專利名稱：一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統的制作方法
技術領域：
一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統技術領域[0001]本實用新型涉及風電機組的狀態監測與故障診斷技術領域，特別是涉及一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統。
背景技術：
[0002]風能是太陽能的一種轉換形式，取之不盡、用之不竭。在將風能轉換為電能的過程中，不會產生任何有害氣體和廢料，不污染環境，因而風能的利用受到世界各國政府的廣泛重視。近幾年，風力發電產業進入一個高速增長期。[0003]風力發電機組(簡稱風電機組)是將風能轉化為電能的裝置，其運行狀況是否正常直接影響著風電的產量，風電機組的故障可能導致自身零件的損壞，甚至有可能造成更嚴重的后果。為了保障風電機組的安全運行，就需要對風電機組的運行狀況進行監測，對可能發生的故障進行及時診斷。[0004]現有的風電機組的狀態監測與故障診斷的技術，是通過對風電機組所發出的振動信號進行定期監測，利用振動頻率是否與正常情況有差異來判斷其運行狀態，從而提前發現潛在的故障部位，及時進行檢修。但是，現有技術僅利用振動頻率作為診斷風電機組的運行狀態和故障的唯一依據，其準確度比較差，常常出現誤判，影響風電生產效率。發明內容[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統，能提高狀態監測和故障診斷的準確度。[0006]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統，該系統包括信號調理模塊、數據采集模塊、機艙控制柜、中央控制器、數據庫服務器以及設置于所述風電機組的機艙內部的加速度傳感器；其中，[0007]所述加速度傳感器連接所述信號調理模塊；[0008]所述信號調理模塊和所述機艙控制柜分別與所述數據采集模塊相連；[0009]所述數據采集模塊與所述中央控制器具有通信連接；[0010]所述中央控制器與所述數據庫服務器相連。[0011]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進[0012]進一步，所述中央控制器設置于所述風電機組的中央監控室內。[0013]進一步，所述機艙控制柜與所述數據采集模塊通過CAN總線相連。[0014]進一步，所述信號調理模塊包括順次相連的濾波器、功率放大器和模數轉換器；[0015]所述模數轉換器與所述數據采集模塊相連。[0016]進一步，還包括與所述中央控制器相連的報警器。[0017]進一步，還包括與所述中央控制器相連的終端設備。[0018]進一步，述終端設備包括顯示裝置。[0019]進一步，所述終端設備包括輸入裝置。[0020]本實用新型的有益效果是本實用新型中，加速度傳感器將檢測到的風電機組機艙內的振動信息以電信號的形式發送到信號調理模塊，信號調理模塊對其進行處理后，即將得到的適合數據采集模塊識別的數據發送到數據采集模塊；機艙控制柜與數據采集模塊也相連，就可以將其從風電機組其他設備獲得的實時過程量信號(如發電機轉速、有功功率、無功功率、發電機勵磁電流、齒輪箱潤滑油溫等)發送到數據采集模塊，這樣，數據采集模塊就可以將信號調理模塊送來的含有風電機組振動信息的數據與機艙控制柜送來的實時過程量信號封裝成數據包發送到中央控制器，由中央控制器進行分析，計算得到時域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和頻域特征值，并根據ISO國際振動標準并結合該風電機組的振動特性來設置該風電機組的時域報警值、頻域報警值以及停機值，在任一時域特征值、頻域特征值超過相應預定的報警值時，中央控制器轉入故障診斷程序，例如，可以采用模糊聚類分析方法，根據經驗、資料統計和故障機理來分析建立征兆論域與故障論域之間的模糊關系矩陣，確定引起風電機組振動過大的原因。在該過程中，數據庫服務器能夠保存中央控制器所接收的數據、實時過程量信號，同時還預存各種模糊關系矩陣以及該風電機組的時域報警值、頻域報警值和停機值。可見，本實用新型結合了振動數據與實時過程量信號兩方面的信息來對風電機組的狀態監測與故障診斷，其準確度要比現有技術高得多。


