CN102621971B - 一种保证风电机组正常运行的共享维护系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电领域。所要解决的技术问题是提供一种保证风电机组正常运行的共享维护系统及其实现方法，能快速诊断风电机组故障状态，有效解决各个风电场备件库建造难、对维护人员的技术培训难的问题。其特征在于：所述系统包括风电机组状态监测装置以及主要由风电机组状态分析单元、用户管理单元、库存管理单元、交易管理单元、技术培训单元、综合分析查询单元组成的中心数据服务器，所述中心数据服务器设有客户端交互界面供用户在客户端的计算机上通过网络进行操作。采用本发明，能实现不同风电场之间的备件库存共享和调剂，为风电场主快速诊断系统故障状态提供专业保证，对提高风电场运行的可靠性、安全性和经济效益产生巨大的促进作用。

Description

一种保证风电机组正常运行的共享维护系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域。 

背景技术

中国风力发电机累计装机在2010年底突破4200万千瓦，成为世界第一。风力发电机组，简称风电机组，作为风电场的关键设备，其运行状态极大地影响着风电场的收益。准确监测风电机组的运行状态，尤其是关键部件的状态，并制定有效的维护计划，对保证风电机组的正常运行非常重要。

风能资源丰富的地区一般都比较偏远，而且环境恶劣，在风电站中，风电机组分布比较消散、监控参数多，这都会给风电系统的运行维护带来不利影响。目前，风电场业主大都采用针对单一风电场自行监测，并独立建造备品备件库等方式维护，但，虽占用大量资金仍很难做到提前预警和合理库存，大量未使用的备件会因为超过保质期、生锈或腐蚀而非正常损耗，利用率低；且由于备件品种多，部分备件会因为采购周期较长而影响风电机组的运行。

现有技术的以上不足，会造成风电机组的非正常停机；所以急需研发一种可多用户共享的维护系统改变现有的风电机组的利用率低的问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种保证风电机组正常运行的共享维护系统及其实现方法，能正确把握风电机组运行状态，快速诊断风电机组故障状态，对风电机组的监控和数据采集具有信息完整的优点，并能有效解决由于风电场分布分散而带来的备件库建造难、对维护人员的技术培训难的问题。

一种保证风电机组正常运行的共享维护系统，其特征在于：所述系统包括风电机组状态监测装置以及主要由风电机组状态分析单元、用户管理单元、库存管理单元、交易管理单元、技术培训单元、综合分析查询单元组成的中心数据服务器，所述中心数据服务器采用星形拓扑结构，设有客户端交互界面供用户在各个客户端的计算机上通过网络进行风电机组运行状态数据、备件库存数据的交互式信息传递以及完成备件询价采购支付、技术在线培训的任务；

所述风电机组状态监测装置主要由安装在各风电机组中的各个传感器和工控机及风电场服务器组成；所述工控机控制各个传感器采样，并将采样数据转换及初步处理，然后发送到风电场的服务器，风电场的服务器将异常数据的特征信息通过网络传输给中心数据服务器的风电机组状态分析单元；

所述风电机组状态分析单元对接收到的各风电机组异常数据的特征信息调用预装的专家诊断数据库进行故障数据匹配，匹配成功的，则直接生成故障分析报告，通过综合分析查询单元发送给相应用户；未能匹配成功的，则将数据作为新增故障模型添加到专家诊断数据库，实现专家诊断数据库的自学习功能；按月、季度和年度统计不同区域、不同机型的风电机组运行情况数据，将统计数据传送给综合分析查询单元生成维护建议报告发送给相应用户；

所述用户管理单元，用于对管理员及不同登录用户进行管理授权，并完成数据更新及软件升级；

所述库存管理单元，用于将各个用户在客户端计算机上录入的备件数据同步汇总到中心数据服务器的库存数据库中，提供库存数据供用户查询；并设置安全库存提醒，当用户的实际备件库存量小于安全库存量时，发送提醒信息给用户；

