CN109653961B - 一种风力发电机的监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种风力发电机的监测方法及装置。通过接收风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率，依据当前运行状态信息和当前风速信息计算出当前理论功率，分别统计预设的第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合，当当前实际功率信息的集合相对于当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息，实时接收数据，保持监测状态，从而节省人力成本，避免了漏测的情况发生，通过比较第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合的差异，判断是否相对异常，进一步提升了准确率,并提醒工作人员及时检修，提升能源的利用率。

Description

一种风力发电机的监测方法及装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种风力发电机的监测方法及装置。

背景技术

随着社会的发展，人类越来越依赖电能。其中，通过风力发电，将风能转化成电能的技术方式也越来越普遍。风力发电机往往安装在风力资源丰富的地区，风力发电机属于大型设备，而且安装的数量多、范围广。

这就造成监控风力发电机是否正常运转的成本太高，监测难度大，且监测结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机的监测方法及装置。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机的监测方法，所述风力发电机的监测方法的步骤包括：

接收所述风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率；

依据所述当前运行状态信息和所述当前风速信息计算出当前理论功率；

分别统计预设的第二周期内所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合，其中，所述第二周期大于所述第一周期；

当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机的监测装置，包括：

信息接收单元，用于接收所述风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率；

功率计算单元，用于依据所述当前运行状态信息和所述当前风速信息计算出当前理论功率；

统计单元，用于分别统计预设的第二周期内所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合，其中，所述第二周期大于所述第一周期；

生成告警单元，用于当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息。

本发明实施例提供的一种风力发电机的监测方法及装置的有益效果：通过接收风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率，依据当前运行状态信息和当前风速信息计算出当前理论功率，分别统计预设的第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合，当当前实际功率信息的集合相对于当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息，实时接收数据，保持监测状态，从而节省人力成本，避免了漏测的情况发生，通过比较第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合的差异，判断是否相对异常，进一步提升了准确率,告知操作人员，风力发电机存在异常，提醒工作人员及时检修，帮助风力发电机正常发电，提升能源的利用率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的应用环境示意图；

图2示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的服务器的接口框图；

图3示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的流程步骤图；

图4示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的步骤S20的子步骤流程示意图；

图5示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的步骤S40的子步骤流程示意图；

图6示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的步骤S42的子步骤流程示意图；

图7示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测方法的步骤S40的另一子步骤流程示意图；

图8示出了本发明实施例提供的风力发电机的监测装置的功能单元示意图。

图标：100-服务器；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-风力发电机的监测装置；200-风机端；1051-信息接收单元；1052-功率计算单元；1053-统计单元；1054-生成告警单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供了一种风力发电机的监测方法，该风力发电机的监测方法的应用环境如图1所示，服务器100与风机端200通过有线或者无线网络进行数据交互。

图2示出了本发明实施例中的服务器100的结构框图。如图2所示，服务器100包括存储器101、存储控制器102，一个或多个(图中仅示出一个)处理器103、外设接口104、风力发电机的监测装置105等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线相互通讯。所述风力发电机的监测装置105包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述服务器100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。

存储器101可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的风力发电机的监测装置及方法所对应的程序指令/模块，处理器103通过运行存储在存储器101内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的风力发电机的监测方法。

存储器101可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。处理器103以及其他可能的组件对存储器101的访问可在存储控制器102的控制下进行。

外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104、处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

风机端200包括可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、测风速仪、转速传感器、转矩传感器、桨距角传感器、电流传感器以及电压传感器，可编程逻辑控制器分别与测风速仪、转速传感器、转矩传感器、桨距角传感器、电流传感器以及电压传感器电连接。电流传感器用于监测风机实际输出的电流信息，并将电流信息发送给可编程逻辑控制器。电压传感器用于检查风机实际输出的电压信息，并将电压信息发送给可编程逻辑控制器。测风速仪、转速传感器、转矩传感器、桨距角传感器分别用于监测当前风速信息、当前运行状态信息(风机的转速信息、转矩信息以及桨距角信息)，并将监测到的信息发送给可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器依据电流信息、电压信息，通过公式“P＝UI”计算出当前实际功率。可编程逻辑控制器通过网络将当前风速信息、当前运行状态信息以及当前实际功率传送给服务器100。

当然因为涉及电力系统，可以经过加密传送的方式来传输数据，也可以在风机端200和服务器100的信息传输通道中增加审查单元，例如数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)。

图3示出了应用于上述环境的风力发电机的监测方法，该风力发电机的监测方法包括：

步骤S10：接收风机端200每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率。

具体地，第一周期可以是但不限于1毫秒、1微秒、1秒或1分钟，操作人员可以依据环境、设备等因素具体设置。风机端200将当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率通过网络传输给服务器100。

