CN104238521A

CN104238521A - 海上风电场远程管理系统

Info

Publication number: CN104238521A
Application number: CN201410477482.XA
Authority: CN
Inventors: 裴瑞平; 邱杰
Original assignee: Anhui Polytechnic University
Current assignee: Anhui Polytechnic University
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明涉及一种海上风电场远程管理系统，属于风力发电技术领域，该系统包括数据采集模块：用于采集每台发电机组的振动信号和转速信号，并发送给数据处理中心；数据处理中心：对数据采集模块的感知数据进行存储、分析、发掘和处理，并发送给远程监控模块；远程监控模块：根据数据处理中心的数据运行实时监测、数据查询、数据导出和运行趋势分析功能；所述数据采集系统包括RFID射频标签、射频识别器和采集信息的传感器，RFID射频标签设在风电机组上，所述传感器和射频识别器进行集成化处理。本发明系统对风电机组进行远程监测和集中控制，并了解在苛刻环境下设备的运行能力。

Description

海上风电场远程管理系统

技术领域

本发明属于风力发电技术，具体涉及一种风电场远程管理系统。

背景技术

海上气候环境恶略，风电机组维护困难，故障率高。状态监控技术的发展和完善有助于提高海上风电机组的运行性能，提高风电场经济效益。针对单个风力发电系统包含几十乃至几百个风力发电机组，而且各个机组之间的距离可能非常远，对整个风电场的状态采集进行远程监测、集中控制格外困难。另外，现有已建成的风电场的通信系统大都采用结构简单、成本低的电缆连接。这种方式最大的缺点是易受外部电磁干扰，尤其是遇雷暴天气，极易遭受雷击，造成硬件损坏。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种海上风电场远程监控系统，为了更好的对风电机组进行远程监测、集中控制，并了解在苛刻环境下设备的运行能力。

本发明的技术方案是：一种风电场远程管理系统，包括：数据采集模块：用于采集每台发电机组的振动信号和转速信号，并发送给数据处理中心；数据处理中心：对数据采集模块的感知数据进行存储、分析、发掘和处理，并发送给远程监控模块；远程监控模块：根据数据处理中心的数据运行实时监测、数据查询、数据导出和运行趋势分析功能；所述数据采集系统包括RFID射频标签、射频识别器和采集信息的传感器，RFID射频标签设在风电机组上，所述传感器和射频识别器进行集成化处理。所述数据采集模块与数据处理中心通过CAN总线通信方式，所述CAN总线设有两套，其中一套为故障时备用总线。所述传感器包括信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元，信号预处理单元将信息采集单元的感知数据处理后变成离散信号，多采样率处理单元对离散信号进行多采样率处理。所述数据处理中心包括中央处理单元和数据库，中央处理单元对感知数据进行分析、发掘和处理，并将数据存储在数据库中。所述远程监控模块包括安全访问控制单元、实时情况检测单元、数据查询单元和故障分析报告单元。所述远程监控模块运行于Web服务器上。

本发明有如下积极效果：本发明的远程监测系统，可以实时监测风电场的运行状况，双CAN总线增加系统稳定性，在一套总线故障时，可以切换为另一套总线。多采样率信号处理技术通过一个信号处理系统中采用两个或两个以上的采样速率，可以减少存储量、降低计算复杂度，以便于信号的存储、传递和处理。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的系统结构图；

图2为本发明具体实施方式的数据采集模块结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明的远程监测系统运行于Web服务器上，面向互联网授权用户，具有远程监测、数据历史查询、故障诊断和数据管理等功能。本发明的远程监测系统在体系结构上分为三个层次，包括感知层、网络层和应用层，其中，感知层位于最下层，它由传感节点和传感网关组成，是本发明的数据采集模块，主要负责风电机组的工作状态有关参数及实时的工作环境情况的信息采集。网络层具有对风机感知数据的管理与处理功能，可以对采集的数据进行存储、分析、发掘、处理等，是本发明的数据处理中心。通过网络上传到Web服务器中，对数据进行分析处理后，对于设备已经出现、可能出现的故障进行报警，同时，调用历史数据和相关问题的解决方案，为维修、巡检提供依据。应用层为本发明的远程监控模块，具有对风机运行数据的监控和查询功能，利用分析处理后所得的感知数据为用户提供服务。

本发明的数据采集模块包括RFID射频标签、射频识别器和采集信息的传感器，为了对设备进行唯一化识别，在每个风电机组上安装RFID射频识别标签，将射频视频器和采集信息的传感器进行集成化处理，一是安装方便，二是为了方便发生故障时及时更换。每个风电机组上需要安装多个传感器，分别用于采集风电机组的低速轴、高速轴和齿轮箱等关键零部件的轴向、径向振动信号和转速信号。

