CN107705534A - 一种风电机组智能预警应急系统 - Google Patents

一种风电机组智能预警应急系统 Download PDF

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CN107705534A CN201710987532.2A CN201710987532A CN107705534A CN 107705534 A CN107705534 A CN 107705534A CN 201710987532 A CN201710987532 A CN 201710987532A CN 107705534 A CN107705534 A CN 107705534A
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Abstract

本发明提供了一种风电机组智能预警应急系统，包括无线传感器网络、风电机组监控中心和用户终端，所述的无线传感器网络用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控中心；所述的风电机组监控中心对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端通过访问风电机组监控中心获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。本发明实现了风电机组状态的无线监测和智能预警。

Description

一种风电机组智能预警应急系统
技术领域
本发明涉及风电设备监测领域，具体涉及一种风电机组智能预警应急系统。
背景技术
目前实际应用中的风电机组状态监测系统大多基于有线通信方式来进行信息采集与传输，随着风电的不断发展，风电场容量不断增加，采用有线通信方式的状态监测存在明显缺陷：(1)对于远离陆地的风电场，可进入性差，有线通信设施布设难度大、构建成本高，不利于状态监测系统的构建；(2)有线通信往往采用传统的“点对多点”的信息传输方式以及集中式的信息处理方式，效率低、实时性差，无法保证状态监测系统的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种风电机组智能预警应急系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种风电机组智能预警应急系统，包括无线传感器网络、风电机组监控中心和用户终端，所述的无线传感器网络用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控中心；所述的风电机组监控中心对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端通过访问风电机组监控中心获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。
本发明的有益效果为：实现了风电机组状态的无线监测，系统具有布设便捷、监测全面、通信高效等优点，便于在无人值守情况下进行风电机组故障预警和寿命预测，有助于为风电机组的预防性维修提供科学依据，减少故障发生率，从而降低风电机组的维修成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的结构框图；
图2是本发明风电机组监控中心的连接框图。
附图标记：
无线传感器网络1、风电机组监控中心2、用户终端3、数据存储模块10、数据分析处理模块20、风电机组健康状态显示模块30、报警模块40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的一种风电机组智能预警应急系统，包括无线传感器网络1、风电机组监控中心2和用户终端3，所述的无线传感器网络1用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控中心2；所述的风电机组监控中心2对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端3通过访问风电机组监控中心2获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。
其中，所述风电机组状态数据包括位移、加速度、应变、腐蚀度。
在一个实施例中，参见图2，所述风电机组监控中心2包括数据存储模块10、数据分析处理模块20、风电机组健康状态显示模块30和报警模块40，其中数据存储模块10、风电机组健康状态显示模块30和报警模块40皆与数据分析处理模块20通信连接。
在一个实施例中，所述的无线传感器网络1包括设定于风电机组监测区域外的基站节点以及部署于设定的风电机组监测区域内的多个传感器节点。
在一个实施例中，所述传感器节点采用刚性机械紧固方式设置在风电机组上，或者通过粘结剂或磁座安装在风电机组上。
