CN114382661A - 用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子设备 - Google Patents

用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子设备，属于风力发电领域。该方法包括：获取风力发电机组的传感器的采集数据；根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。本发明通过获取风力发电机组的传感器的采集数据，基于采集数据的变化值对传感器的工作状态进行检测，能够及时发现处于失效状态的传感器，从而有效防止风力发电机组在无保护的情况下运行。

Description

用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子 设备
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及到一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子设备。
背景技术
随着我国大型风电场尤其是海上风电场的规划、建设和运行，如何提高和保障风力发电机组的运行安全性已经成为国内外工程界关注的焦点。
相关技术中，风力发电机组的安全稳定运行主要依赖于各类型传感器的对故障的即时预警以实现故障保护策略，但由于缺少对传感器运行状态的有效检测手段，以致在机组实际运行过程中，不能及时发现无法对故障进行即时预警的处于失效状态的传感器，进而使得风力发电机组运行在无保护的危险工况下。
发明内容
为了解决在机组实际运行过程中，不能及时发现无法对故障进行即时预警的处于失效状态的传感器，进而使得风力发电机组运行在无保护的危险工况下的缺陷，本发明提供了一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法、系统及电子设备。
第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法，包括：
获取风力发电机组的传感器的采集数据；
根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；
检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
本发明的有益效果是：通过获取风力发电机组的传感器的采集数据，基于采集数据的变化值对传感器的工作状态进行检测，能够及时发现处于失效状态的传感器，从而有效防止风力发电机组在无保护的情况下运行。
进一步，所述获取风力发电机组的传感器的采集数据，包括：
判断所述风力发电机组是否处于运行状态，若是，则获取所述传感器在连续的每个第一预设周期内的采集信号，得到所述采集数据。
采用上述改进方案的有益效果是：仅对处于运行状态的风力发电机组的传感器周期性地获取采集信号，能够保证对采集数据处理的实时性，从而提高对传感器运行状态检测的有效性。
进一步，所述判断所述风力发电机组是否处于运行状态，包括：
获取所述风力发电机组的发电机转速和有功功率；
响应于所述发电机转速大于转速阈值且所述有功功率大于功率阈值，则所述风力发电机组处于运行状态。
采用上述改进方案的有益效果是：通过发电机转速和有功功率能够快速有效地确定风力发电机组是否处于运行状态。
进一步，所述根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值，包括：
计算所述采集数据中相邻的两个所述第一预设周期内的采集信号之间的信号差值，得到所述采集数据的变化值。
采用上述改进方案的有益效果是：通过计算相邻两个周期所对应的信号差值以得到采集数据的变化值，能够及时发现采集数据异常的传感器，从而实现对传感器的工作状态的实时检测。
进一步，所述检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果，包括：
根据在第二预设周期内所获取的采集信号，得到所述第二预设周期所对应的多个信号差值，其中，所述第二预设周期的时长至少为所述第一预设周期的时长的两倍；
从所述第二预设周期所对应的多个信号差值中获取小于第一阈值且连续的多个目标信号差值；
判断所有所述目标信号差值所对应的跨度时长是否大于预设持续时长，若是，则确定所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态。
采用上述改进方案的有益效果是：基于连续的多个周期的采集信号的信号差值，能够有效检测出传感器的采集数据是否存在失真，从而提高运行状态的检测结果的可靠性。
进一步，所述第一阈值的获取过程，包括：
获取所述第一阈值所对应的运行状态为正常状态的第一传感器；
获取所述第一传感器的历史采集数据的第一变化值；
从所述第一变化值中获取数值最小的信号差值，得到所述第一阈值。
采用上述改进方案的有益效果是：基于历史采集数据设置第一阈值，能够进一步提高运行状态的检测结果的可靠性。
进一步，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器中的至少一种。
