CN108999756A - 风电机组振动异常预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了风电机组振动异常预警系统，该系统包括被配置为采集风电机组振动传感数据的无线感知装置、被配置为存储风电机组振动传感数据的云服务器和被配置为显示该风电机组振动传感数据的显示器；该无线感知装置、显示器皆与该云服务器连接；还包括与云服务器连接的预警装置，所述预警装置在风电机组振动传感数据出现异常时向预设用户终端输出报警信号。

Description

风电机组振动异常预警系统

技术领域

本发明涉及风电机组监测技术领域，具体涉及风电机组振动异常预警系统。

背景技术

风能是一种干净的、可再生的能源，利用风能发电是极为重要、且极具发展潜力的发电方式。风力发电是通过能将风力机械能转化为电能的风电机组来实现的。风电机组主要包括叶片、机舱和塔筒三部分，风电机组的齿轮箱和发电机等均设置在机舱内，叶片与机舱内的发电机通过主轴连接以使得叶片在风力作用下转动时可驱动发电机进行发电，从而实现风力机械能至电能的转换。在风电机组将风力机械能转化为电能这一过程中，风电机组的许多部件均会产生振动，这种振动达到一定程度时，将导致振动故障的出现，从而损坏整个风电机组。因此，对风电机组的振动状况进行监测，以在故障预兆期内，迅速做出正确的诊断，并对风电机组采取相应的保护措施，具有重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供风电机组振动异常预警系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了风电机组振动异常预警系统，该系统包括被配置为采集风电机组振动传感数据的无线感知装置、被配置为存储风电机组振动传感数据的云服务器和被配置为显示该风电机组振动传感数据的显示器；该无线感知装置、显示器皆与该云服务器连接；该无线感知装置包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络；在无线传感器网络构建过程中，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个分簇选择一个传感器节点作为簇头节点；簇头节点主要被配置为收集簇内传感器节点采集的风电机组振动传感数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要被配置为将各簇头节点发送的风电机组振动传感数据汇总发送至该云服务器；还包括与云服务器连接的预警装置，所述预警装置在风电机组振动传感数据出现异常时向预设用户终端输出报警信号。

优选地，该传感器节点包括至少一个传感器，传感器节点还包括被配置为将传感器信号转换为对应的风电机组振动传感数据的信号适配器，该信号适配器与传感器连接；还包括被配置为控制采集频率的控制器，该控制器与传感器连接。优选地，该传感器为低频振动传感器或者高频振动传感器；其中，低频振动传感器设置在风电机组的叶片上以采集叶片振动信号，或者设置在主轴上以采集主轴振动信号，或者设置在塔筒上以采集塔筒振动信号；该高频振动传感器设置在风电机组的齿轮箱以采集齿轮箱振动信号，或者设置在发电机上以采集发电机振动信号。

其中，该显示器包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

本发明的有益效果为：本发明能够智能实时获取风电机组振动传感数据，便于监测人员及时了解风电机组振动信息，从而根据风电机组振动信息进一步分析风电机组状态，对可能发生故障的风电机组及时进行检查，减少因风电机组故障所造成的损失；本实施例通过设置预警装置，实现了对风电机组振动异常的及时预警。

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是本发明一个示例性实施例的风电机组振动异常预警系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意框图。

附图标记：

无线感知装置1、云服务器2、显示器3、预警装置4、传感器10、信号适配器20、控制器30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明一个示例性实施例的风电机组振动异常预警系统的结构示意框图。参见图1，本发明实施例提供了风电机组振动异常预警系统，该系统包括被配置为采集风电机组振动传感数据的无线感知装置1、被配置为存储风电机组振动传感数据的云服务器2和被配置为显示该风电机组振动传感数据的显示器3；该无线感知装置1、显示器3皆与该云服务器2连接。该系统还包括与云服务器2连接的预警装置4，所述预警装置4在风电机组振动传感数据出现异常时向预设用户终端输出报警信号。

在一种实施方式中，所述的预警装置4内存储有各风电机组振动参数阈值，预警装置4从云服务器2中获取风电机组振动传感数据，并将风电机组振动传感数据与对应的风电机组振动参数阈值进行比较，根据比较结果判断风电机组振动传感数据是否异常。

其中，该无线感知装置1包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络。其中，该无线感知装置1包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络；在无线传感器网络构建过程中，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个分簇选择一个传感器节点作为簇头节点；簇头节点主要被配置为收集簇内传感器节点采集的风电机组振动传感数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要被配置为将各簇头节点发送的风电机组振动传感数据汇总发送至该云服务器。在一种实施方式中，可基于LEACH协议进行传感器节点的分簇，或者基于其他现有的路由协议进行分簇，本实施例对具体的分簇方式不作限定。

