CN103321839B - 风机振动监测方法及系统、风机监控器 - Google Patents

风机振动监测方法及系统、风机监控器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种风机振动监测方法及系统、风机监控器，其中，该方法包括：风机监控器接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；所述风机监控器根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；所述风机监控器根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；所述风机监控器若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况；能够解决现有的风机振动检测技术存在报警准确率低的问题。

Description

风机振动监测方法及系统、风机监控器
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风机振动监测方法及系统、风机监控器。
背景技术
随着风力发电机组投运规模的扩大和运行时间的增加，对风电机组进行故障诊断和预防，已成为业界比较关注的问题。由于风电场所处的地理位置比较偏僻，条件比较恶劣，一旦发生故障，不仅维修成本高，而且会因停机影响发电量，造成巨大的经济损失。因此，在风电机组上安装状态监测和故障诊断系统，可以帮助维护人员尽早发现机组机械和电气方面的故障，有计划地进行维修，从而提高机组利用率，延长机组的寿命。
现有的基于振动的风力发电机组状态监测系统，主要是在风电机组的主轴承、齿轮箱和电机等部件上安装振动传感器，对测得的振动数据，通过一定的信号分析方法对振动数据进行处理，根据一些特征参数设置相应的报警和故障阈值，当所监测部位的振动特征参数超过设定的阈值时，就会发出报警或故障信号。
在整个系统中，报警阈值的设定是关系整个系统性能好坏的评判标准之一。若所设定的报警阈值偏低，则会产生错误的报警，影响风电机组的正常工作；相反，若设定的阈值偏高，机组长期运行，则会导致故障更加严重，影响机组的寿命。
目前常用的方法是根据相关振动标准对各测点振动设置固定的报警阈值，但由于风电场所处的环境较恶劣，其重要部件都处于几十米的高空，再加上风速变化没有规律，导致不同风电机组有其自己的振动特性，因此，现有的风机振动检测技术易出现误报或者漏报的问题。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有的风机振动检测技术存在报警准确率低的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种风机振动监测方法及系统、风机监控器。
本发明提供一种风机振动监测方法，包括：
风机监控器接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；
所述风机监控器根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；
所述风机监控器根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；
所述风机监控器若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
本发明提供一种风机监控器，包括：
接收模块，用于接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；
确定模块，用于根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；
获取模块，用于根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；
报警模块，用于若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
本发明提供一种风机振动监测系统，包括：风机监控器，数据采集模块；
所述风机监控器为上述的风机监控器；
所述数据采集模块，用于发送多个振动信息和风机过程参数给所述风机监控器，每个振动信息中包含振动数据和振动标识。
本发明实施例通过风机监控器接收数据采集模块发送的风机过程参数和振动信息，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，获取与所述振动信息中包含的振动标识对应的报警阈值，若确定所述振动信息中包含的振动数据大于所述报警阈值，则发送报警信号，能够解决现有的风机振动检测技术存在报警准确率低的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的风机振动监测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的风机监控器的结构示意图；
图3为本发明实施三提供的风机振动检测系统的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例一提供的风机振动监测方法的流程示意图，包括：
步骤101、风机监控器接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识。