所述交易管理单元，用于实现用户在线询价、采购、支付功能；

所述技术培训单元，用于实现用户按不同权限在线观看、下载培训课件、在线与风电专家即时通信聊天功能；

所述综合分析查询单元，用于各个用户查询自己风电场的各风电机组运行状态数据、备件库存信息、备件损耗信息；并汇总各个风电场的上述数据信息生成不同型号的风力发电机的优化备件库存及维护建议报告，定时发给相应的用户。

所述中心数据服务器通过TCP/IP协议与客户端之间传输数据，使用B/S模式，用户使用网页操作实现交互。

一种保证风电机组正常运行的共享维护系统的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下功能的实现方法：

风电机组状态检测分析功能的实现方法：安装若干传感器在风电机组内部，采集数据监测信息，由工控机将数据转换及初步处理后发送到风电场的服务器，再由风电场服务器将异常数据模型同步到中心数据服务器的风电机组状态分析单元；经风电机组状态分析单元分析，可以匹配专家诊断数据库的，则直接生成故障分析报告，通过综合分析查询单元发送给相应用户；未能匹配的故障模型，添加到专家诊断数据库，实现专家诊断数据库的自学习功能；按月、季度和年度统计不同区域、不同机型的风电机组运行情况，通过综合分析查询单元定时发送维护建议报告给用户。

用户管理功能的实现方法：客户端计算机通过MD5加密方式提交注册数据到中心数据服务器，管理员收到申请后验证用户身份，为其分配所需权限；用户登录后系统会按其权限加载相应的功能单元；当某单元版本升级后，系统会在用户登录时检查并更新。

库存管理功能的实现方法：采用星形拓扑结构管理一个总备件库和多个风电场分备件库的库存；当风电场备件入库后，用户在客户端计算机上录入的入库数据通过网络同步到中心数据服务器的库存管理单元，管理员可以随时查看该风电场入库内容；中心数据服务器的库存管理单元为用户提供按：集团、分公司、风电场、机型、风机部位、备件、备件明细展示的风电机组档案；中心数据服务器汇总所有风场的备件库存信息、安全库存数据，按季度和年度通过综合分析查询单元生成优化备件库存报告发送给用户。

交易管理功能的实现方法：用户通过客户端计算机提交询价单到中心数据服务器的交易管理单元，管理员处理后，生成报价单给用户，用户确认后将该询价单直接转为订单提交给中心数据服务器的交易管理单元，系统会生成合同；合同执行后，系统将所有操作保存备份，成为交易历史记录；询价单、报价单和合同可以在中心数据服务器和客户端计算机上实现打印。

技术培训功能的实现方法：技术专家使用中心数据服务器中技术培训单元中的制作课件功能完成课件制作或直接导入课件至中心数据服务器并发布该课件；课件数据可在系统内共享，用户可以在客户端计算机上进行在线学习和下载；客户端计算机使用ajax无刷新和异步调用技术实现用户与技术专家之间的在线交流互动；系统自动存储聊天记录。

综合分析查询功能的实现方法：中心数据服务器汇总各个风电场的故障数据，通过统计计算得出不同区域、不同型号的风电机组的运行状态数据，通过综合分析查询单元的邮件发送功能定时发送维护建议报告给指定用户；中心数据服务器汇总所有风场的备件库存信息、安全库存数据，通过统计计算得出不同型号的风电机组的备件库存结构和数量，通过综合分析查询单元的邮件发送功能定时发送优化备件库存报告给指定用户；用户可根据综合分析查询单元在客户端提供的查询接口查询自己风电场的各风电机组运行状态数据、备件库存信息、备件损耗信息。

本发明带来以下有益效果：

为风电场业主提供的共享维护系统能够将分散在各地的各个风电场的风电机组的运行状况、备件库存信息即时汇总，产生一个庞大的虚拟库存，为各风电场之间的备件共享奠定了数据支持；并支持用户在线询价采购支付，能快速在各个风电场之间实现备件共享和调剂。而且本系统通过对以上数据的分析汇总，能对不同型号的风力发电机的维护提供建议报告给用户，很好地实现了提前预警，减少风电机组的非正常停机，提高了风电机组的利用率。