本发明上述实施例实现了风电机组状态的无线监测，系统具有布设便捷、监测全面、通信高效等优点，便于在无人值守情况下进行风电机组故障预警和寿命预测，有助于为风电机组的预防性维修提供科学依据，减少故障发生率，从而降低风电机组的维修成本。
在一个实施例中，网络初始化时，基站节点将风电机组监测区域划分为多个风电机组监测子区域，并向各传感器节点广播消息，使各传感器节点确认自身所属的风电机组监测子区域以及风电机组监测子区域包含的传感器节点列表；属于同一个风电机组监测子区域内的传感器节点通过簇头竞选确定簇头节点，剩余的传感器节点作为该簇头节点所在簇内的风电机组状态监测节点，其中簇头节点用于接收并处理所在簇内各风电机组状态监测节点采集的风电机组状态数据，并将处理后的风电机组状态数据传输到下一跳节点或基站节点。
在一个实施例中，竞选簇头节点时，具体包括：
(1)在每轮簇头竞选开始时，属于同一个风电机组监测子区域内的各传感器节点按照下列公式计算本轮的随机阈值：
式中，Uxy表示第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点计算出的随机阈值，Sxy为第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点的最大通信半径，d(xy,sink)为第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点与基站节点之间的距离，其中邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，Lx为第x个风电机组监测子区域内部署的传感器节点个数，c1、c2为设定的权重因子；
(2)每个传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数，并判断是否小于计算出的随机阈值，若是，则该传感器节点当选为备选节点，否则作为普通风电机组状态监测节点；
(3)各备选节点进一步计算自身的生命周期，生命周期最大的备选节点成功当选为所属风电机组监测子区域的簇头节点，其他备选节点作为普通风电机组状态监测节点。
本实施例设计了风电机组监测子区域内的簇头节点竞选机制，每个风电机组监测子区域竞选出一个簇头节点，保证了簇头节点能够在无线传感器网络1部署区域中平均分布，从而减少因簇的分布不合理造成的网络损耗；
该簇头节点竞选机制中，先通过随机阈值的方式随机选举备选节点，然后在备选节点中选取生命周期最大的作为簇头节点，一方面使得每个传感器节点都有机会成为簇头节点，从而平均无线传感器网络1中传感器节点的能耗，另一方面使得邻居节点密度大、距离基站节点近、生命周期长的传感器节点有更高的概率当选为簇头节点，从而利于提高风电机组状态数据收集的稳定性。
在一个实施例中，传感器节点的生命周期的计算公式定义为：
式中，Hxy表示第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点的生命周期，Gxy为第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点的当前剩余能量，e为设定的传感器节点发送一个风电机组状态数据包的能量开销，v为设定的传感器节点接收一个风电机组状态数据包的能量开销，Lx为第x个风电机组监测子区域内部署的传感器节点个数，f为设定的单位距离能量损耗，xk表示除所述第y个传感器节点外第x个风电机组监测子区域内的第k个传感器节点，d(xy,xk)为第x个风电机组监测子区域内的第y个传感器节点与xk之间的距离。
基于传感器节点的当前剩余能量、与其他传感器节点之间的距离以及相应的风电机组状态数据包接收和发送的能量开销，本实施例提出了传感器节点的生命周期计算公式，相对于仅仅考虑剩余能量的方式，能够较好地综合地反映传感器节点作为簇头节点时的生存性能；
本实施例通过选取生命周期最大的备选节点作为簇头节点，能够避免簇头节点由于能量限制而过早死亡，从而相对减少簇头节点竞选的轮数，有利于延长无线传感器网络1的生命周期，实现对风电机组状态数据的长期有效采集，为实现风电机组状态监测提供必要数据。
在一个实施例中，簇头节点与基站节点为单跳距离时，直接将处理后的风电机组状态数据发送至基站节点，簇头节点与基站节点为多跳距离时，将处理后的风电机组状态数据传输到下一跳节点，由下一跳节点进行风电机组状态数据转发。
在一个实施例中，网络分簇完成后，簇头节点从簇内传感器节点中选择优选值最大的作为备用转发节点；
与基站节点为多跳距离的簇头节点选择下一跳节点，具体包括：
(1)与基站节点为多跳距离的簇头节点在各邻居簇头节点中确定距离基站最近的邻居簇头节点，并向该距离基站最近的邻居簇头节点发送协助转发请求消息；
(2)收到协助转发请求消息的邻居簇头节点的当前剩余能量高于设定的能量阈值时，向该簇头节点发送确认协助消息，从而作为该簇头节点的下一跳节点；
(3)收到协助转发请求消息的邻居簇头节点的当前剩余能量低于设定的能量阈值时，向该簇头节点发送备选转发节点的ID和位置信息，从而该簇头节点选择备选转发节点作为下一跳节点，由备选转发节点将处理后的风电机组状态数据转发至该邻居簇头节点的下一跳节点；