采用上述改进方案的有益效果是：对监测风力发电机组运行状态的关键传感器设置传感器工作状态检测，提高风力发电机组运行过程中的安全及可靠性。
进一步，还包括：
当所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态时，输出报警信号和/或控制所述风力发电机组停止运行。
采用上述改进方案的有益效果是：在检测到传感器处于失效状态时，能够及时进行预警和停机处理，进而避免风力发电机组在无保护的情况下运行。
第二方面，本发明提供了一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测系统，包括获取模块、计算模块和检测模块；
所述获取模块，用于获取风力发电机组的传感器的采集数据；
所述计算模块，用于根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；
所述检测模块，用于检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法的全部或部分步骤。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
以下结合附图描述本发明实施例的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法。
参照图1所示，本发明提供了一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法，包括如下步骤S1至步骤S3。
在步骤S1中，获取风力发电机组的传感器的采集数据。
在该实施例中，考虑到风力发电机组的传感器存在因传感器自身损坏、或者维护人员测试时人为修改传感器的采集数据等原因使得传感器的采集数据失真，以致传感器工作在失效状态的情况，因此通过PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)实时获取风力发电机组的传感器的采集数据，通过判断该采集数据的真实有效性，以检测传感器的工作状态。
在一种可能的实施方式中，选择获取风力发电机组的关键传感器的采集数据，该关键传感器指用于采集可能影响风力发电系统正常运行的相关信号的传感器，例如压力传感器、转速传感器和加速度传感器等，从而对应得到各个关键传感器采集的压力数据、转速数据以及加速度数据等采集数据。
可选的，在一个实施例中，所述获取风力发电机组的传感器的采集数据，包括：
判断所述风力发电机组是否处于运行状态，若是，则获取所述传感器在连续的每个第一预设周期内的采集信号，得到所述采集数据。
在该实施例中，对处于运行状态的风力发电机组的传感器周期性地获取采集信号，从而得到每个第一预设周期内的采集信号，该采集信号可以是传感器在第一预设周期内所采集的一个信号，也可以是传感器在第一预设周期内所采集的信号序列的一个处理信号，如对信号序列中的多个信号计算均值后得到的处理信号等。
示例性地，对处于运行状态的风力发电机组的传感器A，设置第一预设周期的时长为1秒，则初始的第一预设周期内的采集信号为传感器A在第1秒内输出的一个信号或第1秒内输出的信号序列的一个处理信号，而第二个第一预设周期内的采集信号对应为传感器A在第2秒内输出的一个信号值或第2秒内输出的信号序列的一个处理信号，从而基于时序得到连续的每个第一预设周期内的采集信号，进而实现对传感器A的采集数据的实时获取。
可选的，所述判断所述风力发电机组是否处于运行状态，包括：
获取所述风力发电机组的发电机转速和有功功率；
响应于所述发电机转速大于转速阈值且所述有功功率大于功率阈值，则所述风力发电机组处于运行状态。
可以理解的是，通常机组处于运行状态时，机组满足有功功率＞50KW且发电机转速＞500rpm的条件，因此通过将获取的发电机转速和有功功率与对应的阈值进行比较，能够快速有效地确定风力发电机组是否处于运行状态。
在步骤S2中，根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值。
在该实施例中，采集数据的变化值用于描述获取的传感器的采集数据中各数据值的变化趋势，因此可将变化值设为采集数据中按时序获取的相邻的两个数据值之间的差值，或者对某一时长内得到的多个数据值计算的变化率等。
可选的，在一个实施例中，所述根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值，包括：
计算所述采集数据中相邻的两个所述第一预设周期内的采集信号之间的信号差值，得到所述采集数据的变化值。
示例性地，令采集数据具有按时序获取的初始的第一预设周期内的采集信号A1、以及当前获取的也即是第二个第一预设周期内的采集信号A2，则所述采集数据的变化值为采集信号A2与采集信号A1之间的信号差值。
在步骤S3中，检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
在该实施例中，考虑到失真的采集数据，通常具有较小的变化值的特点，因此可对变化值设置对应的阈值，当采集数据的变化值小于对应的阈值时，也即是所述变化值符合预设条件时，则可认为机组正在非真实的采集数据下运行，此时具有该失真的采集数据的传感器工作在无效状态，无法对机组的故障进行即时预警。
