CN201546898U - 风力发电机组及其状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种状态监测系统，用于风力发电机组，包括：检测装置(1)，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；控制装置(2)，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；输出装置(3)，用于根据控制装置(2)的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。本实用新型所提供的状态监测系统能够对风力发电机进行全面的监测，延长风力发电机的使用寿命。本实用新型还公开了一种包括上述状态监测系统的风力发电机组。

Description

风力发电机组及其状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，特别是涉及一种用于风力发电机组的状态监测系统。此外，本实用新型还涉及一种包括上述状态监测系统的风力发电机组。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，电能对经济建设和人们生活的影响越来越大，而风力发电作为多种发电方式中的一种也越来越受到人们的重视。

风力发电就是把风的动能转化为电能的一种发电方式。风力发电所需要的装置称为风力发电机组，风力发电机组一般包括塔筒、风轮和风力发电机三部分。

现有技术中，为了防止重大事故的发生，同时出于安全控制的需要，大多数的风力发电机都安装有具有一定的状态监测和故障报警及响应功能的系统。比如：机舱振动检测系统、油温检测系统、发电机的电压、电流和功率检测系统等；在各种系统中，通过传感器检测振动信号、温度信号以及电压、电流和功率信号，并将信号传输至主控系统，主控系统根据预先设定值作出故障状态判断，然后控制风力发电机组停机或者紧急停机，以防止风力发电机组发生超速、过载以及共振等安全问题。

然而，这种监测控制系统只能检测出短期的、临时的、重大的故障状态，保护风力发电机的各主要部件不发生严重损坏，难以对风力发电机进行全面的监测和保护，即对于风力发电机长期处于非最佳运行状态下所产生的故障，一般的控制系统无法监测，从而很有可能加速风力发电机组的损坏，缩短其使用寿命。

因此，如何对风力发电机组进行全面的监测，以便及时地排除风力发电机组的故障，延长风力发电机组的使用寿命是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风力发电机组的状态监测系统，该状态监测系统能够对风力发电机进行全面的监测，从而延长风力发电机组的使用寿命。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述状态监测系统的风力发电机组。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种状态监测系统，用于风力发电机组，包括：

检测装置，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；

控制装置，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；

输出装置，用于根据所述控制装置的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。

优选地，还包括输入装置，

所述输入装置，用于输入表示所述风力发电机组所处的生命周期阶段的指令；

所述控制装置根据所述输入装置输入的指令确定所述风力发电机组所处的生命周期阶段。

优选地，还包括转速检测装置和调节装置；

所述转速检测装置用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速；

所述控制装置根据所述转速检测装置获得的转速信号和预定的策略，得到所述风力发电机组的发电机的输入轴的实际转速；还将实际转速与所述预存的标准中的参考转速进行对比，并判断所述发电机的输入轴的转速状态；