步骤S20：依据当前运行状态信息和当前风速信息计算出当前理论功率。

具体地，当前运行状态信息包括但不限于风机的转速信息、转矩信息以及桨距角信息。如图4所示，步骤S20的子步骤如下：

步骤S21：依据当前风速信息、转速信息、转矩信息、桨距角信息计算出风机的风能利用率。

具体地，依据当前风速信息、转速信息、转矩信息、桨距角信息、以及风机的叶片片数等计算出风机的风能利用率。

步骤S22：依据风能利用率和风速信息计算出当前理论功率信息。

具体地，依据风力发电机安装地的空气密度ρ、风轮的扫掠面积S、风速V以及风能利用率C计算出当前理论功率P，通过算式P＝0.5*C*ρ*S*V³计算出当前理论功率信息。

步骤S30：分别统计预设的第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合。

具体地，第二周期大于第一周期，第二周期可以是但不限于1天、1周、1个月或者2个月。因为单点的差异性比较具有较大的误差，可能会误导操作人员，统计一段时间(第二周期)内的数据，能够有效地消除误差，提高监测的准确性。当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合例如为，(A1、A2、A3、A4、A5、A7、A8……)和(B1、B2、B3、B4、B5、B7、B8……),其中，A1、A2、A3、A4、A5、A7、A8……分别代表第二周期内，风机的当前实际功率；B1、B2、B3、B4、B5、B7、B8……对应地分别代表第二周期内，风机的当前理论功率。并且A1和B1记录的是同一时间点的信息，其他以此类推。

步骤S40：判断当前实际功率信息的集合是否相对于当前理论功率信息的集合是否出现异常，如果是，则执行步骤S50。

具体地，判断当前实际功率信息的集合是否相对于当前理论功率信息的集合出现异常包括以下方式：

第一种，具体步骤如图5所示：

步骤S41：分别将当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合描绘为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线。

具体地，可以在平面坐标系中，以X轴坐标表示时间点，以Y轴坐标表示当前实际功率信息和当前理论功率信息。从而描绘成两条同X轴坐标不同于Y坐标的曲线，分别为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线，在此不做任何限定。

步骤S42：依据当前实际功率曲线和当前理论功率曲线之间的距离，判断当前实际功率集合相对于当前理论功率集合是否出现异常？若是，则执行步骤S50。

图6示出了步骤S42的子步骤：

步骤S421：计算当前实际功率曲线和当前理论功率曲线之间的距离值。

其中，距离值为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线之间的距离的最小值、最大值或者平均值。

具体地，因为当前实际功率曲线的点和当前理论功率曲线的对应的点的X坐标相同，Y坐标的差值即是当前实际功率曲线和当前理论功率曲线在该点的距离值。统计计算分析，可以得到当前实际功率曲线和当前理论功率曲线之间的距离的最小值、最大值或者平均值。此处距离计算的方法仅仅是为了便于理解，并不做任何限定。

步骤S422：判断距离值是否大于预设的第一阈值？若是，则执行步骤S423。

其中，第一阈值根据风力发电机安装地的风速、设备的老化程度等条件具体设置。

步骤S423：认定当前实际功率集合相对于当前理论功率集合出现异常。

即距离值大于预设的第一阈值时，当前实际功率集合相对于当前理论功率集合出现异常。

第二种，具体步骤如图7所示：

步骤S44：依据当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合概率分布的差异性生成差异值。

具体地，通过KL距离衡量当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合的差异值，其中KL是Kullback-Leibler(Kullback-Leibler Divergence)差异的简称，也叫做相对熵(Relative Entropy)。它衡量的是相同事件空间里的两个概率分布的差异情况。

步骤S45：判断差异值是否大于预设的第二阈值？若是，则执行步骤S46。

其中，第二阈值根据风力发电机安装地的风速、设备的老化程度等条件具体设置。

步骤S46：认定当前实际功率集合相对于当前理论功率集合出现异常。

步骤S50：生成告警提示信息。

服务器100生成告警提示信息，可以通过显示器显示，或发生提示短信等方式，告知操作人员，风力发电机存在异常，提醒及时检修，帮助风力发电机正常发电，提升能源的利用率。

请参阅图8，图8为本发明较佳实施例提供的一种风力发电机的监测装置105。需要说明的是，本实施例所提供的风力发电机的监测装置105，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

风力发电机的监测装置105包括信息接收单元1051、功率计算单元1052、统计单元1053以及生成告警单元1054。

信息接收单元1051，用于接收所述风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率。具体地，信息接收单元1051可以执行步骤S10。

功率计算单元1052，用于依据所述当前运行状态信息和所述当前风速信息计算出当前理论功率。具体地，功率计算单元1052可以执行步骤S20。

其中，当前运行状态信息包括转速信息、转矩信息以及桨距角信息。

统计单元1053，用于分别统计预设的第二周期内所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合，其中，所述第二周期大于所述第一周期。具体地，统计单元1053可以执行步骤S30。

生成告警单元1054，用于当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息。具体地，生成告警单元1054可以执行步骤S40和步骤S50。生成告警单元1054包括：

描绘曲线模块，用于分别将所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合描绘为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线具体地，描绘曲线模块可以执行步骤S41。

第一判断模块，用于依据所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离，判断所述当前实际功率集合相对于所述当前理论功率集合是否出现异常。具体地，第一判断模块可以执行步骤S42。

