[發(fā)明專利]基于多源信息融合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910197812.9
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101696906A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝源;高羽;焦斌
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于多源信息融合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；此外，本發(fā)明還涉及上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

隨著各國政府對綠色/可再生能源重視程度的不斷提高，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正快速發(fā)展，以期在不遠(yuǎn)的將來成為傳統(tǒng)能源的替代品。在有些國家，例如德國和丹麥，盡管仍然存在一些問題，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)在電網(wǎng)中扮演了重要角色。因此風(fēng)力發(fā)電是目前世界上發(fā)展最快的新能源。截至2003年底，風(fēng)電的裝機(jī)容量已經(jīng)超過了40000兆瓦，是1999年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的兩倍。截至2008年底，這一數(shù)據(jù)超過了95000兆瓦。預(yù)計(jì)到2020年，世界電能的12％將來自于風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已成為眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)，其研究重點(diǎn)在于降低風(fēng)電的成本，并將其應(yīng)用于可靠的高質(zhì)量的能源供應(yīng)中。

盡管風(fēng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)在原理上比較簡單，但風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和安裝，尤其是那些大型的離岸型風(fēng)機(jī)卻非常復(fù)雜和昂貴。由于風(fēng)機(jī)通常工作在嚴(yán)苛惡劣的工作環(huán)境下，因此極易出現(xiàn)故障。一旦風(fēng)機(jī)由于故障而導(dǎo)致意外停機(jī)，就將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。文獻(xiàn)[Johan?Ribrant?and?Lina?Margareta?Bertling.Survey?of?Failuresin?Wind?Power?Systems?With?Focus?on?Swedish?Wind?Power?Plants?During1997-2005.IEEE?Transactions?on?Energy?Conversion，vol.22，No.1，March2007，pp.167-173.]中報(bào)道并分析了1997-2005年，瑞士、德國、芬蘭等國家風(fēng)電場出現(xiàn)的故障，其中瑞士一風(fēng)電場1997-2004年僅齒輪箱故障就多達(dá)232次，總停機(jī)時(shí)間達(dá)41895小時(shí)。因此，如何確保風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的成本控制，以及風(fēng)電技術(shù)能否廣泛應(yīng)用于實(shí)際。

帶有故障檢測算法的自動(dòng)在線狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可以在電氣及機(jī)械故障早期發(fā)出預(yù)警信號，以防止主要部件出現(xiàn)嚴(yán)重故障，同時(shí)也可以使其對其它部件的影響降到最低。由于風(fēng)力機(jī)往往安裝在極高的塔筒上，有些塔筒甚至高達(dá)20米以上，維修非常困難；而離岸型風(fēng)機(jī)通常由于惡劣的天氣狀況(暴風(fēng)，大潮)不能在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)維修。因此如果能在設(shè)備仍然可以工作時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其故障，就可以預(yù)先安排相應(yīng)的維護(hù)維修。此外，狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測出極端的狀態(tài)，例如冰凍或者離岸風(fēng)機(jī)的塔筒震動(dòng)，并通知控制系統(tǒng)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧┓乐共考p壞。通過狀態(tài)監(jiān)控，可以使風(fēng)機(jī)的維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間大大降低。

多傳感器信息融合技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)，它是一項(xiàng)結(jié)合了控制理論、信號處理、人工智能、概率和統(tǒng)計(jì)等各學(xué)科的綜合技術(shù)。利用多個(gè)傳感器信息在時(shí)間和空間上的冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，獲得更加準(zhǔn)確的識別、判斷和決策。來自不同類型的傳感器測量信息具有相關(guān)性高的特點(diǎn)，將這些多源信息進(jìn)行有效的融合，可以提高測量信息的精度，同時(shí)對傳感器自身的故障進(jìn)行診斷和隔離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于多源信息融合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過對各傳感器信息的有效融合，可以從中獲得更加精確的測量信號；且具有可靠性高，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，本發(fā)明還提供上述基于多源信息融合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于多源信息融合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)包括：

若干傳感器，用以感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)各種類型的測量信息；多個(gè)傳感器中包含分別感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同類型測量信息的傳感器；

采集單元，用以采集各傳感器的測量信息；

信息融合單元，用以接收所述采集單元采集的測量信息，并根據(jù)該測量信息進(jìn)行融合計(jì)算，得出最終的測量結(jié)果。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述傳感器包括溫度傳感器、加速度傳感器、振動(dòng)傳感器中的兩種或三種。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括預(yù)處理單元，用以接收采集單元采集的測量信息，并對其進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程包括濾波、去野值。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，當(dāng)全部傳感器均能正常工作時(shí)，所述信息融合單元對各傳感器信息進(jìn)行融合，從中獲得精確的測量信號；當(dāng)部分傳感器出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，所述信息融合單元從其他傳感器中提取故障特征，替代故障傳感器的測量信號，同時(shí)據(jù)此對故障傳感器自身的故障進(jìn)行判斷和診斷。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述信息融合單元包括：