所述调节装置根据所述控制装置的判断结果调节所述发电机的输入轴的转速，使所述发电机的输入轴在预定的时间长度内以所述参考转速稳定运行。

优选地，还包括信号采集装置、信号处理装置和信号存储装置，

所述信号采集装置根据所述控制装置的指令接收所述检测装置的检测信号，并将接收到的检测信号传输至所述信号处理装置；

所述信号处理装置接收所述信号采集装置采集的检测信号，将所述检测信号进行时域向频域的转化后传输至所述控制装置；

所述信号存储装置，用于存储所述信号采集装置采集的检测信号以及经过所述信号处理装置处理的检测信号；

所述控制装置还根据信号存储装置存储的检测信号获得所述预存的标准或形成所述风力发电机组的状态变化趋势。

优选地，还包括安全链装置；

所述控制装置在确定所述风力发电机组处于生命周期的后期时，能够可选择地触发所述安全链装置；

当所述控制装置判断所述检测信号超出所述标准或所述风力发电机组的状态变化趋势发生突变时，所述控制装置触发所述安全链装置，使所述风力发电机组停机。

为解决上述问题，本实用新型还公开一种风力发电机组，包括如上述任一项所述的状态监测系统。

本实用新型所提供的用于风力发电机组的状态监测系统，包括：检测装置，用于检测风力发电机组的振动，得到检测信号；控制装置，用于确定风力发电机组所处的生命周期的各阶段，选择预存的标准，并与检测信号进行比较，判断风力发电机组的状态；以及输出装置，用于根据控制装置的判断结果，输出风力发电机组的状态信号。检测装置检测风力发电机组的主要振动部位的振动状态，得到检测信号，并将其传输至控制装置，控制装置确定风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与检测信号进行比较，判断出风力发电机组的状态，并通过输出装置输出。由于标准是随着风力发电机组所处的不同阶段的磨损情况不断变化的，故能够准确反映该阶段风力发电机组正常工作状态，而控制装置能够根据风力发电机组所处的生命周期的不同阶段选择不同的标准，从而，进一步提高了状态监测的精确性，提高了控制质量，这样，工作人员就可以根据输出装置的输出量了解风力发电机组的工作状态，及时地对风力发电机组的故障装置进行维修，以免风力发电机组的工作状态进一步恶化，从而延长了风力发电机组的工作寿命。

在一种优选实施方式中，本实用新型所提供的状态监测系统还包括转速检测装置和调节装置，用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速，并将转速信号传输至控制装置，控制装置根据转速信号和预定的策略，得到风力发电机组的发电机的输入轴的实际转速，还将实际转速与预存的标准中的参考转速进行对比，并判断发电机的输入轴的转速状态，调节装置根据控制装置的判断结果调节发电机的输入轴的转速，使发电机的输入轴在预定的时间长度内以参考转速稳定运行。受标准的影响，控制装置需要得到发电机的输入轴在预定转速值下恒定运行预定时间长度的检测信号，才能做出比较判断，转速检测装置对发电机输入轴转速的检测以及调节装置对发电机的输入轴的转速的调节，使发电机输入轴以预定的转速在预定的时间长度内稳定运行，为检测装置在风力发电机组处于各阶段的顺利监测提供了保证，提高了检测的准确性以及监测结果的可靠度。

在另一种优选实施方式中，本实用新型所提供的状态监测系统还包括安全链装置，控制装置在确定风力发电机组处于生命周期的后期时，能够可选择地触发安全链装置；当控制装置判断检测信号超出标准或风力发电机组的状态变化趋势发生突变时，触发安全链装置，使风力发电机组停机。这样，安全链装置保证了风力发电机组在其运行寿命后期运行时的安全性，避免了危险情况的发生，有效地防止了重大事故的发生。

本实用新型所提供的风力发电机组的有益效果都与状态监测系统的有益效果类似，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的状态监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的状态监测系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种风力发电机组的状态监测系统，该状态监测系统能够对风力发电机进行全面的监测，从而延长风力发电机组的使用寿命。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述状态监测系统的风力发电机组。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的状态监测系统的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的用于风力发电机组的状态监测系统，包括：检测装置1，用于检测风力发电机组的振动，得到检测信号；控制装置2，用于确定风力发电机组所处的生命周期的各阶段，选择预存的标准，并与检测信号进行比较，判断风力发电机组的状态；输出装置3，用于根据控制装置2的判断结果，输出风力发电机组的状态信号。具体地，本文的预存的标准是根据风力发电机组所处的不同阶段不断变化的，以满足不同阶段对于风力发电机组的监测。

工作过程中，控制装置2首先根据风力发电机组所处的生命周期的不同阶段选择合适的标准，与此同时，检测装置1不断检测风力发电机组的振动信号，以及其它主要能够反映风力发电机组的工作状态的信号，并将其传输至控制装置2，控制装置2将检测信号和标准进行比较，进而得出风力发电机组的工作状态，并通过输出装置3输出。这样，工作人员就可以根据输出装置3的输出量得出风力发电机组的工作状态，从而及时地对风力发电机组的故障部位进行维护。

由于本实用新型所提供的状态监测系统的控制装置2的标准是随着风力发电机组所处的不同阶段的磨损情况不断变化的，能够准确反应该阶段风力发电机组正常工作状态，同时，控制装置2可以根据风力发电机组所处的生命周期的不同阶段选择相应的标准，从而提高了风力发电机组状态监测的精确性，提高了控制质量，工作人员就可以根据输出量了解风力发电机组的工作状态，及时地对风力发电机组的故障装置进行维修，以免风力发电机组的工作状态进一步恶化，影响其工作寿命。