其中，设Qab表示邻居簇头节点a所在簇内第b个传感器节点的优选值，Qab的计算公式为：
式中，Sab为所述第b个传感器节点的最大通信半径，d(a,b)为邻居簇头节点a与其所在簇内第b个传感器节点之间的距离，d(a,sink)为所述第b个传感器节点与基站节点之间的距离，Hab为所述第b个传感器节点的生命周期。
本实施例提出了中继节点路由协议，利用该协议选择下一跳节点，一方面保证了簇头节点能够在距离基站节点最近的簇中选择下一跳节点，从而降低风电机组状态数据在转发过程中的通信成本；
另一方面，当距离基站最近的邻居簇头节点不能满足充足的能量要求时启用备选转发节点进行风电机组状态数据转发，有利于均衡簇头节点的风电机组状态数据转发能耗，且在一定程度上能够提高风电机组状态数据转发的可靠性，有助于实现对风电机组状态数据的长期稳定的收集，为实现对风电机组状态的在线监测和分析提供必要数据。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，包括无线传感器网络、风电机组监控中心和用户终端，所述的无线传感器网络用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控中心；所述的风电机组监控中心对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端通过访问风电机组监控中心获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，所述风电机组监控中心包括数据存储模块、数据分析处理模块、风电机组健康状态显示模块和报警模块。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，所述的无线传感器网络包括设定于风电机组监测区域外的基站节点以及部署于设定的风电机组监测区域内的多个传感器节点。
4.根据权利要求3所述的一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，所述传感器节点采用刚性机械紧固方式设置在风电机组上，或者通过粘结剂或磁座安装在风电机组上。
5.根据权利要求3所述的一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，网络初始化时，基站节点将风电机组监测区域划分为多个风电机组监测子区域，并向各传感器节点广播消息，使各传感器节点确认自身所属的风电机组监测子区域以及风电机组监测子区域包含的传感器节点列表；属于同一个风电机组监测子区域内的传感器节点通过簇头竞选确定簇头节点，剩余的传感器节点作为该簇头节点所在簇内的风电机组状态监测节点，其中簇头节点用于接收并处理所在簇内各风电机组状态监测节点采集的风电机组状态数据，并将处理后的风电机组状态数据传输到下一跳节点或基站节点。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组智能预警应急系统，其特征是，网络分簇完成后，簇头节点从簇内传感器节点中选择优选值最大的作为备用转发节点；簇头节点与基站节点为单跳距离时，直接将处理后的风电机组状态数据发送至基站节点，簇头节点与基站节点为多跳距离时，将处理后的风电机组状态数据传输到下一跳节点，由下一跳节点进行风电机组状态数据转发；其中与基站节点为多跳距离的簇头节点选择下一跳节点，具体包括：
(1)与基站节点为多跳距离的簇头节点在各邻居簇头节点中确定距离基站最近的邻居簇头节点，并向该距离基站最近的邻居簇头节点发送协助转发请求消息；
(2)收到协助转发请求消息的邻居簇头节点的当前剩余能量高于设定的能量阈值时，向该簇头节点发送确认协助消息，从而作为该簇头节点的下一跳节点；
(3)收到协助转发请求消息的邻居簇头节点的当前剩余能量低于设定的能量阈值时，向该簇头节点发送备选转发节点的ID和位置信息，从而该簇头节点选择备选转发节点作为下一跳节点，由备选转发节点将处理后的风电机组状态数据转发至该邻居簇头节点的下一跳节点；
其中，设Qab表示邻居簇头节点a所在簇内第b个传感器节点的优选值，Qab的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>w</mi> <mn>1</mn> </msub> <mfrac> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>sin</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
式中，Sab为所述第b个传感器节点的最大通信半径，d(a,b)为邻居簇头节点a与其所在簇内第b个传感器节点之间的距离，d(a,sink)为所述第b个传感器节点与基站节点之间的距离，Hab为所述第b个传感器节点的生命周期。
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