[0021]圖1為本實用新型提出的風電機組的狀態監測與故障診斷系統的結構圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。[0023]圖1為本實用新型提出的風電機組的狀態監測與故障診斷系統的結構圖。如圖1 所示，該系統包括信號調理模塊102、數據采集模塊103、機艙控制柜104、中央控制器105、 數據庫服務器106以及設置于風電機組的機艙內部的加速度傳感器101。[0024]如圖1所示，加速度傳感器101的數量為一個以上，其設置于機艙內部需要監測振動情況的位置。加速度傳感器是一種能檢測到加速度并將其轉換成電信號輸出的傳感器， 通過對其測得的電信號進行分析，可獲得機艙內部加速度傳感器所在位置的振動信息。[0025]各加速度傳感器101連接信號調理模塊102，從而將電信號輸出到信號調理模塊 102。這里的信號調理模塊102承擔著將電信號轉換為數據采集模塊103能夠識別的數據的職責，具體的，信號調理模塊102可以包括順次相連的濾波器、功率放大器和模數轉換器， 從而依次實現對電信號的濾波、放大和模數轉換，最終得到表征加速度傳感器101所在位置的振動信息的數字信號。[0026]圖1中，信號調理模塊102和機艙控制柜104分別與數據采集模塊103相連，在信號調理模塊102包括濾波器、功率放大器和模數轉換器的情況下，可將模數轉換器與數據采集模塊103相連。[0027]這樣，信號調理模塊102(進一步，其中的模數轉換器)所得到的數字信號即被輸出到數據采集模塊103。機艙控制柜104是風電機組的一個固有組件，其可對風電機組運行過程中的一些實時過程量信號(如發電機轉速、有功功率、無功功率、發電機勵磁電流、4齒輪箱潤滑油溫等)進行分析處理，本實用新型將機艙控制柜104與數據采集模塊103相連，可將機艙控制柜104中的實時過程量信號發送到數據采集模塊103，由此，數據采集模塊103處就同步集中了風電機組運行過程中的振動信息(即上述的數字信號)和實時過程量信號，其可將這兩種信號封裝為一個數據包，通過將數據采集模塊103與中央控制器105 進行通信連接，上述的數據包即被送到中央控制器105，接著就可以被中央控制器105送到與其相連的數據庫服務器106進行保存了。[0028]通常情況下，在風電機發生故障的前后，除了伴隨有振動從小到大的變化之外，一定還會伴隨有實時過程量信號的變化，如軸承磨損會伴隨滾動軸承潤滑脂溫度的升高，發電機轉子熱彎曲會伴隨發電機勵磁電流的增大等，因此，本實用新型在監測風電機組的運行狀況以及診斷風電機組的故障時，可將風電機組的實時過程量信號與表征振動信息的數字信號同時接入中央控制器，通過將功率變化趨勢、齒輪箱潤滑油溫變化趨勢、發電機勵磁電流變化趨勢等過程量變化趨勢與振動變化趨勢作對比，判斷振動發生的可能原因，進而將這些特征數據作為故障征兆域信息，通過模糊數學的聚類理論計算出可能的故障原因。[0029]由此可見，本實用新型中，加速度傳感器將檢測到的風電機組機艙內的振動信息以電信號的形式發送到信號調理模塊，信號調理模塊對其進行處理后，即將得到的適合數據采集模塊識別的數據發送到數據采集模塊；機艙控制柜與數據采集模塊也相連，就可以將其從風電機組其他設備獲得的實時過程量信號(如發電機轉速、有功功率、無功功率、發電機勵磁電流、齒輪箱潤滑油溫等)發送到數據采集模塊，這樣，數據采集模塊就可以將信號調理模塊送來的含有風電機組振動信息的數據與機艙控制柜送來的實時過程量信號封裝成數據包發送到中央控制器，由中央控制器進行分析，計算得到時域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和頻域特征值，并根據ISO國際振動標準并結合該風電機組的振動特性來設置該風電機組的時域報警值、頻域報警值以及停機值，在任一時域特征值、頻域特征值超過相應預定的報警值時，中央控制器轉入故障診斷程序，例如，可以采用模糊聚類分析方法，根據經驗、資料統計和故障機理來分析建立征兆論域與故障論域之間的模糊關系矩陣， 確定引起風電機組振動過大的原因。在該過程中，數據庫服務器能夠保存中央控制器所接收的數據、實時過程量信號，同時還預存各種模糊關系矩陣以及該風電機組的時域報警值、 頻域報警值和停機值。可見，本實用新型結合了振動數據與實時過程量信號兩方面的信息來對風電機組的狀態監測與故障診斷，其準確度要比現有技術高得多。[0030]上述的模糊關系矩陣可以包括如下三種類型[0031]第一種根據振動與頻譜的關系建立的“頻譜特性關系矩陣”；[0032]第二種根據振動與運行工況的關系建立的“運行特性關系矩陣”；[0033]第三種根據振動部位的不同所建立的“振動特性關系矩陣”。[0034]診斷時，中央控制器根據模糊數學理論的閾值原則、最大隸屬度原則和聚類中心向量即可診斷出引起風電機組振動過大的原因。[0035]通常情況下，中央控制器105是設置于風電機組的中央監控室內的，數據采集模塊103則一般設置于靠近風電機組的位置，如機艙內部等，這樣，數據采集模塊103與中央控制器105之間的通信連接就有多種實現方式，如有線方式、無線方式等。[0036]本實用新型中，機艙控制柜104與數據采集模塊103之間的通信鏈路是提高該系統的狀態監測和故障診斷的準確度的保障，因而二者之間的通信必須可靠，一個較佳實施例為二者之間通過控制器局域網絡(CAN)總線相連。[0037]如圖1所示，該系統還可以包括與中央控制器105相連的報警器107，這樣，中央控制器105在判斷出風電機組的故障情況后，可以通過報警的方式將故障信息通知給維護人員，有利于風電機組維護的及時有效。