检测装置1主要可以包括安装于主轴轴承、变速箱输入轴、输出轴以及发电机输入轴处的振动加速度传感器和安装于机舱底架以及塔筒底部的振动速度传感器。

当然检测装置1除了检测风力发电机关键部位的振动，还可以检测风力发电机组的油温、电压以及功率等信号，并不限于仅检测振动信号。

请参考图2，图2为本实用新型另一种具体实施方式所提供的用于风力发电机组的状态监测系统的结构示意图。

为了方便控制装置2选择合适的标准，本实用新型所提供的状态监测系统还可以包括输入装置0，用于输入表示风力发电机组所处的生命周期的阶段的指令，控制装置2根据输入装置0输入的指令确定风力发电机组所处的生命周期的阶段。具体地，控制风力发电机组所处的生命周期的不同阶段的装置还可以为计时单元，控制装置2根据风力发电机组的工作时间确定其所处的生命周期阶段；当然，还可以使用其它方法，只要能够实现功能要求即可，本文对此不作限制。

在另一种具体实施方式中，本实用新型所提供的状态监测系统还可以包括转速检测装置11和调节装置4，用于检测风力发电机组的传动链的实际转速，并将转速信号传输至控制装置2，控制装置2根据转速信号和预定的策略，得到风力发电机组的发电机的输入轴5的实际转速，还将实际转速与预存的标准中的参考转速进行对比，并判断发电机的输入轴5的转速状态，调节装置4根据控制装置2的判断结果调节发电机的输入轴5的转速，使发电机的输入轴5在预定的时间长度内以参考转速稳定运行。转速检测装置11可以具体为转速传感器。

由于现有标准为在一系列的发电机输入轴5转速下的信号，受其影响，控制装置2需要得到发电机的输入轴5在某一转速值下恒定运行检测信号，才能做出比较判断，转速检测装置11直接地或间接地对发电机的输入轴5转速的检测以及调节装置4对发电机的输入轴5的转速的调节，为检测装置1在风力发电机组处于各阶段时的监测提供了保证，从而保证了检测的准确性，提高了监测结果的可靠度；另一方面，使发电机的输入轴5在该转速下恒定运行适当的时间长度，可以得到更为准确地检测值，从而进一步地提高了监测结果的可靠度。

同时，根据风力发电机组所处的不同阶段，控制装置2还可以控制相应的调节装置4，从而调节发电机的输入轴5在预定的时间长度内以参考转速稳定运行。当风力发电机组处于试验台调试阶段时，控制装置2控制试验台的动力装置，进而保证发电机的输入轴5以预定的转速在预定时间长度内稳定运行；当风力发电机组处于其它阶段时，控制装置2向风力发电机组的主控系统发送指令，主控系统使发电机的输入轴5以预定的转速在预定时间长度内稳定运行，该目标具体可以通过主控系统控制发电机的电磁转矩和风轮桨叶的倾斜角度即桨矩角来实现。当然，其它的控制方法也是可以的，本文对此不作限制。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的状态监测系统还可以包括信号采集装置9，信号采集装置9根据控制装置2的指令接收检测装置1的检测信号，即在控制装置2的控制下，接收预定发电机输入轴转速下和预定时间长度内的检测信号，并传输至控制装置2。当控制装置2控制调节装置4使发电机的输入轴5以预定的转速在预定时间长度内稳定运行时，控制装置2控制信号采集装置9采集检测装置1的检测信号，进而将其传输至控制装置2。信号采集装置9仅采集预定时间长度内预定发电机输入轴5转速下的检测信号。

