滿足工業(yè)級智能運(yùn)維需求。

10、優(yōu)選的，所述風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部位如主軸、齒輪箱、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等設(shè)置具有專用功能的智能傳感器，構(gòu)成海量的分布式監(jiān)測節(jié)點，智能傳感器采用模塊化設(shè)計，可按需配置振動傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、油質(zhì)傳感器。設(shè)置邊緣計算模塊，可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪、特征提取等算法處理，實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的優(yōu)化提煉，采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)數(shù)字接口，保證與不同類型機(jī)組的兼容性，支持熱插拔擴(kuò)展。

11、優(yōu)選的，該方法包括以下步驟：

12、s1：部署網(wǎng)閘、防火墻等設(shè)施，構(gòu)建安全隔離區(qū)，防止信息系統(tǒng)遭到攻擊；

13、s2：監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)的異常，確保平臺持續(xù)高可用；

14、s3：持續(xù)優(yōu)化狀態(tài)評估與預(yù)測模型，提升準(zhǔn)確率；

15、s4：監(jiān)測平臺的關(guān)鍵性能指標(biāo)，滿足工業(yè)級智能運(yùn)維需求。

16、本發(fā)明的有益效果：

17、1、云平臺可以匯聚海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用云計算能力進(jìn)行深度學(xué)習(xí)等智能分析，有效提高狀態(tài)評估與故障預(yù)測的準(zhǔn)確性。

18、2、同時云平臺可以統(tǒng)一接入不同廠家的機(jī)組，大幅降低系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本。

技術(shù)特征：

1.一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于：包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含智能數(shù)據(jù)采集終端層、專用通信網(wǎng)絡(luò)層和云計算中心層，且智能數(shù)據(jù)終端安裝在每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)，構(gòu)成底層采集節(jié)點，其中通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)連接所以數(shù)據(jù)終端和云計算中心；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述通信網(wǎng)絡(luò)采用高速光纖或者5g專網(wǎng)，構(gòu)建光纖環(huán)網(wǎng)或5g專網(wǎng)，覆蓋整個風(fēng)電場區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)帶寬可動態(tài)擴(kuò)展到10gbps，確保海量數(shù)據(jù)零丟包傳輸，且采用加密認(rèn)證機(jī)制，防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中的泄露或被篡改。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述云計算中心具備海量儲存和智能計算能力，實現(xiàn)對整個風(fēng)場的數(shù)據(jù)、計算和分析，且采用pb級分布式存儲系統(tǒng)，支持對時序監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲，使用tensorflow、pytorch等框架，開發(fā)各類智能狀態(tài)分析算法模型，采用虛擬化和容器化技術(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述智能數(shù)據(jù)采集終端提供本地數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)邊緣提取特征，所述智能數(shù)據(jù)采集終端支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述云計算中心設(shè)有設(shè)計智能決策模塊，優(yōu)化發(fā)電控制策略，且web控制臺實現(xiàn)多端可視化監(jiān)控。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述功能模塊由智能決策優(yōu)化發(fā)電控制，且指標(biāo)與模型管理、系統(tǒng)安全管理。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于，所述風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部位如主軸、齒輪箱、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等設(shè)置具有專用功能的智能傳感器，構(gòu)成海量的分布式監(jiān)測節(jié)點，智能傳感器采用模塊化設(shè)計，可按需配置振動傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、油質(zhì)傳感器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)控與評估的云計算平臺及其方法，該平臺采用云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對分布式風(fēng)電場的統(tǒng)一監(jiān)控與健康評估。該平臺包含：數(shù)據(jù)采集終端、通信網(wǎng)絡(luò)、云計算三部分。數(shù)據(jù)采集終端布置在每一臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，實時采集運(yùn)行數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)以標(biāo)準(zhǔn)格式傳輸?shù)皆破脚_。云平臺具有海量數(shù)據(jù)存儲與計算能力，可以存儲大量機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析。云平臺建立了機(jī)組健康評估模型，可以對機(jī)組的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行評定，預(yù)測故障風(fēng)險，以指導(dǎo)現(xiàn)場遙控和維護(hù)。相比現(xiàn)有的本地化監(jiān)控系統(tǒng)，該云計算平臺實現(xiàn)了風(fēng)場集中化、統(tǒng)一化的狀態(tài)監(jiān)測與評估。

技術(shù)研發(fā)人員：劉育良,于海瀛,路忠峰,高陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱能創(chuàng)數(shù)字科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/26