[发明专利]一种基于无线网络的风电机组振动状态监测系统

权利要求书

1.一种基于无线网络的风电机组振动状态监测系统，其特征在于：包括数据采集单元、无线传输单元和数据处理及故障诊断单元；

所述数据采集单元包括振动传感器模块、综合采集处理模块和微型工控机，所述振动传感器模块的输出端连接综合采集处理模块的输入端，综合采集处理模块的输出端连接微型工控机的输入端；

所述振动传感器模块包括加速度传感器、声音传感器、转速传感器；其中加速度传感器包括低频加速度传感和中频加速度传感器，低频加速度传感器分别安装在主轴前轴承水平位置、主轴后轴承轴向位置、齿轮箱一级行星齿轮水平位置；中频加速度传感器分别安装在齿轮箱二级行星齿轮垂直位置、齿轮箱中间轴轴向位置、齿轮箱高速轴输出端水平位置、发电机驱动端水平位置、发电机非驱动端水平位置；声音传感器分别安装在齿轮箱底部和机舱；转速传感器安装在发电机驱动端的刹车盘附近；

所述综合采集处理模块包括安装在机舱内的一个或多个同步数据采集卡和光电转换模块，同步数据采集卡通过光电转换模块和光纤与微型工控机连接，同步采集卡用于采集、处理振动传感器信号，光电转换器用于同步数据采集卡和微型工控机之间光纤信号的转换，共同完成振动传感器信号的可靠传输；

所述微型工控机安装在塔底，微型工控机与综合采集处理模块之间通过光纤连接；所述微型工控机中存储有监测软件程序一和数据库一，通过执行该程序一使微型工控机实现的功能包括，控制振动传感器模块和综合采集处理模块对风电机组振动状态进行实时监测、对监测数据进行实时分析和存储，同时，通过峰值、有效值、峭度值、峰值因数、脉冲因数、波峰因子、裕度因数这些特征参数设定不同级别的报警阈值，当采集的某传感器测定值超过设定报警阈值时，则根据系统预设的控制策略向数据处理及故障诊断单元发送报警信息和报警前后的部分数据；

所述数据处理及故障诊断单元包括设于风电场控制中心的一套服务器，该套服务器中存储有风电机组振动状态监测软件程序和故障诊断软件程序，能与各个风电机组的微型工控机中的监测软件程序一进行同步交互，当服务器中的程序被执行时，该套服务器实现的功能为：接收和处理各个风电机组内微型工控机回传的数据，通过DataSocket技术对各个风电机组的运行状态、通信状态进行同步监测，根据系统预设的控制策略对各个风电机组的实时数据和历史数据进行综合分析与诊断；

所述数据处理及故障诊断单元的一套服务器具体包括应用服务器、备份服务器、数据库服务器和故障诊断服务器；应用服务器中安装有风电机组振动状态监测软件程序二，能与各个风电机组的微型工控机中的监测软件程序一进行同步交互，该监测软件程序二被执行时，使系统实现的功能为，监测各机组的运行状态，包括运行、停机、预警的情况，监测无线网络的信号强度、吞吐量、连接情况，执行整个系统的控制策略，同时对每个风电机组的数据采集单元进行参数修改；备份服务器负责应用服务器的冗余，防止应用服务器故障而影响整个系统；数据库服务器负责存储经过无线传输网络传输过来的各个风电机组的部分数据，用于系统的故障诊断；故障诊断服务器中安装有故障诊断软件程序一，该故障诊断软件程序一被执行时使故障诊断服务器实现的功能为，根据数据库服务器中各个风电机组的部分数据对各个风电机组的故障进行详细的图谱分析；

各个风电机组的数据采集单元与数据处理及故障诊断单元之间通过特定的无线传输单元进行数据通信；所述无线传输单元采用的无线传输网络为主干网与子网相结合的模式，与风电场原有的光纤环网完全独立，其中主干网负责数据远传，子网负责局部数据汇聚，以中继的方式扩大无线覆盖范围；

所述无线传输单元包括多个无线发射终端、多个无线中继模块和多个无线接收终端；所述微型工控机通过多模光纤或者室外屏蔽网线与无线发射终端进行双向无线连接，将采集的数据输入无线传输单元进行无线传输，各无线发射终端通过所述特定的无线传输网络经由无线中继模块的接力与无线接收终端进行双向无线连接，无线接收终端与数据处理及故障诊断单元之间通过多模光纤或者室外屏蔽网线进行双向连接；

所述无线发射终端，安装在风电机组附近区域，并附带高增益定向天线，用于发送数据采集单元的同步数据；所述无线中继模块，安装在多个风电机组的中心区域，附加全向天线和双极化板状天线，用于接收链路中的多个风电机组信号，同时将无线信号从一个中继点接力传递到下一个中继点，并形成新的无线覆盖区域，构成多个无线中继覆盖点接力模式；所述无线接收终端，安装在风电场控制中心附近区域，附加切割栅状抛物面天线，用于将多个风电机组信号最终传送到数据处理及故障诊断单元；

无线传输网络的模型具体根据不同的风电机组位置分布情况，对应采取不同的模型，具体包括单跳网络模型、多跳网络的平面结构模型、多跳网络的分层结构模型；

对于距离风电场控制中心10公里可视范围内的风电机组，采用单跳网络模型，该模型中不使用无线中继模块；

对于分布均匀且距离风电场控制中心5公里以上的风电机组，或者近距离非可视范围的风电机组，采用多跳网络的平面结构模型；

对于距离风电场控制中心10公里以上的风电机组，采用多跳网络的分层结构模型；

所述单跳网络模型具体采用AP(Access Point)和Client组合模式；所述多跳网络的平面结构模型具体采用Mesh-only模式；所述多跳网络的分层结构模型具体采用Mesh-AP模式或者无线网桥模式；

所述无线网络传输模型均基于分簇的方法，将风电机组按照不同的原则组成为不同的簇，并且周期性地进行分簇，每个簇设有一个簇首风电机组和若干簇成员风电机组，簇中的簇成员风电机组是完成信息采集的基本单元，而簇首风电机组负责收集簇内信息，并与其它簇进行信息交换，形成一个子网汇集，主网远传的层级结构；每个簇中及相关联的簇之间，均按系统预设的控制策略进行数据传输；

所述控制策略包括：当风电机组正常运行时，各个簇中的风电机组与风电场控制中心的服务器之间按照时间差定时发送一定的实时数据；当某个风电机组出现故障预警时，则优先发送该风电机组的预警数据；如果同簇中多个风电机组同时预警，则按照监测软件预先设定的优先级规则分别进行数据传输和发送控制请求命令；当风电机组与风电场控制中心的服务器之间数据传输进入空闲时段或者通信链路中数据量较小时，再补发之前未发送的数据；当风电场控制中心的服务器优先查看某个风电机组运行状况及实时数据时，则优先传输该风电机组的实时数据；当关联簇中的多个机组同时发生故障预警时，则需要根据故障优先级及关联链路的机组数量重新规划关联簇。