[發明專利]一種復合式風力發電機組狀態監控系統

有效

• 申請號: 201310720834.5
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103742358A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 劉展;賈利民;易頔;龐宇;雷濤;童亦斌
• 申請（專利權）人: 青海能高新能源有限公司;北京能高自動化技術股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 西寧工道知識產權代理事務所 63102
• 代理人: 全宏毅

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，尤其涉及復合式風力發電機組狀態監控系統技術領域。

背景技術

風力發電單位發電成本已經基本接近火電發電成本，是目前所有可再生能源中最具商業價值，最具推廣現實的能源種類。在目前風力發電機組機械故障中，傳動系統機械故障是故障率最高因素之一，特別是針對雙饋異步風力發電機組傳動系統的故障已嚴重影響到風電場運營經濟效益，一些早期運行的風電場已出現大批量的齒輪箱及機械傳動系統故障。目前我國風電場運營保障水平十分低下，幾乎所有的風電場都采用基于故障的維護方式，維護成本居高不下，維護資源利用率嚴重不足。同時由于針對機組故障特別是機械故障目前通常采用的都是基于故障的維修方式，維護成本極高，同時運營維護資源利用率極低，迫切需要提高運營維護自動化水平。

在現有的機械狀態監控方法中，振動信號監控是一種相對比較成熟除的監控技術，在國外已經廣泛的應用在風電狀態監控系統中；除機械振動信號以外，包括溫度、壓力、轉速、視頻、音頻、應力、位移、油品質量等信號都可以反映風電機械系統不同環節的實時狀態。

風力發電機組屬于大型旋轉機械設備，其旋轉裝置位于塔基的頂部，與傳統大型旋轉機械旋轉裝置位于地面有顯著的區別；同時由于外部風速的隨機性和波動性，其運行工況也復雜多變，常常出現突發性、偶然性、間歇性大系統多組件耦合性故障，而傳統的大型旋轉機械運行工況相對單一，故障多表現為傳動系統疲勞損傷和老化性故障。因此，在進行風力發電狀態評估及故障診斷時，需要結合風力發電機組運行原理、整機設計技術、整機控制技術等綜合診斷，其故障特征也相對于傳統的大型旋轉機械典型故障特征更為復雜。

現有技術中，風力發電機組狀態監控系統通常只監測機艙傳動鏈關鍵點的振動信號，通過對監控的振動信號分析處理，實現傳動系統運行狀態評估，組件環節壽命預測，故障隱患挖掘等功能。現有風力發電機組狀態監控系統實現技術方法主要存在以下問題：

1、無法實現實時狀態監控：風力發電區別于傳統的火電、水電，單機裝機容量較小，是典型的分布式供能。對于在風電場內各臺風力發電機組安裝布置風電狀態監控系統，需要在各臺風力發電機組內分別構建傳感器監測網絡。現有風力發電機組狀態監控系統技術采用上位監控系統統一數據處理架構，即各臺風力發電機組直接將狀態監控信息傳輸給上位監控系統集中數據處理，由于風電場內各臺機組實時監控數據量龐大，受制于上位系統監控信息處理速度以及監控網絡數據傳輸速度，現有風力發電機組狀態監控系統集中數據處理架構體系不能有效的實現連續狀態監控，難以實現對突發性、偶然性、間歇性故障信號的有效監控。

2、無法實現多類型信號接入：現有風電狀態監控主要以機械振動監測為主，由于監控信息接入種類不全，不能實現風電機械設備全息化狀態信息綜合有效獲取，對風電整機運行狀態難以實現準確評估。在現有其它已知技術中，除了振動信息以外，包括安防、視頻、音頻、溫度、壓力、轉速、載荷、應力、油品油質等信息均可以在一定程度上反映風電機組及相關核心組件運行狀態，因此通過多類型信號接入，構建完善的傳感器信號采集網絡可進一步提升風電狀態監控系統的有效性和實用性。

發明內容

一種復合式風力發電機組狀態監控系統，既可以采集監控直接接觸式傳感器數據也可以采集監控非直接接觸式監控信息，實現傳動系統運行狀態評估，組件環節壽命預測，故障隱患挖掘，其特征在于：由下至上分為位于風電機組中的傳感器網絡層a、位于機艙內部的前端數據處理層b、位于風電場中控室的后端數據處理層c以及位于遠程監控中心的遠程數據通信層d組成。

所述傳感器網絡層?a采集風電機組不同類型的狀態信息，同時接收前端數據處理層b發送的控制命令，相應的被控傳感器及傳感器監控網絡依據前端數據處理層b發送的控制信息完成對應的控制動作及狀態配置。

所述前端數據處理層b對所接收傳感器網絡層a的傳感器監控信息進行處理后，通過工業現場總線將處理后信息發送至后端數據處理層c的后端處理器；同時前端數據處理層b也向傳感器網絡層a發送相關控制配置信息，并接收后端數據處理層c發送的控制信息。

所述前端數據處理層b由分布在各臺風力發電機組機艙的前端處理器構成，?前端處理器功能包括但不僅限于數據預處理功能、自檢功能、突發故障處理功能、本地報警功能、邏輯控制功能以及數據雙向通訊功能。