[发明专利]一种基于电气信息的风力发电机健康状态监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对风力发电机健康状态进行监测的风力发电机健康状态监测系统，该系统可以高效地监测风力发电机组的健康状态。本发明还涉及采用上述风力发电机健康状态监测系统的监测方法。

背景技术

我国风力发电发展迅猛，但在初级阶段面临故障多发的挑战。调查报告显示：某7个风场数百台风机的年平均发电时间相对规定时间差约20％，由此带来的发电经济损失达到1.7亿元，而原因则是故障停机。如果计算维修成本，经济损失将成倍增加。

风电产业期待从粗放经营向集约经营转变，不仅需要提高装机容量，更需实现高产高效。而风机故障多发却成了实现这一目标的拦路虎，甚至有某风场数十台风机安装数年来因故障而从未发电的报告。更多的情况是风机可靠性较低，而又缺乏故障预警功能，以致较小的故障未能发现、维修而发展成重大的安全和设备事故，不仅造成停机损失，而且维修费用急剧上升，甚至可能超过其产出费用。因此，国外已经出现了某风机制造商因保修其故障多发的产品导致企业入不敷出而破产的报道，风电产业必须走出此类窘境。

健康状态监测技术为风电产业脱离上述窘境提供了技术条件。健康状态监测的基本宗旨是及时发现故障，告警提示维修。它虽然不能防止故障发生，但能防患于未然。健康状态监测技术不间断地为风电设备进行健康体检，及时发现病情并指导及时治疗，能够防止小疾发展为大病，以较小的代价恢复健康，从而保持健康和延长寿命，发挥更大的经济效益。

现有的健康状态监测系统，绝大部分都是基于风机振动物理量，通过分置在风电机组数个部件之上的振动传感器，监测振动量并向振动评估模块发送信号，由评估模块根据预设的故障之进行比较，发出相应的故障和非故障信号。这种方法投入大并且技术要求高，对信号的采集环境有严格的要求，所以并没有多少真正投入实际使用。

现有的电机状态监测技术领域里，已经有单纯依靠电机输出的电气信息来监测电机的健康状态的技术，并且已经投入电机监测实际应用。相比较其他领域中应用的电机，风机由于其运行状态的随机性和波动性显得更为特殊，因此依靠电气信息监测风电机组健康状态需要新的更为有效的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可对风力发电机实时运行状态进行在线监测的基于电气信息的风力发电机健康状态监测系统；随此监测系统，本发明还提供了基于电气信息的风力发电机健康状态监测方法。

为了解决上述的技术问题，本发明基于电气信息的风力发电机健康状态监测系统，包括：

风力发电机数据采集模块，用于从风力发电机组提取所需的电流和功率信号，以及风力发电机相关基本信息；所述风力发电机相关基本信息包括获得风速、转子转速等基本信息。

信号预处理模块，用于对风力发电机功率信号进行预处理。通过风速和风机转子转速等机械量推算出风力发电机应有输出功率；比较实际输出功率和应有输出功率，如若偏差过大，则输出报警信号并输出监测信息到工作人员远程控制界面，否则进入信号处理模块。

信号处理模块，用于对风力发电机输出电流信号进行处理，通过离散小波去除信号噪声，再通过连续小波提取信号特征频率，对比正常特征频率频谱和实际信号特征频率频谱，输出监测结果，如若发现故障频谱分量，报警并输出故障信息和故障频谱到远程控制界面。

监控输出模块，用于输出监控信息和报警信号。

本发明的基于电气信息的风力发电机健康状态监测方法，包括如下步骤：

1)从风力发电机获取风力发电机环境数据、运行状态物理量和输出电气信息；

2)对风力发电机数据采集模块获得的风力发电机环境数据和运行状态物理量进行处理，预估得风力发电机应有输出功率，对比实际输出功率，如若偏差过大，则输出报警信号；

3)对风力发电机数据采集模块获得的风力发电机输出电流信号进行处理，首先通过离散小波去除信号噪声，再通过连续小波提取信号特征频率，对比正常特征频率频谱和实际信号特征频率频谱，输出监测结果，如若发现故障频谱分量，报警并输出故障信息和故障频谱。

在所述步骤1)中，从风力发电机获取风力发电机环境数据为风速，运行状态物理量为转子转速，电气信息为输出电流和功率。

在所述步骤2)中，风力发电机应有输出功率为P_e，