本发明采集信息的传感器集成了信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元，首先，信息采集单元采集每台发电机组的振动信号和转速信号，并将采集到的振动信号经预处理后变成离散信号；然后，根据转速信号计算抽样因子，对离散振动信号进行多采样率处理，然后通过CAN总线发送到数据处理中心，通过数据处理中心分析接收到的振动信号来识别设备的状态。多采样率信号处理技术通过一个信号处理系统中采用两个或两个以上的采样速率，可以减少存储量、降低计算复杂度，以便于信号的存储、传递和处理，多采样率信号处理首先得到抽样因子，再根据抽样因子来构造低通滤波器，对振动信号抗混叠低通滤波后进行二次抽样处理。对于低速轴和高速轴，抽样因子D的计算公式为

D≤f_s/(cmn_r)

其中：c≥2为一常数；m为谐波次数；n_r为转子转速。

对于齿轮箱，抽样因子D应满足

D≤f_s/(cmf_m)

其中，f_m为转子速度为n_r时齿轮的齿合频率。

CAN 总线作为一种先进的控制总线，具有较强的检错和纠错能力，但在复杂工况条件下，难免出现传输介质损坏、插头松动以及 CAN 控制器或收发器故障等现象，从而造成系统通信暂时中断或无法正常工作的局面，为了提高系统通信的可靠性和稳定性，有效的办法是采用通信冗余机制,即系统采用2套总线，每套均包含总线电缆、驱动器和控制器,在物理层、数据链路层以及应用层实现全系统的冗余，与部分冗余方法相比，不需采用判断切换电路，大大降低了系统的故障率。在底层管理节点正常复位或上电工作后,将其中一个CAN总线控制器默认为主CAN总线(主 CAN A)；另外一个作为系统的备用 CAN(从CAN B),作为主 CAN 的冗余。换言之, 系统在同一个时间节点上有且仅有其中一路 CAN 通道工作,另一路为监听状态或处于故障状态(当发生故障时)。系统正常运行时,主 CAN 总线(CAN A)投入使用。若主 CAN总线线路发生故障,从 CAN 总线(CAN B)则自动切入运行。若在上电检测时主 CAN 总线已经发生故障,则从 CAN 总线也会自动切入运行。因此，无论哪一套总线发生故障，另一套总线均能自动保持系统正常继续工作,大大提高了整个系统的通信可靠性。CAN总线采用屏蔽双绞线，避免很强的电磁干扰从而影响信号在线检测与控制系统的工作正常。两套总线用于系统故障时，提高系统稳定性，特别是雷电等其它恶略环境损坏的情况。

本发明数据处理中心包括中央处理单元和数据库，中央处理单元对感知数据进行存储分析、发掘和处理。将数据文件保存在本地局域网中，以免由于网络故障导致数据丢失，既起到备份数据的作用，也可以用于设备状态的本地诊断。

本发明的远程监控模块与数据处理中心通过3G通信方式进行数据传输，远程监控模块包括安全访问控制单元、实时情况监测单元、数据查询单元和故障分析报告单元，安全访问控制单元主要是对登录系统ＩＰ的人员进行身份认证，对不同的用户组授予不同的权限。对认证地址非法、认证失败进行信息记录并留存，多次失败限制用户帐号或IP；对认证成功进入系统的人员的全部操作进行记录表并留存，以保护数据资料的安全和系统的稳定。实时情况监测单元主要是将通过3G网络上传的风电机组的状态参数和周围环境的参数，通过后台程序录入数据库并显示在系统的界面上。数据查询单元的功能是提供给授权用户风电机组运行状态、环境数据等有关记录的查询，并对需要的数据以excel的格式导出。故障分析报告单元主要功能是根据数据库内的风电机组和环境监测的数据进行分析和往期数据进行比较，绘制风电机组运行趋势图，当发现实时数据异常或经分析预计可能出现故障时及时向有关用户组报警提示。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海上风电场远程管理系统，其特征在于，包括：

数据采集模块：用于采集每台发电机组的振动信号和转速信号，并发送给数据处理中心；

数据处理中心：对数据采集模块的感知数据进行存储、分析、发掘和处理，并发送给远程监控模块；

远程监控模块：根据数据处理中心的数据运行实时监测、数据查询、数据导出和运行趋势分析功能；

所述数据采集系统包括RFID射频标签、射频识别器和采集信息的传感器，RFID射频标签设在风电机组上，所述传感器和射频识别器进行集成化处理。

2.根据权利要求1所述的海上风电场远程管理系统，其特征在于：所述数据采集模块与数据处理中心通过CAN总线通信方式，所述CAN总线设有两套，其中一套为故障时备用总线。

3.根据权利要求1所述的海上风电场远程管理系统，其特征在于：所述传感器包括信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元，信号预处理单元将信息采集单元的感知数据处理后变成离散信号，多采样率处理单元对离散信号进行多采样率处理。

4.根据权利要求1所述的海上风电场远程管理系统，其特征在于：所述数据处理中心包括中央处理单元和数据库，中央处理单元对感知数据进行分析、发掘和处理，并将数据存储在数据库中。

5.根据权利要求1所述的海上风电场远程管理系统，其特征在于：所述远程监控模块包括安全访问控制单元、实时情况检测单元、数据查询单元和故障分析报告单元。

6.根据权利要求5所述的海上风电场远程管理系统，其特征在于：所述远程监控模块运行于Web服务器上。