[發(fā)明專利]一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711460932.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108120495B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛紅偉;楊彥軍;武英杰;王建國;肖鴻元
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集單元、無線傳輸單元和數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元；

所述數(shù)據(jù)采集單元包括振動傳感器模塊、綜合采集處理模塊和微型工控機(jī)，所述振動傳感器模塊的輸出端連接綜合采集處理模塊的輸入端，綜合采集處理模塊的輸出端連接微型工控機(jī)的輸入端；

所述振動傳感器模塊包括加速度傳感器、聲音傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器；其中加速度傳感器包括低頻加速度傳感和中頻加速度傳感器，低頻加速度傳感器分別安裝在主軸前軸承水平位置、主軸后軸承軸向位置、齒輪箱一級行星齒輪水平位置；中頻加速度傳感器分別安裝在齒輪箱二級行星齒輪垂直位置、齒輪箱中間軸軸向位置、齒輪箱高速軸輸出端水平位置、發(fā)電機(jī)驅(qū)動端水平位置、發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端水平位置；聲音傳感器分別安裝在齒輪箱底部和機(jī)艙；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在發(fā)電機(jī)驅(qū)動端的剎車盤附近；

所述綜合采集處理模塊包括安裝在機(jī)艙內(nèi)的一個或多個同步數(shù)據(jù)采集卡和光電轉(zhuǎn)換模塊，同步數(shù)據(jù)采集卡通過光電轉(zhuǎn)換模塊和光纖與微型工控機(jī)連接，同步采集卡用于采集、處理振動傳感器信號，光電轉(zhuǎn)換器用于同步數(shù)據(jù)采集卡和微型工控機(jī)之間光纖信號的轉(zhuǎn)換，共同完成振動傳感器信號的可靠傳輸；

所述微型工控機(jī)安裝在塔底，微型工控機(jī)與綜合采集處理模塊之間通過光纖連接；所述微型工控機(jī)中存儲有監(jiān)測軟件程序一和數(shù)據(jù)庫一，通過執(zhí)行該程序一使微型工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能包括，控制振動傳感器模塊和綜合采集處理模塊對風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析和存儲，同時，通過峰值、有效值、峭度值、峰值因數(shù)、脈沖因數(shù)、波峰因子、裕度因數(shù)這些特征參數(shù)設(shè)定不同級別的報(bào)警閾值，當(dāng)采集的某傳感器測定值超過設(shè)定報(bào)警閾值時，則根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的控制策略向數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元發(fā)送報(bào)警信息和報(bào)警前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元包括設(shè)于風(fēng)電場控制中心的一套服務(wù)器，該套服務(wù)器中存儲有風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測軟件程序和故障診斷軟件程序，能與各個風(fēng)電機(jī)組的微型工控機(jī)中的監(jiān)測軟件程序一進(jìn)行同步交互，當(dāng)服務(wù)器中的程序被執(zhí)行時，該套服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的功能為：接收和處理各個風(fēng)電機(jī)組內(nèi)微型工控機(jī)回傳的數(shù)據(jù)，通過DataSocket技術(shù)對各個風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、通信狀態(tài)進(jìn)行同步監(jiān)測，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的控制策略對各個風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與診斷；

所述數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元的一套服務(wù)器具體包括應(yīng)用服務(wù)器、備份服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和故障診斷服務(wù)器；應(yīng)用服務(wù)器中安裝有風(fēng)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測軟件程序二，能與各個風(fēng)電機(jī)組的微型工控機(jī)中的監(jiān)測軟件程序一進(jìn)行同步交互，該監(jiān)測軟件程序二被執(zhí)行時，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為，監(jiān)測各機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)行、停機(jī)、預(yù)警的情況，監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)度、吞吐量、連接情況，執(zhí)行整個系統(tǒng)的控制策略，同時對每個風(fēng)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行參數(shù)修改；備份服務(wù)器負(fù)責(zé)應(yīng)用服務(wù)器的冗余，防止應(yīng)用服務(wù)器故障而影響整個系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲經(jīng)過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的各個風(fēng)電機(jī)組的部分?jǐn)?shù)據(jù)，用于系統(tǒng)的故障診斷；故障診斷服務(wù)器中安裝有故障診斷軟件程序一，該故障診斷軟件程序一被執(zhí)行時使故障診斷服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的功能為，根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中各個風(fēng)電機(jī)組的部分?jǐn)?shù)據(jù)對各個風(fēng)電機(jī)組的故障進(jìn)行詳細(xì)的圖譜分析；

各個風(fēng)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元之間通過特定的無線傳輸單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；所述無線傳輸單元采用的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為主干網(wǎng)與子網(wǎng)相結(jié)合的模式，與風(fēng)電場原有的光纖環(huán)網(wǎng)完全獨(dú)立，其中主干網(wǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，子網(wǎng)負(fù)責(zé)局部數(shù)據(jù)匯聚，以中繼的方式擴(kuò)大無線覆蓋范圍；