通过设置专家诊断数据库、在线与风电专家即时通信聊天等功能，为风电场业主正确把握系统运行状态，加快决策，快速诊断系统故障状态提供了专业保证，对提高风电场运行的可靠性、安全性和经济效益产生巨大的促进作用。

由于风力发电技术飞速发展对维护人员的要求不断提高，对新技术的学习有了很高的要求。风电场一般位于比较偏远的地方，分布较分散，集中培训学习从时间和成本上都有很大的浪费。采用本系统，可以在线学习，从而有效地解决了这一问题。

附图说明

图1：本发明一个较佳实施例的系统框图

图2（a）：本系统的风电机组状态检测分析原理图

图2（b）：本系统的用户管理原理图

图2（c）：本系统的库存管理原理图

图2（d）：本系统的交易管理原理图

图2（e）：本系统的技术培训原理图

图2（f）：本系统的综合分析查询原理图

图3：采用本发明后可实现的一个庞大的虚拟备件库存的示意图。

具体实施方式

参见图1，风电机组状态监测装置主要由安装在各风电机组中的各个传感器以及工控机组成，各类传感器对风力发电机组中的主轴承、齿轮箱、耦合器、发电机、偏航机构、机舱和塔架进行如下原始信号的采集：所有轴承的温度；机舱温度、齿轮箱油温、发电机线圈和气隙温度；主轴转速和发电机转速；主轴轴承、齿轮箱前后端轴承和发电机前后端轴承三向振动；齿轮箱壳体、底座、偏航机构、机舱和塔架的垂直振动。工控机安装有风电机组状态检测系统软件，主要负责控制各个传感器完成对风电机组的各主要部件进行原始信号采样，将各类传感器取得的信号经数据转换及初步处理传送给风电场服务器，风电场服务器采用扫描方式接收工控机发送上来的数据并根据时段加以存储，将异常数据的特征信息通过网络传输给中心数据服务器的风电机组状态分析单元。

中心数据服务器主要包括风电机组状态分析单元、用户管理单元、库存管理单元、交易管理单元、技术培训单元、综合分析查询单元。中心数据服务器通过TCP/IP协议与客户端之间传输数据，使用B/S模式，用户使用网页远程操作，从而实现各个分散的风电场可多用户共享本维护系统。

参见图2（a）；风电机组状态分析单元将接收到的风电机组的异常数据的特征信息与专家故障诊断数据库进行匹配，确认故障后，生成检测报告发送给用户；如未匹配到该模型则自动添加到专家故障诊断数据库中。此报告中包括维护的建议。例如：A风电场某风电机组的主轴承箱扭曲变形，则主轴承上的传感器传回的信号异常，风电场服务器将检测到的异常数据的特征信息通过网络传输给中心数据服务器的风电机组状态分析单元，经过与专家故障诊断数据库中的数据匹配，确认该故障后，生成检测报告通过综合分析查询单元发送给用户，并将数据备份存储。

参见图2（b）；用户管理单元，提供用户和管理员的登录授权及数据更新及软件升级功能。具体功能包括：用户注册功能，使用MD5加密方式实现；用户身份验证，即验证用户身份和所在用户的真实性；用户登录，即用户登录后加载用户所有权限；检测最新证书和单元更新，即服务器升级软件后，版本号自动升高，系统比较现有版本和服务器版本不同时进行自动更新；权限分配，即从高到低逐层配置权限的功能。例如：A风电场的小李想使用本系统，则首先注册为会员，系统检测到他的注册信息后会提示管理员确认其身份和所在公司真实性，并为其分配权限，当成功获得权限后，即可使用本系统。

参见图2（c）；库存管理单元，具体功能包括：风电机组档案树维护，即按集团、分公司、风电场、机型、风机部位、备件、备件明细的展示方式提供风电机组档案；入库，即新购进备件录入；出库，即将损耗备件在系统中减掉；设置安全库存，即设定的一个参考的基准，用来与实际库存量比较，如小于等于这个值，系统自动提醒用户；备品备件的损耗统计报表生成功能。例如A风电场需要本系统中的库存管理功能，则首先申请库存管理单元的权限，第一次使用需要初始化库存数据，系统会提示设置安全库存，设置完成后，用户既可以使用该功能了。用户可随时生成任意时间段的报表，包括入库、出库、存量、单一备件的使用报表。

