[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210091993.9
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102620807A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊文志;董振域;王新春;諶文俊;魏毅立;蘇鳳岐;李少波
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學(xué)
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 包頭市專利事務(wù)所 15101
• 代理人: 莊英菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于風(fēng)力發(fā)電機監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

風(fēng)能是非常重要并儲量巨大的能源，它具有安全、清潔、充裕、穩(wěn)定等特點。目前，風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式，發(fā)展速度很快。近幾年，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入一個高速增長期。截止到2009年，全球風(fēng)力發(fā)電機裝機容量已達(dá)到159213MW，新增裝機容量38312MW，根據(jù)目前的增長趨勢，世界風(fēng)能協(xié)會預(yù)測到2020年底，全球裝機容量至少為1.9×106MW。

我國風(fēng)電發(fā)展自2000年起，幾乎每年以成倍的增長速度不斷增加，到2009年12月底總裝機容量達(dá)到25805.3MW，是除美國、德國外擁有風(fēng)電裝機容量最大的國家。

受風(fēng)場自然環(huán)境、風(fēng)力發(fā)電機組和電力電子裝置復(fù)雜等因素的影響，風(fēng)力發(fā)電機組事故日趨增多。風(fēng)力發(fā)電機組高額的運行維護(hù)成本嚴(yán)重影響了風(fēng)場的經(jīng)濟效益。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于設(shè)計壽命為20年的風(fēng)力發(fā)電機機組，運行維護(hù)成本估計占到風(fēng)場收入的10％～15％；對于海上風(fēng)場，用于風(fēng)力發(fā)動機運行維護(hù)的成本高達(dá)風(fēng)場收入的20％～25％。高額的運行維護(hù)費用增加了風(fēng)場的運營成本，降低了風(fēng)電的經(jīng)濟效益。

風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，工作環(huán)境惡劣。地處野外，受自然條件影響大。風(fēng)力發(fā)電機安裝于五、六十米高的塔筒上，處于非常惡劣的環(huán)境，維修非常困難，因此，如何做到既不過剩維修，又能及時維修顯得尤為重要。通過在線監(jiān)測系統(tǒng)可實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機的狀態(tài)，可以及時掌握其狀態(tài)，及時干預(yù)，預(yù)先安排相應(yīng)的維護(hù)維修計劃，減少停機次數(shù)和時間，大幅度降低發(fā)電機組的運營成本，避免突發(fā)故障的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。最大限度的多發(fā)電。

國內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測情況是：一部分風(fēng)力發(fā)電機運營商使用國外風(fēng)電公司的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品；一部分風(fēng)力發(fā)電機只有發(fā)電量及電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，缺少機械傳動系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測；還有一部分風(fēng)力發(fā)電機采用幾個振動傳感器與簡單儀表組成的簡易監(jiān)測系統(tǒng)，不能滿足使用要求。近年來國內(nèi)一些公司開展此類技術(shù)產(chǎn)品的研究，使用的監(jiān)測方法一種是利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該方法存在振動信號采樣速度慢、信號處理和傳輸速度慢、可靠性差等缺點，不能滿足實際要求；另一種采用Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，使用現(xiàn)場服務(wù)器、遠(yuǎn)程服務(wù)器等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用情況不明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崟r掌握風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)，及時干預(yù)，預(yù)先安排相應(yīng)的維護(hù)維修計劃，減少停機次數(shù)和時間，大幅度降低發(fā)電機組的運營成本，避免突發(fā)故障的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。本發(fā)明還具有振動信號采樣快、信號處理、傳輸速度快、可靠性強、成本低。

技術(shù)解決方案：

本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括兩級計算機監(jiān)測結(jié)構(gòu)，下位機為數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP，固定于風(fēng)力發(fā)電機頂部的機艙內(nèi)，上位機為PC計算機，位于風(fēng)力發(fā)電機地面監(jiān)控室內(nèi)，下位機DSP與上位機PC計算機利用通信接口實現(xiàn)數(shù)字信號的通信；還包括固定在風(fēng)力發(fā)電機上機械傳動系統(tǒng)上的傳感器，振動傳感器的輸出端與信號調(diào)理單元的輸入端連接，信號調(diào)理單元的輸出端再與信號采集單元的輸入端連接，信號采集單元輸出端與數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP的輸入端連接。

所述傳感器包括：轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器或速度傳感器。

所述風(fēng)力發(fā)電機的機艙上安裝有速度傳感器；發(fā)動機輸入軸上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器；主軸承座、發(fā)動機軸承及增速箱上分別安裝有加速度傳感器。

本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法如下：傳感器采集的風(fēng)力發(fā)電機振動信號經(jīng)過信號調(diào)理單元的變換、濾波、放大，由信號采集單元完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，再送入數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP分析處理。數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP對各個振動信號進(jìn)行時域有量綱特征參數(shù)、無量綱特征參數(shù)的提取以及通過AR模型在頻域進(jìn)行頻譜的快速估計，從而獲得風(fēng)力發(fā)電機振動狀態(tài)的信息，然后數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP將這些特征參數(shù)通過通信接口傳送到PC計算機，PC計算機實時顯示風(fēng)力發(fā)電機的狀態(tài)，顯示振動特征參數(shù)變化趨勢圖，存儲異常狀態(tài)下的各種特征參數(shù)，供查看分析。

所述數(shù)字信號處理系統(tǒng)DSP處理信號的流程如下：

①.DSP對各個傳感器采樣，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，采樣按固定頻率和數(shù)據(jù)量進(jìn)行，邊采樣邊將數(shù)字量保存在DSP內(nèi)存中；