所述無線傳輸單元包括多個無線發(fā)射終端、多個無線中繼模塊和多個無線接收終端；所述微型工控機(jī)通過多模光纖或者室外屏蔽網(wǎng)線與無線發(fā)射終端進(jìn)行雙向無線連接，將采集的數(shù)據(jù)輸入無線傳輸單元進(jìn)行無線傳輸，各無線發(fā)射終端通過所述特定的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由無線中繼模塊的接力與無線接收終端進(jìn)行雙向無線連接，無線接收終端與數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元之間通過多模光纖或者室外屏蔽網(wǎng)線進(jìn)行雙向連接；

所述無線發(fā)射終端，安裝在風(fēng)電機(jī)組附近區(qū)域，并附帶高增益定向天線，用于發(fā)送數(shù)據(jù)采集單元的同步數(shù)據(jù)；所述無線中繼模塊，安裝在多個風(fēng)電機(jī)組的中心區(qū)域，附加全向天線和雙極化板狀天線，用于接收鏈路中的多個風(fēng)電機(jī)組信號，同時將無線信號從一個中繼點(diǎn)接力傳遞到下一個中繼點(diǎn)，并形成新的無線覆蓋區(qū)域，構(gòu)成多個無線中繼覆蓋點(diǎn)接力模式；所述無線接收終端，安裝在風(fēng)電場控制中心附近區(qū)域，附加切割柵狀拋物面天線，用于將多個風(fēng)電機(jī)組信號最終傳送到數(shù)據(jù)處理及故障診斷單元；

無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的模型具體根據(jù)不同的風(fēng)電機(jī)組位置分布情況，對應(yīng)采取不同的模型，具體包括單跳網(wǎng)絡(luò)模型、多跳網(wǎng)絡(luò)的平面結(jié)構(gòu)模型、多跳網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)模型；

對于距離風(fēng)電場控制中心10公里可視范圍內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，采用單跳網(wǎng)絡(luò)模型，該模型中不使用無線中繼模塊；

對于分布均勻且距離風(fēng)電場控制中心5公里以上的風(fēng)電機(jī)組，或者近距離非可視范圍的風(fēng)電機(jī)組，采用多跳網(wǎng)絡(luò)的平面結(jié)構(gòu)模型；

對于距離風(fēng)電場控制中心10公里以上的風(fēng)電機(jī)組，采用多跳網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)模型；

所述單跳網(wǎng)絡(luò)模型具體采用AP(Access Point)和Client組合模式；所述多跳網(wǎng)絡(luò)的平面結(jié)構(gòu)模型具體采用Mesh-only模式；所述多跳網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)模型具體采用Mesh-AP模式或者無線網(wǎng)橋模式；

所述無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模型均基于分簇的方法，將風(fēng)電機(jī)組按照不同的原則組成為不同的簇，并且周期性地進(jìn)行分簇，每個簇設(shè)有一個簇首風(fēng)電機(jī)組和若干簇成員風(fēng)電機(jī)組，簇中的簇成員風(fēng)電機(jī)組是完成信息采集的基本單元，而簇首風(fēng)電機(jī)組負(fù)責(zé)收集簇內(nèi)信息，并與其它簇進(jìn)行信息交換，形成一個子網(wǎng)匯集，主網(wǎng)遠(yuǎn)傳的層級結(jié)構(gòu)；每個簇中及相關(guān)聯(lián)的簇之間，均按系統(tǒng)預(yù)設(shè)的控制策略進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

所述控制策略包括：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時，各個簇中的風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電場控制中心的服務(wù)器之間按照時間差定時發(fā)送一定的實(shí)時數(shù)據(jù)；當(dāng)某個風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)故障預(yù)警時，則優(yōu)先發(fā)送該風(fēng)電機(jī)組的預(yù)警數(shù)據(jù)；如果同簇中多個風(fēng)電機(jī)組同時預(yù)警，則按照監(jiān)測軟件預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級規(guī)則分別進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送控制請求命令；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電場控制中心的服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入空閑時段或者通信鏈路中數(shù)據(jù)量較小時，再補(bǔ)發(fā)之前未發(fā)送的數(shù)據(jù)；當(dāng)風(fēng)電場控制中心的服務(wù)器優(yōu)先查看某個風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀況及實(shí)時數(shù)據(jù)時，則優(yōu)先傳輸該風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時數(shù)據(jù)；當(dāng)關(guān)聯(lián)簇中的多個機(jī)組同時發(fā)生故障預(yù)警時，則需要根據(jù)故障優(yōu)先級及關(guān)聯(lián)鏈路的機(jī)組數(shù)量重新規(guī)劃關(guān)聯(lián)簇。