参见图2（d）；交易管理单元，提供用户在线询价采购支付功能。具体功能包括：询价管理，即用户提交询价单，管理员处理后报价给用户；报价管理，即用户可以直接查看或打印处理完成的报价单；订单管理，即用户使用下订单功能，管理员使用处理订单功能；支付管理；合同管理；交易历史查询功能。例如A风电场的库存某备件数量利于安全库存，需要采购一批备件，则首先通过系统发送询价单给服务器，管理员处理后发送报价单给用户，用户确认报价后，该询价单转换成订单，同时系统生成采购合同，合同执行后，系统将所有操作备份存储。

参见图2（e）；技术培训单元，提供用户在线学习功能。具体功能包括：提供用户可按不同权限在线观看学习、下载课件功能；在线与风电专家交流互动，使用ajax无刷新和异步调用实现即时通信，保存聊天记录。例如A风场用户需要学习状态分析系统传感器安装说明，则需要登录系统后进入技术培训单元，搜索到该课件即可打开学习或下载。

参见图2（f）；综合分析查询单元，结合所有风电场的库存信息、备品备件的损耗信息和运行状态检测结果，得出不同型号的风电机组的优化备件库存及维护建议报告，并发给对应的用户。为用户提供针对自己风电场的信息查询功能，包括：查询各风场的备件库存情况；查询风电机组运行状态检测情况。例如A用户需要查看风电机组的报告，则登录系统，打开综合分析查询单元，选中需要查看的风电机组，即可下载或直接打开查看。

各单元之间可以动态配置，可根据用户需要，通过管理员配置权限给不同用户，可限制其仅能对部分单元实现访问操作。例：A用户只需要库存管理功能，管理员只为A用户分配使用库存管理客户端的权限。这样A用户登录系统后只能看到库存管理单元的菜单和页面。

图3为采用本发明后可实现的一个庞大的虚拟备件库存的示意，用户通过库存管理单元录入一个风电场的现有库存备件数据，字段包括：原厂编号、型号、订货号、适用机型、照片。通过网络将数据同步到中心数据服务器。管理员即可看见该风电场的库存数据。当用户库存增加库存或减少库存，数据同样会同步到中心数据服务器中。这样就实现了，所有用户库存的信息汇总，产生一个庞大的虚拟库存，为各个风电场之间备件共享奠定了数据支持。

Claims (3)

1.一种保证风电机组正常运行的共享维护系统，其特征在于：所述系统包括风电机组状态监测装置以及由风电机组状态分析单元、用户管理单元、库存管理单元、交易管理单元、技术培训单元、综合分析查询单元组成的中心数据服务器，所述中心数据服务器采用星形拓扑结构，设有客户端交互界面供用户在各个客户端的计算机上通过网络进行风电机组运行状态数据、备件库存数据的交互式信息传递以及完成备件询价采购支付、技术在线培训的任务；

所述风电机组状态监测装置由安装在各风电机组中的各个传感器和工控机及风电场服务器组成；所述工控机控制各个传感器采样，并将采样数据转换及初步处理，然后发送到风电场的服务器，风电场的服务器将异常数据的特征信息通过网络传输给中心数据服务器的风电机组状态分析单元；

所述风电机组状态分析单元对接收到的各风电机组异常数据的特征信息调用预装的专家诊断数据库进行故障数据匹配，匹配成功的，则直接生成故障分析报告，通过综合分析查询单元发送给相应用户；未能匹配成功的，则将数据作为新增故障模型添加到专家诊断数据库，实现专家诊断数据库的自学习功能；按月、季度和年度统计不同区域、不同机型的风电机组运行情况数据，将统计数据传送给综合分析查询单元生成维护建议报告发送给相应用户；