实际情况中，为了准确检测风机各部位的振动情况，在每一台风机中安装有多个振动传感器，每个振动传感器安装在各振动检测部位，多个振动传感器分别与数据采集模块连接，且安装在同一风机中。
举例来说，每个振动传感器采集的振动信息中包含振动数据和振动标识，其中，振动标识为每个振动传感器的标识。
举例来说，数据采集模块通过CAN通讯接收风机控制器发送的各种风机过程参数，其中，风机控制器与数据采集模块安装在同一风机中，风机过程参数包括风机的转速、功率、轴承温度、电机绕组温度以及风速等参数信息。
本实施例，数据采集模块通过风场现有的光纤网络将多个振动信息和风机过程参数发送给位于风场中控室的风机监控器。
步骤102、所述风机监控器根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况。
具体为：所述风机监控器根据所述风机过程参数，查询风机过程参数存储单元，获取风机过程参数存储单元中与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数对应的风机工况，并确定为与所述风机过程参数匹配的风机工况。
实际情况中，风力发电机组的振动是由很多因素引起的，如风速变化、载荷变化、温度变化等，在不同的风机工况下，风机中各测点的振动情况也不同。
本实施例将影响风机工况的因素(如风机的功率、风速、温度等风机过程参数信息)通过模糊化处理、模糊推理得到不同的风机工况，进而确定不同风机工况对应的各振动检测部位的报警阈值。
举例来说，以风机输出功率、风速作为影响风机工况的主要因素来说明模糊化处理的过程：
1、模糊化处理
将风机功率power在论域P＝[0，p]范围内进行模糊化，其中p根据风机的额定功率来定(如1.5MW的风电机组，p值为1500)，用语言变量来表征模糊集合，即将风机功率在论域范围内进行模糊化，获取风机功率的模糊集合；
X1＝{很大(VL)，大(L)，中(M)，小(S)，很小(VS)}；
将风速wind speed在论域V＝[v1，v2]范围内进行模糊化，用语言变量来表征模糊集合，即将风速在论域范围内进行模糊化，获取风速的模糊集合；
X2＝{很大(VL)，大(L)，中(M)，小(S)，很小(VS)}；
应用隶属度函数分别确定风机功率的模糊集合和风速的模糊集合相应的子集，即风机功率的模糊集合的子集表示为：
A＝{μVL，μL，…，}，其中，μVL为风机输出功率为很大的隶属度向量，依次类推。
风速的模糊集合的子集表示为：
B＝{μVL，μL，…，μVS}，其中，μVL为风速为很大的隶属度向量，依次类推。
2、模糊推理
风机的工况用模糊集合Y表示：
Y＝{工况1(y1)，工况2(y2)，工况3(y3)，工况(y4)}；
本实施例的模糊推理采用“如果X是A且Y是B，则Z是C”的模糊条件语句，可得到模糊规则语句，即：
规则R1：如果X1是VL，且X2是VL，则Y是y1；
规则R2：如果X1是L，且X2是VL，则Y是y1；
规则R3：…
上述模糊规则是根据专家知识库预先建立的，所述专家知识库建立在大量试验和总结专家、技术人员的经验的基础上得到的。
与上述模糊规则相应，每个规则的模糊蕴含关系为：
其中，→为模糊关系运算符；
上述模糊规则的总的模糊蕴含关系为：
以风机输出功率、风速作为影响风机工况的主要因素，通过模糊化，模糊推理即可得到风机工况集合：
Y＝RA×BοR，其中，R为总的模糊蕴含关系，ο表示合成运算符。
举例来说，风机控制器将历史风机过程参数通过数据采集模块发送给风机监控器，风机监控器根据上述获得的风机工况集合，给所述历史风机过程参数匹配相应的风机工况，并将所述历史风机过程参数保存到与所述历史风机过程参数匹配的风机工况对应的风机过程参数存储单元中。
以安装有第一振动传感器的振动检测部位为例，第一振动传感器在不同风机工况下采集第一振动信息，其中，第一振动信息中包含第一振动数据和第一振动标识，通过数据采集模块将第一振动信息发送给风机监控器；风机监控器将第一振动数据与第一振动标识和风机工况进行绑定存储，也就是说，将第一振动数据保存到与风机工况对应的振动信息存储单元中与第一振动标识对应的第一振动数据存储子单元中。
步骤103、所述风机监控器根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值。
以安装有第一振动传感器的振动检测部位为例，第一报警阈值的设置是通过分析不同风机工况下的第一振动数据，也就是说，调用与所述风机工况对应的第一振动数据存储子单元中存储的第一振动数据，利用拉依达法准则为标准来设置第一报警阈值。
步骤104、所述风机监控器若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
举例来说，所述风机监控器根据报警信号中包含的振动标识和风机工况，调用与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与所述振动标识对应的振动数据存储子单元中保存的振动数据，并进行调用的振动数据进行分析和处理，方便工程师找出发生振动异常的原因。
本发明实施例通过风机监控器接收数据采集模块发送的风机过程参数和振动信息，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，获取与所述振动信息中包含的振动标识对应的报警阈值，若确定所述振动信息中包含的振动数据大于所述报警阈值，则发送报警信号，能够解决现有的风机振动检测技术存在报警准确率低的问题。
