CN106338307A - 具有偏航状态监测功能的风电机组状态监测***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***和方法，该方案是在风力发电机组状态监测***中增加监测偏航方向的功能，从而实现对风电机组偏航状态的实时监测。依据振动数据对风电机组进行故障诊断时，常需要参考与振动数据同步的机组偏航状态，以此判断故障是否与机组偏航相关。本发明通过对风电机组偏航状态的实时监测，可以为风电机组的故障诊断提供有效依据，从而提高诊断的准确率。

Description

具有偏航状态监测功能的风电机组状态监测***和方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术，特别是涉及一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***。

背景技术

偏航***是风力发电机组的主要组成部分，机舱主要在以下三种工况产生偏航动作，第一，正常运行时自动对风；第二，绕缆时自动解缆；第三，失速保护时偏离风向。机舱在偏航过程中，偏航扭振失稳，偏航制动力矩不均匀，偏航制动力矩过大或过小均会引起的机组振动异常。

现有技术中，如图1所示，风力发电机组状态监测***(下文中简称CMS)，可以实时记录机组的振动数据、转速数据，但不能同步记录机舱的偏航状态数据。当偏航***存在故障时，CMS记录的振动数据中包括由偏航故障引起的振动，如果诊断该振动是否与偏航相关，需要参考与振动数据同步的偏航状态。因此需要提供一种能够同时采集振动数据、转速数据以及机舱偏航状态数据的CMS。

因此需要提供一种能够同时采集振动数据、转速数据以及机舱偏航数据的CMS。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***，以解决在风电机组故障诊断过程中，无法直接判断机组振动异常是否由偏航故障引起的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***，该***包括：

风电机组信号采集单元，用于实时采集风力发电机组的振动信号、转速信号和方向信号；

数据处理单元，对所振动信号、转速信号和方向信号进行预处理，获得风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据；

数据分析单元，对风电机组偏航数据进行分析，并基于所述偏航数据和振动数据，判断风电机组振动的异常频率成分是否与机组偏航相关。

优选地，风电机组信号采集单元包括：固定在风机机组上的振动传感器、转速传感器和方向传感器。

优选地，所述数据处理单元采用多个放大滤波器和模数转换器对采集得到的风力发电机组的振动信号、转速信号和方向信号进行处理，获得对应的风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据。

优选地，所述数据分析单元包括：

偏航数据分析模块，基于所述方向数据和对应的时间数据，对不同时段的偏航方向及速率的变化情况；

振动数据分析模块，基于所述偏航数据和振动数据，判断风电机组振动的异常频率成分是否与机组偏航相关。

优选地，偏航数据分析单元包括：

数据获取模块，获取风力发电机组的运行数据中风电机组的偏航角度数据；

数据建模模块，构建以时间为横坐标，角度为纵坐标的二维分析图；

数据拟合模块，对所述二维分析图中的数据点进行拟合，获得偏航角度随时间变化的偏航状态分析图；

状态分析模块，对所述偏航状态分析图中的曲线进行分析，获得不同时段的偏航方向及速率的变化情况。

优选地，所述振动数据分析模块包括：

振动数据分析模块，获取风力发电机组的运行数据中风电机组的振动数据，并确定数据中的异常频率成分；

数据调取模块，调取与含有异常频率成分的振动数据同步的偏航状态数据；

初判断模块，根据偏航状态数据判断是否发生偏航动作，若没有偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若发生偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，并进行二次判断；

二次判断模块，发生偏航动作的情况下判断异常频率成分是否与偏航相关，对偏航状态数据中未偏航时段的振动数据进行分析，若存在异常频率，则判断风机振动与偏航无关，若不存在异常频率，则判断风机振动与偏航有关。

一种基于偏航监测的风力发电机组状态分析方法，该方法的步骤包括：

S1、获取风电机组的振动信号、转速信号和方向信号，并进行预处理，获得对应的风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据；

S2、基于所述方向数据和对应的时间数据，对不同时段的偏航方向及速率的变化情况；

S3、基于所述偏航数据和风电机组的振动数据，判断风电机组中异常的振动频率成分是否与偏航相关。

优选地，所述步骤S2包括：

S21、获取风力发电机组的运行数据中风电机组的偏航角度数据；

S22、构建以时间为横坐标，角度为纵坐标的二维分析图；

S23、对所述二维分析图中的数据点进行拟合，获得偏航角度随时间变化的偏航状态分析图；

S24、对所述偏航状态分析图中的曲线进行分析，获得不同时段的偏航方向及速率的变化情况。

优选地，所述步骤S3包括：

S31、获取风力发电机组的运行数据中风电机组的振动数据，并分析数据中的异常频率成分；

S32、调取与含有异常频率成分的振动数据同步的偏航状态数据；

S33、若偏航状态数据显示无偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若偏航状态数据显示存在偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关若偏航状态数据显示无偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若偏航状态数据显示存在偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，继续执行步骤S34；