可选的，在一个实施例中，所述检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果，包括：
根据在第二预设周期内所获取的采集信号，得到所述第二预设周期所对应的多个信号差值，其中，所述第二预设周期的时长至少为所述第一预设周期的时长的两倍；
从所述第二预设周期所对应的多个信号差值中获取小于第一阈值且连续的多个目标信号差值；
判断所有所述目标信号差值所对应的跨度时长是否大于预设持续时长，若是，则确定所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态。
在该实施例中，当获取到新的采集信号D时，计算该新的采集信号D与上一次得到的采集信号C之间的信号差值E，并记录计算得到该信号差值E的时刻，从而可根据记录的计算得到不同的信号差值的时刻，获取目标信号差值所对应的跨度时长。
其中，计算得到该信号差值E的时刻也可用从传感器中获取到采集信号D的时刻进行表示，此时目标信号差值所对应的跨度时长可表示为涉及的多个采集信号所对应的第一预设周期的时长的累加。
示例性地，令传感器的采集数据具有按时序获取的初始的第一预设周期内的采集信号B1、第二个第一预设周期内的采集信号B2、第三个第一预设周期内的采集信号B3、第四个第一预设周期内的采集信号B4、以及当前获取的也即是第五个第一预设周期内的采集信号B5，将第二预设周期的时长设为第一预设周期的时长的四倍，则所述在第二预设周期内所获取的采集信号包括采集信号B2、采集信号B3、采集信号B4和采集信号B5，再从采集数据的变化值中获取第二预设周期所对应的多个信号差值，包括：采集信号B5和采集信号B4之间的信号差值C1、采集信号B4和采集信号B3之间的信号差值C2、以及采集信号B3和采集信号B2之间的信号差值C3。
假设上述得到的连续的信号差值C1至C3为目标信号差值，则获取计算得到信号差值C1的时刻t1、计算得到信号差值C2的时刻t2、以及计算得到信号差值C3的时刻t3，从而得到目标信号差值所对应的跨度时长为(t3-t1)，将该跨度时长与预设持续时长进行比较以得到所述传感器的运行状态的检测结果。
可选的，所述第一阈值的获取过程，包括：
获取所述第一阈值所对应的运行状态为正常状态的第一传感器；
获取所述第一传感器的历史采集数据的第一变化值；
从所述第一变化值中获取数值最小的信号差值，得到所述第一阈值。
示例性地，获得工作在正常状态下的各类型传感器的一年以上的采集信号，得到各类型传感器的历史采集数据，利用统计方法得到各类型传感器的历史采集数据的变化值中数值最小的信号差值，从而得到各类型传感器所对应的第一阈值。
可选的，在一个实施例中，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器中的至少一种。
在该实施例中，考虑到机组发电需要转速数据参与控制，超速保护等安全功能依赖于转速传感器采集的转速数据，而加速度数据体现了机组的振动情况，相应的安全保护作用的实现依赖于加速度传感器采集的加速度数据，因此可选择对转速传感器和/或加速度传感器设置相应的工作状态检测，以保证机组的安全稳定运行。
其中，经过测试，转速数据的采集信号变化持续10分钟小于5rpm时，即可认为转速传感器工作在失效状态，加速度数据的采集信号变化持续10分钟小于0.01m/s^2时，即可认为加速度传感器工作在失效状态，因此可根据传感器的类型设置对应的第一阈值和预设持续时长以进行运行状态检测。
可选的，在一个实施例中，还包括：
当所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态时，输出报警信号和/或控制所述风力发电机组停止运行。
在该实施例中，当检测到传感器的采集数据长久不变，或者采集数据的变化值长时间低于理论阈值，则通过触发预警或故障(例如控制风力发电机组停止运行)的方式提醒监控人员维护人员。
上述实施例提供的用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法，通过获取风力发电机组的传感器的采集数据，基于采集数据的变化值对传感器的工作状态进行检测，能够及时发现处于失效状态的传感器，从而有效防止风力发电机组在无保护的情况下运行。
在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号，如S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
如图2所示，本发明实施例提供的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测系统10，包括获取模块20、计算模块30和检测模块40；
所述获取模块20，用于获取风力发电机组的传感器的采集数据；
所述计算模块30，用于根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；
所述检测模块40，用于检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
可选的，所述获取模块20，具体用于判断所述风力发电机组是否处于运行状态，若是，则获取所述传感器在连续的每个第一预设周期内的采集信号，得到所述采集数据。