图2为本发明实施例二提供的风机监控器的结构示意图，包括：
接收模块21，用于接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；
确定模块22，用于根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；
获取模块23，用于根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；
报警模块24，用于若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
举例来说，所述风机监控器还包括：
模糊模块25，用于将所述数据采集模块发送的历史风机过程参数进行模糊处理，获取所述风机的多个风机工况；
第一存储模块26，用于将所述历史风机过程参数保存到与所述历史风机过程参数匹配的风机工况对应的风机过程参数存储单元中。
举例来说，确定模块22，具体用于根据所述风机过程参数，查询风机过程参数存储单元；获取所述风机过程参数存储单元中与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数；将与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数对应的风机工况确定为与所述风机过程参数匹配的风机工况。
模糊模块25，具体用于所述风机监控器将所述历史风机过程参数在所述历史风机过程参数的论域内进行模糊化，获取历史所述风机过程参数的模糊集合；应用预先建立的模糊规则，对所述历史风机过程参数的模糊集合进行模糊推理，获取与所述历史风机过程参数的模糊集合对应的风机工况集合。
进一步举例来说，所述风机监控器还包括：
第二存储模块27，用于在所述风机工况下，根据所述数据采集模块发送的多个振动信息中各自包含的振动标识，分别将各所述振动信息中包含的振动数据保存到与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与各所述振动标识对应的振动数据存储子单元中；
设置模块28，用于调用与所述风机工况对应的各振动数据存储子单元中储存的振动数据，分别设置与所述振动标识对应的报警阈值；
第三存储模块29，用于将所述振动标识对应的报警阈值保存到与所述风机工况对应的报警阈值列表中；
分析模块20，用于根据所述报警信号中包含的振动标识和风机工况，调用与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与所述振动标识对应的振动数据存储子单元中保存的振动数据，并进行分析和处理。
本实施例所述的风机监控器具体可以用于执行图1所示方法实施例所述的风机振动监测方法，其实现原理和技术效果不再赘述。
图3为本发明实施例三提供的风机振动监测系统，包括：风机监控器31，数据采集模块32；
其中，风机监控器31为图2所示实施例所述的风机监控器；
数据采集模块32，用于发送多个振动信息和风机过程参数给风机监控器31，每个振动信息中包含振动数据和振动标识。
所述系统还包括：风机控制器33和多个振动传感器；
其中，风机控制器33和所述多个振动传感器与数据采集模块32安装在同一风机中；
风机控制器33，用于发送所述风机过程参数给数据采集模块32；
所述多个振动传感器，用于各自发送所述振动信息给数据采集模块31。
本实施例所述系统可以具体执行图1所示方法实施例所述的风机振动监测方法，其实现原理和技术效果不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种风机振动监测方法，其特征在于，包括：
风机监控器将数据采集模块发送的历史风机过程参数进行模糊处理，获取所述风机的多个风机工况；
所述风机监控器将所述历史风机过程参数保存到与所述历史风机过程参数匹配的风机工况对应的风机过程参数存储单元中；
所述风机监控器接收所述数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；所述风机过程参数包括风机功率、转速、风速、温度；
所述风机监控器根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；
所述风机监控器根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；
所述风机监控器若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机监控器接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数之前包括：
所述数据采集模块接收多个振动传感器各自发送的振动信息和风机控制器发送的所述风机过程参数，所述振动信息中包含的振动标识包括所述振动传感器的标识；
所述数据采集模块、多个振动传感器和风机控制器安装在同一风机中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机监控器根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况具体包括：
所述风机监控器根据所述风机过程参数，查询风机过程参数存储单元；
获取所述风机过程参数存储单元中与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数；