所述用户管理单元，用于对管理员及不同登录用户进行管理授权，并完成数据更新及软件升级；

所述库存管理单元，用于将各个用户在客户端计算机上录入的备件数据同步汇总到中心数据服务器的库存数据库中，提供库存数据供用户查询；并设置安全库存提醒，当用户的实际备件库存量小于安全库存量时，发送提醒信息给用户；

所述交易管理单元，用于实现用户在线询价、采购、支付功能；

所述技术培训单元，用于实现用户按不同权限在线观看、下载培训课件、在线与风电专家即时通信聊天功能；

所述综合分析查询单元，用于各个用户查询自己风电场的各风电机组运行状态数据、备件库存信息、备件损耗信息；并汇总各个风电场的上述数据信息生成不同型号的风力发电机的优化备件库存及维护建议报告，定时发给相应的用户。

2.按照权利要求1所述的一种保证风电机组正常运行的共享维护系统，其特征在于：所述中心数据服务器通过TCP/IP协议与客户端之间传输数据，使用B/S模式，用户使用网页操作实现交互。

3.一种保证风电机组正常运行的共享维护系统的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下功能的实现方法：

风电机组状态检测分析功能的实现方法：安装若干传感器在风电机组内部，采集数据监测信息，由工控机将数据转换及初步处理后发送到风电场的服务器，再由风电场服务器将异常数据模型同步到中心数据服务器的风电机组状态分析单元；经风电机组状态分析单元分析，可以匹配专家诊断数据库的，则直接生成故障分析报告，通过综合分析查询单元发送给相应用户；未能匹配的故障模型，添加到专家诊断数据库，实现专家诊断数据库的自学习功能；按月、季度和年度统计不同区域、不同机型的风电机组运行情况，通过综合分析查询单元定时发送维护建议报告给用户；

用户管理功能的实现方法：客户端计算机通过MD5加密方式提交注册数据到中心数据服务器，管理员收到申请后验证用户身份，为其分配所需权限；用户登录后系统会按其权限加载相应的功能单元；当某单元版本升级后，系统会在用户登录时检查并更新；

库存管理功能的实现方法：采用星形拓扑结构管理一个总备件库和多个风电场分备件库的库存；当风电场备件入库后，用户在客户端计算机上录入的入库数据通过网络同步到中心数据服务器的库存管理单元，管理员可以随时查看该风电场入库内容；中心数据服务器的库存管理单元为用户提供按：集团、分公司、风电场、机型、风机部位、备件、备件明细展示的风电机组档案；中心数据服务器汇总所有风场的备件库存信息、安全库存数据，按季度和年度通过综合分析查询单元生成优化备件库存报告发送给用户；

交易管理功能的实现方法：用户通过客户端计算机提交询价单到中心数据服务器的交易管理单元，管理员处理后，生成报价单给用户，用户确认后将该询价单直接转为订单提交给中心数据服务器的交易管理单元，系统会生成合同；合同执行后，系统将所有操作保存备份，成为交易历史记录；询价单、报价单和合同可以在中心数据服务器和客户端计算机上实现打印；

技术培训功能的实现方法：技术专家使用中心数据服务器中技术培训单元中的制作课件功能完成课件制作或直接导入课件至中心数据服务器并发布该课件；课件数据可在系统内共享，用户可以在客户端计算机上进行在线学习和下载；客户端计算机使用ajax无刷新和异步调用技术实现用户与技术专家之间的在线交流互动；系统自动存储聊天记录；

综合分析查询功能的实现方法：中心数据服务器汇总各个风电场的故障数据，通过统计计算得出不同区域、不同型号的风电机组的运行状态数据，通过综合分析查询单元的邮件发送功能定时发送维护建议报告给指定用户；中心数据服务器汇总所有风场的备件库存信息、安全库存数据，通过统计计算得出不同型号的风电机组的备件库存结构和数量，通过综合分析查询单元的邮件发送功能定时发送优化备件库存报告给指定用户；用户可根据综合分析查询单元在客户端提供的查询接口查询自己风电场的各风电机组运行状态数据、备件库存信息、备件损耗信息。

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