其中，图2示出了本发明一个示例性实施例的传感器节点的结构示意框图。如图2所示，该传感器节点包括传感器10和被配置为将传感器10的信号转换为对应的风电机组振动传感数据的信号适配器20，该信号适配器20与传感器10连接；还包括被配置为控制采集频率的控制器30，该控制器30与传感器10连接。在一种可选的方式中，该传感器10为低频振动传感器或者高频振动传感器；其中，低频振动传感器设置在风电机组的叶片上以采集叶片振动信号，或者设置在主轴上以采集主轴振动信号，或者设置在塔筒上以采集塔筒振动信号；该高频振动传感器设置在风电机组的齿轮箱以采集齿轮箱振动信号，或者设置在发电机上以采集发电机振动信号。

其中，该显示器3包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

本发明上述实施例能够智能实时获取风电机组振动传感数据，便于监测人员及时了解风电机组振动信息，从而根据风电机组振动信息进一步分析风电机组状态，对可能发生故障的风电机组及时进行检查，减少因风电机组故障所造成的损失；本实施例通过设置预警装置，实现了对风电机组振动异常的及时预警。

各传感器节点通过周期性地交换信息获取邻居节点标识及位置信息，所述的邻居节点为处于传感器节点传输范围内的其他传感器节点；簇内的传感器节点将采集的风电机组振动传感数据传送至对应的簇头节点，包括：

(1)设向簇头节点发送所采集的风电机组振动传感数据的传感器节点为源节点，源节点确定其到对应簇头节点的传输路径长度h；

(2)若h≤1，源节点直接将风电机组振动传感数据传输至对应簇头节点；若h＞1，源节点在其邻居节点中选择一个邻居节点作为下一跳，即为该跳的目的节点，源节点采用直接传输方式或者通过协作传输的方式将所采集的风电机组振动传感数据发送至目的节点；

(3)将该跳的目的节点视为下一跳的源节点，令h＝h-1，该下一跳的源节点执行(2)，直至风电机组振动传感数据被传递至簇头节点。

其中，设置h的计算公式为：

式中，C_i,o为源节点i到对应簇头节点的距离，C_x,o为所述对应簇头节点到其簇内第x个传感器节点的距离，n_o为所述对应簇头节点簇内传感器节点的数量，int为取整函数；int表示取整。

其中，源节点采用直接传输方式或者通过协作传输的方式将所采集的风电机组振动传感数据发送至目的节点，包括：

(1)源节点在第一次发送风电机组振动传感数据给其目的节点时，通过协作传输的方式将风电机组振动传感数据传递至该跳的目的节点，并计算过程中的能量消耗，得到第一能量消耗；

(2)在第二次发送风电机组振动传感数据时，源节点直接将风电机组振动传感数据发送至该跳的目的节点，并计算过程中的能量消耗，得到第二能量消耗；

(3)源节点比较所述第一能量消耗和第二能量消耗，若所述第一能量消耗小于第二能量消耗，在后续的风电机组振动传感数据传输时，源节点均通过协作节点协作传输的方式将风电机组振动传感数据传递至该跳的目的节点；若所述第一能量消耗不小于第二能量消耗，在后续的风电机组振动传感数据传输时，源节点直接将风电机组振动传感数据发送至该跳的目的节点，其中每次发送的风电机组振动传感数据的数量相同。

本实施例中，根据源节点到对应簇头节点的传输路径长度来确定用于转发风电机组振动传感数据的下一跳节点的数目，从而限定了传输风电机组振动传感数据的跳数，有利于避免多跳传输过程中的能量浪费。

本实施例中，源节点将风电机组振动传感数据发送至目的节点时，在开始时通过直接传输方式、通过协作传输的方式这两种方式来传输风电机组振动传感数据，从而能够便捷获取该两种方式的能耗，源节点还将能耗最小的传输方式作为后续风电机组振动传感数据传递的方式，有利于降低风电机组振动传感数据传输的能耗。

在一个实施例中，所述通过协作传输的方式将风电机组振动传感数据传递至该跳的目的节点，具体为：

(1)源节点在其邻居节点中选择n个邻居节点作为协作节点，当源节点的邻居节点数目小于n时，选择全部邻居节点作为源节点的协作节点；

(2)源节点利用多元正交幅度调制的方式调制风电机组振动传感数据，然后将经调制的风电机组振动传感数据以广播的方式传递给它的各个协作节点；

(3)源节点及其各协作节点对风电机组振动传感数据进行压缩编码后，将压缩编码后的风电机组振动传感数据传递至目的节点。

其中，由簇头节点对压缩编码后的风电机组振动传感数据进行译码，以重构风电机组振动传感数据。

其中，协作节点的数目按照下列公式确定：

式中，K为网络中部署的传感器节点数量，S为所述监测区域的面积，C_m为源节点到其目的节点的距离。

本实施例设定了单跳协作传输风电机组振动传感数据的具体方式，其中根据源节点到目的节点的距离，设定了协作节点的数目确定公式，从而源节点能够根据该公式确定单跳协作传输的具体参数。通过源节点和各协作节点对风电机组振动传感数据进行压缩编码再发送至目的节点，有益于节省风电机组振动传感数据收集能耗。

