[发明专利]一种集成于风机主控系统内的在线状态监测与故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及源网协调技术领域，特别是涉及一种在风电机组的主控控制系统内集成在线状态监测所需的数据采集功能及在风电场远程监控SCADA系统内集成数据分析、处理及故障诊断功能的方法。

背景技术

随着风力发电机组的单机容量越来越大，装机量也逐年增加，相关的第三产业即风电机组运行维护、监测、故障诊断等将成为行业新的增长点。而风电机组的工作环境恶劣，风速有很高的不稳定性，在交变负载的作用下，机组的传动系统等部件最容易损坏，而风电机组又安装在偏远地区且距地面甚高，维修不便，风电机组的状态监测和故障诊断在这种情况下具有重要的意义。

状态监测是降低风电机组的维修和操作成本的最有效的方式，可以监测极端工作环境下的风机状况，比如结冰并粘到叶片上引起的叶片旋转不平衡振荡，通过监测采取合适的控制措施可以防止灾害的发生，这样可以有效地降低维修费用和停机时间，避免不确知的突然故障，降低维修成本。

在运行风机状态监测及故障诊断系统中，往往需要注意监测振动信号中的突变信号，因为这些突变信号往往包含着监测对象的重要信息。并且对于风电机组运行监测过程中的传动系统旋转组件而言，变速的操作和随机的空气动力负载特征造成了监测到的振动信号多呈现周期非平稳特性，这阻碍了传统频域分析技术的应用。

目前，市场上的风电机组在线监测系统(CMS)均是一套独立的系统，如本特利内华达ADAPT.Wind状态监测系统、SKF的WindCon状态监测系统、德国申克公司(B&K)的WTAS4010状态监测系统等，均包括传感器、数据采集系统、远程数据服务器以及与之配套的数据处理、分析和诊断软件。独立系统与主控之间的交互较少，通常是通过主控读取或另外安装传感器采集发电机转速或功率，采集的数据容易受到风机运行状态切换和速度波动的影响，不利于传统分析技术的应用。

《一种基于EtherCAT总线集成CMS的风机主控系统》的专利申请(中国专利申请号201320099080.1)提出了基于使用倍福控制器的主控系统内集成状态监测CMS系统的方法，但文献并未提及主控系统与CMS系统间的触发原理及控制耦合方法，即主控系统的控制对触发状态监控与故障诊断系统的作用。

《耦合于控制系统的风电机组状态监测与故障诊断系统》的专利申请(中国专利申请号201220336371.3)，提出了通过通信或硬接线的方式将主控信号传递给CMS系统进行共享，相较于完全独立的状态监测系统而言与主控之间多了一些交互，但是该发明未提出如何利用这些交互数据来提高状态监测的效率，同时该交互仅为单向的从主控到状态监测的数据传递，而无两者之间的相互交互，并未做到数据共享。

目前大型商业化的风电机组自带有监测控制和数据获取(SCADA)系统，为提高风电场运行的稳定性和可靠性提供了强有力的技术平台和支撑，但是SCADA系统普遍缺乏对传动系统的振动监测及相关分析功能。

为了降低机组的振动信号的分析难度，提升分析效率，需要尽量排除风机运行过程中状态切换和转速的剧烈变化对监测信号的干扰，而消除此类干扰最有效的方法就是实现主控系统运行数据与状态监测系统的共享，对机组的运行状态进行分析后选择性的进行机组振动信号的采集。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种集成于风机主控系统内的在线状态监测与故障诊断方法，使在线状态监测系统共享主控系统的运行数据，通过改进主控控制的策略从而优化在线状态监测振动数据的采集，以提高振动数据分析处理的效率，通过对分析结果进行横向和纵向对比来表现机械设备的变化趋势，来对风机的大型旋转部件健康状况进行评估和诊断。

为实现上述目的，本发明集成于风机主控系统内的在线状态监测与故障诊断方法可采用如下技术方案：

一种集成于风机主控系统内的在线状态监测与故障诊断方法，包括：

安装于风电机组轴承、齿轮箱、发电机上的加速度传感器，数据采集模块，多线程主控PLC处理器，集成于主控SCADA系统内的状态监测数据分析处理及自动诊断模块，该状态监测数据分析处理及自动诊断模块包括数据存储服务器，SCADA风机监控系统，数据处理分析模块，自动诊断模块；

主控SCADA系统根据需求将机组控制到典型的运行状态专用于数据采集模块对在线状态监测振动数据的采集；所述的典型的运行状态是指当状态监测系统需要对振动数据进行采集期间，主控系统会将机组调节至恒定转速和恒定功率运行状态，无偏航动作、无影响数据采样的大型电机启停动作；