可选的，所述获取模块20，还用于获取所述风力发电机组的发电机转速和有功功率；响应于所述发电机转速大于转速阈值且所述有功功率大于功率阈值，则所述风力发电机组处于运行状态。
可选的，所述计算模块30，具体用于计算所述采集数据中相邻的两个所述第一预设周期内的采集信号之间的信号差值，得到所述采集数据的变化值。
可选的，所述检测模块40，具体用于根据在第二预设周期内所获取的采集信号，得到所述第二预设周期所对应的多个信号差值，其中，所述第二预设周期的时长至少为所述第一预设周期的时长的两倍；从所述第二预设周期所对应的多个信号差值中获取小于第一阈值且连续的多个目标信号差值；判断所有所述目标信号差值所对应的跨度时长是否大于预设持续时长，若是，则确定所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态。
可选的，所述检测模块40，还用于获取所述第一阈值所对应的运行状态为正常状态的第一传感器；获取所述第一传感器的历史采集数据的第一变化值；从所述第一变化值中获取数值最小的信号差值，得到所述第一阈值。
可选的，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器中的至少一种。
可选的，还包括：
报警模块，用于当所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态时，输出报警信号和/或控制所述风力发电机组停止运行。
如图3所示，本发明实施例提供的一种电子设备500，包括存储器510、处理器520及存储在所述存储器510上并在所述处理器520上运行的程序530，所述处理器520执行所述程序530时实现上述任一实施例的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法的步骤。
其中，电子设备500可以选用电脑、手机等，相对应地，其程序530为电脑软件或手机App等，且上述关于本发明的一种电子设备500中的各参数和步骤，可参考上文中用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法，其特征在于，包括：
获取风力发电机组的传感器的采集数据；
根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；
检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取风力发电机组的传感器的采集数据，包括：
判断所述风力发电机组是否处于运行状态，若是，则获取所述传感器在连续的每个第一预设周期内的采集信号，得到所述采集数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述风力发电机组是否处于运行状态，包括：
获取所述风力发电机组的发电机转速和有功功率；
响应于所述发电机转速大于转速阈值且所述有功功率大于功率阈值，则所述风力发电机组处于运行状态。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值，包括：
计算所述采集数据中相邻的两个所述第一预设周期内的采集信号之间的信号差值，得到所述采集数据的变化值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果，包括：
根据在第二预设周期内所获取的采集信号，得到所述第二预设周期所对应的多个信号差值，其中，所述第二预设周期的时长至少为所述第一预设周期的时长的两倍；
从所述第二预设周期所对应的多个信号差值中获取小于第一阈值且连续的多个目标信号差值；
判断所有所述目标信号差值所对应的跨度时长是否大于预设持续时长，若是，则确定所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一阈值的获取过程，包括：
获取所述第一阈值所对应的运行状态为正常状态的第一传感器；
获取所述第一传感器的历史采集数据的第一变化值；
从所述第一变化值中获取数值最小的信号差值，得到所述第一阈值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器包括转速传感器和加速度传感器中的至少一种。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述传感器的运行状态的检测结果为失效状态时，输出报警信号和/或控制所述风力发电机组停止运行。
9.一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测系统，其特征在于，包括获取模块、计算模块和检测模块；
所述获取模块，用于获取风力发电机组的传感器的采集数据；
所述计算模块，用于根据所述传感器的采集数据，计算得到所述采集数据的变化值；
所述检测模块，用于检测所述变化值是否符合预设条件，得到所述传感器的运行状态的检测结果。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的一种用于风力发电机组的传感器运行状态检测方法的步骤。
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