[發明專利]基于同源信息融合的風力發電機狀態監測系統及方法

無效

• 申請號: 200910197813.3
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101696907A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 高羽;謝源;焦斌
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于發電機監測技術領域，涉及一種風力發電機狀態監測系統，尤其涉及一種基于同源信息融合的風力發電機狀態監測系統；此外，本發明還涉及上述風力發電機狀態監測系統的監測方法。

背景技術

隨著各國政府對綠色/可再生能源重視程度的不斷提高，風力發電技術正快速發展，以期在不遠的將來成為傳統能源的替代品。在有些國家，例如德國和丹麥，盡管仍然存在一些問題，風力發電已經在電網中扮演了重要角色。因此風力發電是目前世界上發展最快的新能源。截至2003年底，風電的裝機容量已經超過了40000兆瓦，是1999年統計數據的兩倍。截至2008年底，這一數據超過了95000兆瓦。預計到2020年，世界電能的12％將來自于風力發電。風力發電技術已成為眾多學者和研究機構的研究熱點，其研究重點在于降低風電的成本，并將其應用于可靠的高質量的能源供應中。

盡管風能轉換技術在原理上比較簡單，但風機的設計和安裝，尤其是那些大型的離岸型風機卻非常復雜和昂貴。由于風機通常工作在嚴苛惡劣的工作環境下，因此極易出現故障。一旦風機由于故障而導致意外停機，就將帶來巨大的經濟損失。文獻[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.]中報道并分析了1997-2005年，瑞士、德國、芬蘭等國家風電場出現的故障，其中瑞士一風電場1997-2004年僅齒輪箱故障就多達232次，總停機時間達41895小時。因此，如何確保風機的安全可靠運行直接關系到風力發電的成本控制，以及風電技術能否廣泛應用于實際。

帶有故障檢測算法的自動在線狀態監控系統可以在電氣及機械故障早期發出預警信號，以防止主要部件出現嚴重故障，同時也可以使其對其它部件的影響降到最低。由于風力機往往安裝在極高的塔筒上，有些塔筒甚至高達20米以上，維修非常困難；而離岸型風機通常由于惡劣的天氣狀況(暴風，大潮)不能在發生故障時及時維修。因此如果能在設備仍然可以工作時，及時發現其故障，就可以預先安排相應的維護維修。此外，狀態監控系統可以監測出極端的狀態，例如冰凍或者離岸風機的塔筒震動，并通知控制系統采取適當的控制措施防止部件損壞。通過狀態監控，可以使風機的維護成本和停機時間大大降低。

多傳感器信息融合技術是近年來的研究熱點，它是一項結合了控制理論、信號處理、人工智能、概率和統計等各學科的綜合技術。利用多個傳感器信息在時間和空間上的冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，獲得更加準確的識別、判斷和決策。來自同一類型的傳感器測量信息具有相關性高的特點，將這些同源信息進行有效的融合，可以提高測量信息的精度，同時對傳感器自身的故障進行診斷和隔離。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于同源信息融合的風力發電機狀態監測系統，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，成本低的優點。

同時，本發明還提供上述基于同源信息融合的風力發電機狀態監測系統的監測方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于同源信息融合的風力發電機狀態監測系統，該監測系統包括：

若干傳感器，用以感應風力發電機同類型的測量信息；

采集單元，用以采集各傳感器的測量信息；

信息融合單元，用以接收所述各傳感器的測量信息，并根據該測量信息進行融合計算，得出最終的測量結果。

作為本發明的一種優選方案，所述監測系統包括預處理單元，用以接收采集單元采集的各傳感器的測量信息，并對其進行預處理，預處理過程包括濾波、去野值。

作為本發明的一種優選方案，當全部傳感器均能正常工作時，所述信息融合單元對各傳感器信息進行融合，從中獲得更加精確的測量信號；當部分傳感器出現故障不能正常工作時，所述信息融合單元獲取來自其余傳感器的同一類型信息替代故障傳感器的測量信號，同時據此對故障傳感器自身的故障進行判斷和診斷。

作為本發明的一種優選方案，所述信息融合單元包括

測量結果判別單元，用以根據多個傳感器的測量信息，通過數據融合算法將若干同源傳感器測量的數據進行融合，得到測量結果；