S34、依据偏航状态数据寻找未发生偏航动作的时间段，调取未发生偏航动作的时间段对应的振动数据进行分析，如果存在异常频率成分则表明异常频率成分与偏航动作无关，如果不存在异常频率成分表明异常频率成分与偏航动作相关。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案通过对风电机组偏航状态的实时监控，可以为风电机组的故障诊断提供有效依据，从而提高诊断的准确率，并进一步提高对风力发电机组故障的准确把控，便于对风力发电机组的监控和维护。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出现有技术中风力发电机组状态监控***的示意图；

图2示出本方案所述风力发电机组状态监控***的示意图；

图3示出本方案所述偏航状态分析图的示意图；

图4示出本方案所述振动数据与偏航数据相结合的故障诊断示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明公开了一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***，该***包括：风电机组信号采集单元、数据处理单元和数据分析单元。

风电机组信号采集单元用于实时采集风力发电机组的振动信号、转速信号和方向信号。根据风力发电机组的实际布置情况和所需的数据量，在风力发电机组上设置振动传感器、转速传感器和方向传感器，从而可以实时对风力发电机组的关键设备的振动数据、对风力发电机组传动***的转速数据和机舱的方向数据进行监测。由于传感器采集得到的是模拟信号，为了便于后续计算机的处理，本方案中利用多个模数传感器组成的数据处理单元对所振动信号、转速信号和方向信号进行放大滤波和模数转换等预处理，获得风力发电机组的运行数据信息，例如风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据。

所述数据分析单元包括：偏航数据分析模块，基于所述方向数据和对应的时间数据，对不同时段的偏航方向及速率的变化情况；振动数据分析模块，基于所述偏航数据和振动数据，判断风电机组振动的异常频率成分是否与机组偏航相关。

偏航数据分析模块用于提取风力发电机组的运行数据中的角度和时间数据，并进行分析处理，获得以时间-角度为坐标轴的偏航角度随时间变化的偏航状态分析图。所述偏航数据分析单元包括：数据获取模块、数据建模模块、数据拟合模块和状态分析模块。如图3所示，该单元通过数据获取模块获取风力发电机组的运行数据中风电机组的偏航角度数据，数据建模模块通过该数据构建以时间为横坐标，角度为纵坐标的二维分析图，通过数据拟合模块对二维分析图中的数据点进行拟合，获得以时间-角度为坐标轴的偏航状态分析图。通过状态分析模块对所述偏航状态分析图中的曲线进行分析，获得不同时段的偏航方向及速率的变化情况。

振动数据分析模块基于所述偏航状态分析图和所述风电机组的振动数据，判断风电机组振动数据中的异常频率成分是否与偏航状态相关。所述振动数据分析单元包括：振动数据分析模块、数据调取模块、初判断模块和二次判断模块；如图4所示，所述振动数据分析模块获取风力发电机组的运行数据中风电机组的振动数据，并明确数据中的异常频率成分，利用数据调取模块调取与含有异常频率成分振动数据同步的偏航状态数据。通过初判断模块，并根据偏航状态数据判断是否发生偏航动作，若没有偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若发生偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，需要进行二次判断。通过二次判断模块判断发生偏航动作的情况下异常频率成分是否与偏航相关，根据偏航状态数据寻找未发生偏航动作的时间段，然后对偏航状态数据中未偏航时段的振动数据进行分析，若存在异常频率，则判断风机振动与偏航无关，若不存在异常频率，则判断风机振动与偏航有关。

本方案所述基于偏航状态数据与振动数据相结合的风力发电机组故障诊断方法，首先，分析机组的振动数据，如果发现异常频率成分，则调取与该段振动数据同步的偏航状态数据，若偏航状态数据显示无偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若偏航状态数据显示存在偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，接下来依据偏航状态数据寻找未发生偏航动作的时间段，然后调取未发生偏航动作的时间段对应的振动数据进行分析，如果存在异常频率成分则表明异常频率成分与偏航动作无关，如果不存在异常频率成分表明异常频率成分与偏航动作相关。

下面通过实施例对本发明做进一步说明：

本实施例提供具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***。本***通过在风力发电机组监控***中引入了方向监测功能，实时监测机组的偏航状态；通过结合风力发电机组的偏航状态，准确地判断机组的异常振动频率成分是否与偏航有关，从而可提高对风力发电机组故障的准确把控，便于对风力发电机组的监控和维护。

如图2所示，本实施所述基于偏航监测的风力发电机组状态分析方案主要包括：风力发电机组状态检测传感器，传感器的类型包括振动传感器、转速传感器和方向传感器，振动传感器测试机组关键设备的振动数据，转速传感器测试机组传动***的转速数据，方向传感器测试机舱的方向数据。本实例中方向传感器采用南针传感器。由于传感器采集得到的是模拟信号，为了便于后续计算机的处理，本方案中利用多个模数传感器组成的数据处理单元对所振动信号、转速信号和方向信号进行处理，获得风力发电机组的运行数据信息。