[0038]除了報警器107，本實用新型還可以設置與中央控制器105相連的終端設備108， 這樣，中央控制器105所獲得的各種數據、監測到的風電機組的運行狀態、診斷出的故障信息都可以實時提供給維護人員，實現了人機交互，保證了風電機組運行信息的有效反饋。這里的終端設備108包括顯示器、觸摸屏等顯示裝置，也可以包括鍵盤、鼠標、觸摸屏等輸入直ο[0039]由此可見，本實用新型具有以下優點[0040](1)本實用新型中，加速度傳感器將檢測到的風電機組機艙內的振動信息以電信號的形式發送到信號調理模塊，信號調理模塊對其進行處理后，即將得到的適合數據采集模塊識別的數據發送到數據采集模塊；機艙控制柜與數據采集模塊也相連，就可以將其從風電機組其他設備獲得的實時過程量信號(如發電機轉速、有功功率、無功功率、發電機勵磁電流、齒輪箱潤滑油溫等)發送到數據采集模塊，這樣，數據采集模塊就可以將信號調理模塊送來的含有風電機組振動信息的數據與機艙控制柜送來的實時過程量信號封裝成數據包發送到中央控制器，由中央控制器進行分析，計算得到時域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和頻域特征值，并根據ISO國際振動標準并結合該風電機組的振動特性來設置該風電機組的時域報警值、頻域報警值以及停機值，在任一時域特征值、頻域特征值超過相應預定的報警值時，中央控制器轉入故障診斷程序，例如，可以采用模糊聚類分析方法，根據經驗、資料統計和故障機理來分析建立征兆論域與故障論域之間的模糊關系矩陣，確定引起風電機組振動過大的原因。在該過程中，數據庫服務器能夠保存中央控制器所接收的數據、實時過程量信號，同時還預存各種模糊關系矩陣以及該風電機組的時域報警值、頻域報警值和停機值。可見，本實用新型結合了振動數據與實時過程量信號兩方面的信息來對風電機組的狀態監測與故障診斷，其準確度要比現有技術高得多。[0041](2)本實用新型包括與中央控制器相連的報警器，這樣，中央控制器在判斷出風電機組的故障情況后，可以通過報警的方式將故障信息通知給維護人員，有利于風電機組維護的及時有效。[0042](3)本實用新型設置了與中央控制器相連的終端設備，這樣，中央控制器所獲得的各種數據、監測到的風電機組的運行狀態、診斷出的故障信息都可以實時提供給維護人員， 實現了人機交互，保證了風電機組運行信息的有效反饋。[0043]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統，其特征在于，該系統包括信號調理模塊、數據采集模塊、機艙控制柜、中央控制器、數據庫服務器以及設置于所述風電機組的機艙內部的加速度傳感器；其中，所述加速度傳感器連接所述信號調理模塊；所述信號調理模塊和所述機艙控制柜分別與所述數據采集模塊相連；所述數據采集模塊與所述中央控制器具有通信連接；所述中央控制器與所述數據庫服務器相連。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述中央控制器設置于所述風電機組的中央監控室內。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述機艙控制柜與所述數據采集模塊通過CAN總線相連。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述信號調理模塊包括順次相連的濾波器、功率放大器和模數轉換器；所述模數轉換器與所述數據采集模塊相連。
5 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括與所述中央控制器相連的報警器。
6.根據權利要求1-5中任一權利要求所述的系統，其特征在于，還包括與所述中央控制器相連的終端設備。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述終端設備包括顯示裝置。
8.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述終端設備包括輸入裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種風電機組的狀態監測與故障診斷系統。該系統包括信號調理模塊、數據采集模塊、機艙控制柜、中央控制器、數據庫服務器以及設置于風電機組的機艙內部的加速度傳感器；其中，加速度傳感器連接信號調理模塊；信號調理模塊和機艙控制柜分別與數據采集模塊相連；數據采集模塊與中央控制器具有通信連接；中央控制器與數據庫服務器相連。本實用新型能提高狀態監測和故障診斷的準確度。
文檔編號F03D7/00GK202326011SQ20112050962
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者朱玉斌, 梁志敏, 汪峰, 汪曉, 榮浩天 申請人:華銳風電科技(集團)股份有限公司