[發明專利]基于無線傳感器網絡的海上風電機組狀態監測系統及方法

有效

• 申請號: 201210178799.4
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102706562A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 傅質馨;袁越
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01M13/00;G01M13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種基于無線傳感器網絡的海上風電機組狀態監測系統及方法，能夠實現海上風電機組關鍵部件健康狀態的實時監測。

背景技術

由于海上風資源豐富，具有發電量大、發電時間長、無噪聲限制、不占用土地、可大規模開發等多方面優勢，同時海上風電一般靠近傳統電力負荷中心，便于就地消納，免去了長距離輸電的問題，因此隨著風電技術的不斷進步，大力開發海上風電成為風力行業發展的新趨勢。然而，雖然海上風資源與陸上相比更具開發潛力，但是環境狀況十分惡劣，海上風電機組運行風險遠遠大于陸上機組，故障率高；同時，海上風電場可進入性差，風電機組的維護需要動用快艇、吊裝船，甚至是直升飛機，維護工作往往還會因惡劣天氣而難以及時開展，這些都大大增加了維護費用。長期以來，海上風電機組的運行維護主要采用傳統的定期維修（計劃維修）和故障維修（事后維修）的方式。其中，定期維修即運行2500h和5000h后的例行維護，這種停機狀態下的維修方式很難全面了解設備運行狀況、及時發現故障隱患。而故障維修是在故障發生之后才進行，即矯正性維護，由于缺乏對故障原因的了解和事先的準備，維修工作往往不能有針對性地及時開展，導致損失進一步增加。目前，單臺海上風電機組的維護成本一般至少為陸上機組的2倍，整個海上風電場的維護成本高達其經濟收入的20%-25%，嚴重影響了風電場的生產效益。因此，為了降低經濟損失與維護成本，必須對海上風電機組運行狀態進行可靠監測，將大量矯正性維護轉變為預防性維護，減少嚴重故障的發生。

目前實際應用中的風電機組狀態監測系統大多基于有線通信方式來進行信息采集與傳輸，且由于陸上風電發展早于海上風電，這種通信方式在陸上風電場中的應用較為成熟。而海上環境惡劣，有線設施部署困難，海上風電機組的狀態監測還很不完善。隨著海上風電的不斷發展，風電場容量不斷增加，采用有線通信方式的狀態監測存在明顯缺陷：1）海上風電場尤其是深海風電場遠離陸地，可進入性差，有線通信設施布設難度大、構建成本高，不利于狀態監測系統的構建；2）海上風電機組狀態監測信息量大、通信壓力大，有線通信往往采用傳統的“點對多點”的信息傳輸方式以及集中式的信息處理方式，效率低、實時性差，無法保證狀態監測系統的可靠性。

發明內容

發明目的：針對現有海上風電機組狀態監測中采用有線通信方式存在的布線困難、成本高、數據采集與傳輸質量難以保證等缺點，本發明提供一種基于無線傳感器網絡的海上風電機組狀態監測系統。基于無線傳感器網絡構建海上風電機組狀態監測系統，部署在海上風電機組上的傳感器之間采用無線通信方式實現信息的采集和傳輸，無需架設有線通信設施，系統布設靈活方便、信息采集全面準確、信息傳輸安全可靠、信息處理高效快速，有助于為海上風電機組健康狀態的可靠監測提供新的思路。本發明還提供一種基于無線傳感器網絡的海上風電機組狀態監測方法，實現對海上風電機組狀態監測系統中所有被監測部件和被部署傳感器節點的有效管理并提高信息處理與傳輸的效率。

技術方案：一種基于無線傳感器網絡的海上風電機組狀態監測系統，包括多個用于信息采集和處理、并將信息傳遞給其簇首傳感器節點的狀態監測傳感器節點，多個收集和處理簇內所有狀態監測傳感器節點的傳輸信息、并將信息傳遞給主控中心的簇首傳感器節點，以及設在風電機組塔筒底部的主控中心；所述多個狀態監測傳感器節點分別設在風電機組的葉片、傳動系統和塔筒上；所述多個簇首傳感器節點別設在風電機組的輪轂處、機艙甲板處和各節塔筒連接處。

大量研究表明，風電機組的葉片、機艙（包括主軸承、齒輪箱和發電機等）、塔筒是容易發生故障的部分。而海上風電機組受海上自然環境的影響，還要特別考慮鹽霧冰雪、海浪飛濺對風電機組部件的腐蝕。因此，本發明根據現有文獻中對風電機組各主要部件狀態監測的研究成果^[1-3]，結合海上自然環境特點，提出海上風電機組狀態監測技術，主要涉及風電機組的三個部分：葉片、傳動系統、塔筒。根據各部分運行工作特點部署一定數量的無線傳感器來實現對風電機組主體部分的狀態監測。在本發明中所部署的各類傳感器均為無線傳感器，稱為傳感器節點。

所述狀態監測傳感器節點和簇首傳感器節點采用剛性機械緊固方式設置在風電機組上，或者通過粘結劑或磁座安裝在風電機組上。

所述狀態監測傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊組成，其中傳感器模塊將采集到的信息傳輸給處理器模塊，處理器模塊對采集到的信息進行模數轉換并通過無線通信模塊將轉換處理后的信息發送給簇首傳感器節點。