本方案采用计算机对风电机组振动数据、转速数据以及机舱偏航数据进行存储、回放与计算。本方案中计算机可以为CMS的控制中心。

计算机对偏航数据的存储方式为按照时间序列进行存储，因此，如图3所示，偏航数据回放方式为使用时间-角度二维坐标图，其中横坐标为时间，纵坐标为角度。对偏航数据的计算，首先将数据回放坐标系中的时间-角度坐标值进行曲线拟合，然后求解曲线斜率值，通过求解曲线的斜率可反映偏航的速度，设定斜率值为正表明偏航为顺时针方向(北、东、南、西)，反之为逆时针方向，斜率的绝对值大表明偏航的速率大，反之偏航的速率小，斜率值为零，表明机舱没有进行偏航动作。

采用具有偏航状态监测功能的CMS分析风电机组的振动数据时，如果发现异常频率成分，可调取与振动数据同步的机舱偏航状态数据，通过对照分析振动数据与偏航状态数据，可以判断异常频率成分是否由偏航引起，振动数据与偏航状态数据对照分析流程，如图4所示，首先，分析机组的振动数据，如果发现异常频率成分，则调取与该段振动数据同步的偏航状态数据，若偏航状态数据显示无偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若偏航状态数据显示存在偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，接下来依据偏航状态数据寻找未发生偏航动作的时间段，然后调取未发生偏航动作的时间段对应的振动数据进行分析，如果存在异常频率成分则表明异常频率成分与偏航动作无关，如果不存在异常频率成分表明异常频率成分与偏航动作相关。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种具有偏航状态监测功能的风力发电机组状态监测***，其特征在于，该***包括：

风电机组信号采集单元，用于实时采集风力发电机组的振动信号、转速信号和方向信号；

数据处理单元，对所振动信号、转速信号和方向信号进行预处理，获得风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据；

数据分析单元，对风电机组偏航数据进行分析，并基于所述偏航数据和振动数据，判断风电机组振动的异常频率成分是否与机组偏航相关。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监测***，其特征在于，风电机组信号采集单元包括：固定在风机机组上的振动传感器、转速传感器和方向传感器。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监测***，其特征在于，所述数据处理单元采用多个放大滤波器和模数转换器对采集得到的风力发电机组的振动信号、转速信号和方向信号进行处理，获得对应的风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监测***，其特征在于，所述数据分析单元包括：

偏航数据分析模块，基于所述方向数据和对应的时间数据，对不同时段的偏航方向及速率的变化情况；

振动数据分析模块，基于所述偏航数据和振动数据，判断风电机组振动的异常频率成分是否与机组偏航相关。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组状态监测***，其特征在于，偏航数据分析单元包括：

数据获取模块，获取风力发电机组的运行数据中风电机组的偏航角度数据；

数据建模模块，构建以时间为横坐标，角度为纵坐标的二维分析图；

数据拟合模块，对所述二维分析图中的数据点进行拟合，获得偏航角度随时间变化的偏航状态分析图；

状态分析模块，对所述偏航状态分析图中的曲线进行分析，获得不同时段的偏航方向及速率的变化情况。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组状态监测***，其特征在于，所述振动数据分析模块包括：

振动数据分析模块，获取风力发电机组的运行数据中风电机组的振动数据，并确定数据中的异常频率成分；

数据调取模块，调取与含有异常频率成分的振动数据同步的偏航状态数据；

初判断模块，根据偏航状态数据判断是否发生偏航动作，若没有偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若发生偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，并进行二次判断；

二次判断模块，发生偏航动作的情况下判断异常频率成分是否与偏航相关，对偏航状态数据中未偏航时段的振动数据进行分析，若存在异常频率，则判断风机振动与偏航无关，若不存在异常频率，则判断风机振动与偏航有关。

7.一种基于偏航监测的风力发电机组状态分析方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

S1、获取风电机组的振动信号、转速信号和方向信号，并进行预处理，获得对应的风力发电机组的振动数据、转速数据和方向数据；

S2、基于所述方向数据和对应的时间数据，对不同时段的偏航方向及速率的变化情况；

S3、基于所述偏航数据和风电机组的振动数据，判断风电机组中异常的振动频率成分是否与偏航相关。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组状态分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、获取风力发电机组的运行数据中风电机组的偏航角度数据；

S22、构建以时间为横坐标，角度为纵坐标的二维分析图；

S23、对所述二维分析图中的数据点进行拟合，获得偏航角度随时间变化的偏航状态分析图；

S24、对所述偏航状态分析图中的曲线进行分析，获得不同时段的偏航方向及速率的变化情况。

9.根据权利要求7所述的风力发电机组状态分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、获取风力发电机组的运行数据中风电机组的振动数据，并分析数据中的异常频率成分；

S32、调取与含有异常频率成分的振动数据同步的偏航状态数据；

S33、若偏航状态数据显示无偏航动作，则表明异常频率成分与偏航无关，若偏航状态数据显示存在偏航动作，则表明异常频率成分可能与偏航相关，继续执行步骤S34；

S34、依据偏航状态数据寻找未发生偏航动作的时间段，调取未发生偏航动作的时间段对应的振动数据进行分析，如果存在异常频率成分则表明异常频率成分与偏航动作无关，如果不存在异常频率成分表明异常频率成分与偏航动作相关。