在一个实施例中，源节点在其邻居节点中选择n个邻居节点作为协作节点，包括：计算各邻居节点的权值，按照权值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，源节点选择前n个邻居节点作为协作节点。

其中，设置权值的计算公式为：

式中，Z_ij表示源节点i的第j个邻居节点的权值，q表示源节点i的目的节点，C_iq为源节点i与其目的节点q的距离，C_jq为所述第j个邻居节点与目的节点q的距离，C_ij为源节点i与所述第j个邻居节点的距离，W_j为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，W_j0为所述第j个邻居节点的初始能量，W_i0为源节点i的初始能量；e₁、e₂为预设的权重系数；f(C_jq,C_iq)为判断取值函数，当C_jq<C_iq时，f(C_jq,C_iq)＝1，当C_jq≥C_iq时，f(C_jq,C_iq)＝0。

本实施例设定了邻居节点的权值计算公式，由该计算公式可知，剩余能量越多、位置优势越大的邻居节点具有更大的权值。源节点按照权值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，并选择前n个邻居节点作为协作节点，使得筛选出的协作节点能够有效完成协作传输风电机组振动传感数据的任务，且有益于节省协作传输风电机组振动传感数据的能耗，进而降低风电机组振动异常预警系统的通信成本。

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.风电机组振动异常预警系统，其特征是，包括被配置为采集风电机组振动传感数据的无线感知装置、被配置为存储风电机组振动传感数据的云服务器和被配置为显示该风电机组振动传感数据的显示器；该无线感知装置、显示器皆与该云服务器连接；该无线感知装置包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络；在无线传感器网络构建过程中，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个分簇选择一个传感器节点作为簇头节点；簇头节点主要被配置为收集簇内传感器节点采集的风电机组振动传感数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要被配置为将各簇头节点发送的风电机组振动传感数据汇总发送至该云服务器；还包括与云服务器连接的预警装置，所述预警装置在风电机组振动传感数据出现异常时向预设用户终端输出报警信号。

2.根据权利要求1该的风电机组振动异常预警系统，其特征是，该传感器节点包括至少一个传感器，传感器节点还包括被配置为将传感器信号转换为对应的风电机组振动传感数据的信号适配器，该信号适配器与传感器连接。

3.根据权利要求2该的风电机组振动异常预警系统，其特征是，该传感器节点还包括被配置为控制采集频率的控制器，该控制器与传感器连接。

4.根据权利要求1该的风电机组振动异常预警系统，其特征是，该显示器包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

5.根据权利要求2该的风电机组振动异常预警系统，其特征是，该传感器为低频振动传感器或者高频振动传感器；其中，低频振动传感器设置在风电机组的叶片上以采集叶片振动信号，或者设置在主轴上以采集主轴振动信号，或者设置在塔筒上以采集塔筒振动信号；该高频振动传感器设置在风电机组的齿轮箱以采集齿轮箱振动信号，或者设置在发电机上以采集发电机振动信号。

6.根据权利要求1该的风电机组振动异常预警系统，其特征是，各传感器节点通过周期性地交换信息获取邻居节点标识及位置信息，所述的邻居节点为处于传感器节点传输范围内的其他传感器节点；簇内的传感器节点将采集的风电机组振动传感数据传送至对应的簇头节点，包括：

(1)设向簇头节点发送所采集的风电机组振动传感数据的传感器节点为源节点，源节点确定其到对应簇头节点的传输路径长度h；

(2)若h≤1，源节点直接将风电机组振动传感数据传输至对应簇头节点；若h＞1，源节点在其邻居节点中选择一个邻居节点作为下一跳，即为该跳的目的节点，源节点采用直接传输方式或者通过协作传输的方式将所采集的风电机组振动传感数据发送至目的节点；

(3)将该跳的目的节点视为下一跳的源节点，令h＝h-1，该下一跳的源节点执行(2)，直至风电机组振动传感数据被传递至簇头节点；

其中，设置h的计算公式为：

式中，C_i,o为源节点i到对应簇头节点的距离，C_x,o为所述对应簇头节点到其簇内第x个传感器节点的距离，n_o为所述对应簇头节点簇内传感器节点的数量，int为取整函数；int表示取整。