将与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数对应的风机工况确定为与所述风机过程参数匹配的风机工况。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机监控器将所述数据采集模块发送的历史风机过程参数进行模糊处理，获取所述风机的多个风机工况，具体包括：
所述风机监控器将所述历史风机过程参数在所述历史风机过程参数的论域内进行模糊化，获取所述历史风机过程参数的模糊集合；
应用预先建立的模糊规则，对所述历史风机过程参数的模糊集合进行模糊推理，获取与所述历史风机过程参数的模糊集合对应的风机工况集合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机监控器根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值之前包括：
在所述风机工况下，所述风机监控器根据所述数据采集模块发送的多个振动信息中各自包含的振动标识，分别将各所述振动信息中包含的振动数据保存到与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与各所述振动标识对应的振动数据存储子单元中；
所述风机监控器调用与所述风机工况对应的各振动数据存储子单元中储存的振动数据，分别设置与所述振动标识对应的报警阈值；
将所述振动标识对应的报警阈值保存到与所述风机工况对应的报警阈值列表中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风机监控器若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号之后包括：
所述风机监控器根据所述报警信号中包含的振动标识和风机工况，调用与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与所述振动标识对应的振动数据存储子单元中保存的振动数据，并进行分析和处理。
7.一种风机监控器，其特征在于，包括：
模糊模块，用于将数据采集模块发送的历史风机过程参数进行模糊处理，获取所述风机的多个风机工况；
第一存储模块，用于将所述历史风机过程参数保存到与所述历史风机过程参数匹配的风机工况对应的风机过程参数存储单元中；
接收模块，用于接收数据采集模块发送的多个振动信息和风机过程参数，每个振动信息中包含振动数据和振动标识；所述风机过程参数包括风机功率、转速、风速、温度；
确定模块，用于根据所述风机过程参数，确定与所述风机过程参数匹配的风机工况；
获取模块，用于根据所述风机工况，查询与所述风机工况对应的报警阈值列表，根据所述振动标识，获取与所述风机工况对应的报警阈值列表中的与所述振动标识对应的报警阈值；
报警模块，用于若确定所述振动数据大于所述报警阈值，则生成报警信号，所述报警信号中包括所述振动标识和所述风机工况。
8.根据权利要求7所述的风机监控器，其特征在于，所述确定模块，具体用于根据所述风机过程参数，查询风机过程参数存储单元；获取所述风机过程参数存储单元中与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数；将与所述风机过程参数匹配的历史风机过程参数对应的风机工况确定为与所述风机过程参数匹配的风机工况。
9.根据权利要求7所述的风机监控器，其特征在于，所述模糊模块，具体用于所述风机监控器将所述历史风机过程参数在所述历史风机过程参数的论域内进行模糊化，获取所述历史风机过程参数的模糊集合；应用预先建立的模糊规则，对所述历史风机过程参数的模糊集合进行模糊推理，获取与所述历史风机过程参数的模糊集合对应的风机工况集合。
10.根据权利要求7所述的风机监控器，其特征在于，还包括：
第二存储模块，用于在所述风机工况下，根据所述数据采集模块发送的多个振动信息中各自包含的振动标识，分别将各所述振动信息中包含的振动数据保存到与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与各所述振动标识对应的振动数据存储子单元中；
设置模块，用于调用与所述风机工况对应的各振动数据存储子单元中储存的振动数据，分别设置与所述振动标识对应的报警阈值；
第三存储模块，用于将所述振动标识对应的报警阈值保存到与所述风机工况对应的报警阈值列表中。
11.根据权利要求7所述的风机监控器，其特征在于，还包括：
分析模块，用于根据所述报警信号中包含的振动标识和风机工况，调用与所述风机工况对应的振动信息存储单元中与所述振动标识对应的振动数据存储子单元中保存的振动数据，并进行分析和处理。
12.一种风机振动监测系统，其特征在于，包括：风机监控器，数据采集模块，所述风机监控器与所述数据采集模块连接；
所述风机监控器为如权利要求7-11中任一项所述的风机监控器；
所述数据采集模块，用于发送多个振动信息和风机过程参数给所述风机监控器，每个振动信息中包含振动数据和振动标识。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：风机控制器和多个振动传感器，所述风机控制器和所述多个振动传感器与所述数据采集模块安装在同一风机中；
所述风机控制器，用于发送所述风机过程参数给所述数据采集模块；
所述多个振动传感器，用于各自发送所述振动信息给所述数据采集模块。
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