第一生成告警模块，用于当出现异常时，生成告警提示信息。具体地，第一生成告警模块可以执行步骤S50。

生成告警单元1054还包括：

生成差异值模块，用于依据所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合概率分布的差异性生成差异值。具体地，生成差异值模块可以执行步骤S44。

第二判断模块，用于当所述差异值大于预设的第二阈值时，认定当前实际功率曲线相对于所述当前理论功率曲线出现异常。具体地，第二判断模块可以执行步骤S45和步骤S46。

第二生成告警模块，生成告警提示信息。具体地，第二生成告警模块可以执行步骤S50。

综上所述，本发明较佳实施例提供的风力发电机的监测方法及装置：首先，接收风机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风机的当前实际功率，依据当前运行状态信息和当前风速信息计算出当前理论功率，分别统计预设的第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合，当当前实际功率信息的集合相对于当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息，实时接收数据，保持监测状态，从而节省人力成本，避免了漏测的情况发生，通过比较第二周期内当前实际功率信息的集合和当前理论功率信息的集合的差异，判断是否相对异常，进一步提升了准确率,告知操作人员，风力发电机存在异常，提醒及时检修，帮助风力发电机正常发电，提升能源的利用率；其次，通过两条曲线之间的距离判断当前实际功率信息的集合是否相对于当前理论功率信息的集合出现异常，精准度更高。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风力发电机的监测方法，其特征在于，所述风力发电机的监测方法的步骤包括：

接收所述风力发电机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风力发电机的当前实际功率；

依据所述当前运行状态信息和所述当前风速信息计算出当前理论功率；

分别统计预设的第二周期内所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合，其中，所述第二周期大于所述第一周期；

当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息；

所述当前运行状态信息包括转速信息、转矩信息以及桨距角信息；

所述依据当前运行状态信息以及所述风速信息计算出当前理论功率信息的步骤包括：

依据所述当前风速信息、所述转速信息、所述转矩信息、所述桨距角信息计算出风力发电机的风能利用率；

依据所述风力发电机安装地的空气密度、风轮的扫掠面积、所述风速信息以及所述风能利用率计算出所述当前理论功率信息。

2.根据权利要求1所述的风力发电机的监测方法，其特征在于，所述当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息的步骤包括：

分别将所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合描绘为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线；

依据所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离，判断所述当前实际功率集合相对于所述当前理论功率集合是否出现异常；

当出现异常时，生成告警提示信息。

3.根据权利要求2所述的风力发电机的监测方法，其特征在于，所述依据所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离判断所述当前实际功率曲线相对于所述当前理论功率曲线是否出现异常的步骤包括：

计算所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离值，其中，所述距离值为所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离的最小值、最大值或者平均值；

当所述距离值大于预设的第一阈值时，认定所述当前实际功率集合相对于所述当前理论功率集合出现异常。

4.根据权利要求1所述的风力发电机的监测方法，其特征在于，所述当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息出现异常时，生成告警提示信息的步骤包括：

依据所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合概率分布的差异性生成差异值；

当所述差异值大于预设的第二阈值时，认定当前实际功率曲线相对于所述当前理论功率曲线出现异常并生成告警提示信息。

5.一种风力发电机的监测装置，其特征在于，包括：

信息接收单元，用于接收所述风力发电机端每隔预设的第一周期传输的当前运行状态信息、当前风速信息以及风力发电机的当前实际功率；

功率计算单元，用于依据所述当前运行状态信息和所述当前风速信息计算出当前理论功率；

统计单元，用于分别统计预设的第二周期内所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合，其中，所述第二周期大于所述第一周期；

生成告警单元，用于当所述当前实际功率信息的集合相对于所述当前理论功率信息的集合出现异常时，生成告警提示信息；

所述当前运行状态信息包括转速信息、转矩信息以及桨距角信息；

所述功率计算单元具体用于依据所述当前风速信息、所述转速信息、所述转矩信息、所述桨距角信息计算出风力发电机的风能利用率；依据所述风力发电机安装地的空气密度、风轮的扫掠面积、所述风速信息以及所述风能利用率计算出所述当前理论功率信息。

6.根据权利要求5所述的风力发电机的监测装置，其特征在于，所述生成告警单元包括：

描绘曲线模块，用于分别将所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合描绘为当前实际功率曲线和当前理论功率曲线；

第一判断模块，用于依据所述当前实际功率曲线和所述当前理论功率曲线之间的距离，判断所述当前实际功率集合相对于所述当前理论功率集合是否出现异常；

第一生成告警模块，用于当出现异常时，生成告警提示信息。

7.根据权利要求5所述的风力发电机的监测装置，其特征在于，所述生成告警单元还包括：

生成差异值模块，用于依据所述当前实际功率信息的集合和所述当前理论功率信息的集合概率分布的差异性生成差异值；

第二判断模块，用于当所述差异值大于预设的第二阈值时，认定当前实际功率曲线相对于所述当前理论功率曲线出现异常；

第二生成告警模块，用于当出现异常时，生成告警提示信息。

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