[发明专利]一种风力发电机组状态监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及复合式风力发电机组状态监控系统。

背景技术

风力发电单位发电成本已经基本接近火电发电成本，是目前所有可再生能源中最具商业价值，最具推广现实的能源种类。在目前风力发电机组机械故障中，传动系统机械故障是故障率最高因素之一，特别是针对双馈异步风力发电机组传动系统的故障已严重影响到风电场运营经济效益，一些早期运行的风电场已出现大批量的齿轮箱及机械传动系统故障。目前我国风电场运营保障水平十分低下，几乎所有的风电场都采用基于故障的维护方式，维护成本居高不下，维护资源利用率严重不足。同时由于针对机组故障特别是机械故障目前通常采用的都是基于故障的维修方式，维护成本极高，同时运营维护资源利用率极低，迫切需要提高运营维护自动化水平。

风力发电机组属于大型旋转机械设备，其旋转装置位于塔基的顶部，与传统大型旋转机械旋转装置位于地面有显著的区别；同时由于外部风速的随机性和波动性，其运行工况也复杂多变，常常出现突发性、偶然性、间歇性大系统多组件耦合性故障，而传统的大型旋转机械运行工况相对单一，故障多表现为传动系统疲劳损伤和老化性故障。因此，在进行风力发电状态评估及故障诊断时，需要结合风力发电机组运行原理、整机设计技术、整机控制技术等综合诊断，其故障特征也相对于传统的大型旋转机械典型故障特征更为复杂。

现有技术中，风力发电机组状态监控系统通常只监测机舱传动链关键点的振动信号，通过对监控的振动信号分析处理，实现传动系统运行状态评估，组件环节寿命预测，故障隐患挖掘等功能。现有风力发电机组状态监控系统实现技术方法主要存在以下问题：

1、无法实现实时状态监控：风力发电区别于传统的火电、水电，单机装机容量较小，是典型的分布式供能。对于在风电场内各台风力发电机组安装布置风电状态监控系统，需要在各台风力发电机组内分别构建传感器监测网络。现有风力发电机组状态监控系统技术采用上位监控系统统一数据处理架构，即各台风力发电机组直接将状态监控信息传输给上位监控系统集中数据处理，由于风电场内各台机组实时监控数据量庞大，受制于上位系统监控信息处理速度以及监控网络数据传输速度，现有风力发电机组状态监控系统集中数据处理架构体系不能有效的实现连续状态监控，难以实现对突发性、偶然性、间歇性故障信号的有效监控。

2、无法实现多类型信号接入：现有风电状态监控主要以机械振动监测为主，由于监控信息接入种类不全，不能实现风电机械设备全息化状态信息综合有效获取，对风电整机运行状态难以实现准确评估。在现有其它已知技术中，除了振动信息以外，包括安防、视频、音频、温度、压力、转速、载荷、应力、油品油质等信息均可以在一定程度上反映风电机组及相关核心组件运行状态，因此通过多类型信号接入，构建完善的传感器信号采集网络可进一步提升风电状态监控系统的有效性和实用性。

发明内容

一种风力发电机组状态监控系统，既可以采集监控直接接触式传感器数据也可以采集监控非直接接触式监控信息，实现传动系统运行状态评估，组件环节寿命预测，故障隐患挖掘，其特征在于：由下至上分为位于风电机组中的传感器网络层a、位于机舱内部的前端数据处理层b、位于风电场中控室的后端数据处理层c以及位于远程监控中心的远程数据通信层d组成。

所述传感器网络层a同时接收前端数据处理层b发送的控制命令，相应的被控传感器及传感器监控网络依据前端数据处理层b发送的控制信息完成对应的控制动作及状态配置。

所述前端数据处理层b对所接收传感器网络层a传感器监控信息进行处理后，通过工业现场总线将处理后信息发送至后端数据处理层c的后端处理器；同时前端数据处理层b也向传感器网络层a发送相关控制配置信息，并接收后端数据处理层c发送的控制信息。

所述前端数据处理层b由分布在各台风力发电机组机舱的前端处理器构成， 前端处理器功能包括但不仅限于数据预处理功能、自检功能、突发故障处理功能、本地报警功能、逻辑控制功能以及数据双向通讯功能。

所述后端数据处理层c主要接收前端数据处理层b的机组监控信息，同时通过后端处理器发送对前端数据处理层b的控制信息，实现与前端数据处理层b的双向通讯；此外，后端数据处理层c还将后端处理器处理后的数据发送至远程数据通信层d，并接收远程数据通信层d发送的通讯访问及控制信号。

所述后端数据处理层c包括但不仅限于设置在风电场中控室的后端处理器、后端数据库及人机交互平台。

通过后端处理器实现功能包括但不仅限于机械故障智能诊断功能、基于实时监控信息变化趋势的优化维护维修功能 、应急调度指挥功能。