当然，利用信号采集装置9采集检测信号后，还可以对其进行初步处理与显示，从而可以时刻观察检测装置1的状态，以保证检测装置1在正常状态下对被检测部位进行检测。

为了方便控制装置2对信号采集装置9所采集的检测信号与标准进行比较，还可以设置信号处理装置6，信号处理装置6首先接收信号采集装置9所采集的检测信号，对其进行时域向频域的转化，并将其传输至控制装置2，实现将检测信号和标准进行比较。其中，将检测信号进行时域向频域的转化可以通过傅立叶变换实现。当然，在此种情况下，信号采集装置9所采集的检测信号无需传递至控制装置2，只需将经过信号处理装置6处理过的检测信号传输至控制装置2即可。

信号处理装置6还可以对检测信号进行滤波处理、小波变换、高频、中频和低频分析等处理，以排除噪声，提取更为纯净的检测信号。

为了使控制装置2能包络生命周期不同阶段的所有标准，或者形成风力发电机组在其生命周期内的工作状态变化趋势，本实用新型所提供的状态监测系统还可以包括信号存储装置7，用于存储信号采集装置9所采集的检测信号以及经过信号处理装置6处理的检测信号。

在另一种具体实施方式中，本实用新型所提供的状态监测系统还可以包括安全链装置8，控制装置2在确定风力发电机组处于生命周期的后期时，能够可选择地触发安全链装置8；当控制装置2判断检测信号超出标准或风力发电机组的状态变化趋势发生突变时，触发安全链装置8，使风力发电机组停机。

由于风力发电机组处于运行寿命后期时，平均故障率增大，故障严重程度也增大，安全链装置8的设置，可以有效地避免重大故障出现时危险事故的发生，提高了风力发电机组处于运行寿命后期使用时的安全性。另一方面，控制装置2判断检测信号是否超出标准或风力发电机组的状态变化趋势是否发生突变，也就是，控制装置2不仅判断风力发电机组当前状态的变化，而且检测风力发电机组的状态变化趋势的变化，一旦二者中有一者发生突变，控制装置2将触发安全链装置8，使风力发电机组停机，从而有效地避免重大事故的发生，提高风力发电机组处于运行寿命后期运行的安全性。

除了上述状态监测系统和方法，本实用新型还提供一种包括上述状态监测系统的风力发电机组，该风力发电机组的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本实用新型所提供的风力发电机组及其状态监测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种状态监测系统，用于风力发电机组，其特征在于，包括：

检测装置(1)，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；

控制装置(2)，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；

输出装置(3)，用于根据所述控制装置(2)的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。

2.根据权利要求1所述的状态监测系统，其特征在于，还包括输入装置(0)，

所述输入装置(0)，用于输入表示所述风力发电机组所处的生命周期阶段的指令；

所述控制装置(2)根据所述输入装置(0)输入的指令确定所述风力发电机组所处的生命周期阶段。

3.根据权利要求1所述的状态监测系统，其特征在于，还包括转速检测装置(11)和调节装置(4)；

所述转速检测装置(11)用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速；

所述控制装置(2)根据所述转速检测装置(11)获得的转速信号和预定的策略，得到所述风力发电机组的发电机的输入轴(5)的实际转速；还将实际转速与所述预存的标准中的参考转速进行对比，并判断所述发电机的输入轴(5)的转速状态；

所述调节装置(4)根据所述控制装置(2)的判断结果调节所述发电机的输入轴(5)的转速，使所述发电机的输入轴(5)在预定的时间长度内以所述参考转速稳定运行。

4.根据权利要求3所述的状态监测系统，其特征在于，还包括信号采集装置(9)、信号处理装置(6)和信号存储装置(7)，

所述信号采集装置(9)根据所述控制装置(2)的指令接收所述检测装置(1)的检测信号，并将接收到的检测信号传输至所述信号处理装置(6)；

所述信号处理装置(6)接收所述信号采集装置(9)采集的检测信号，将所述检测信号进行时域向频域的转化后传输至所述控制装置(2)；

所述信号存储装置(7)，用于存储所述信号采集装置(9)采集的检测信号以及经过所述信号处理装置(6)处理的检测信号；

所述控制装置(2)还根据信号存储装置(7)存储的检测信号获得所述预存的标准或形成所述风力发电机组的状态变化趋势。

5.根据权利要求4所述的状态监测系统，其特征在于，还包括安全链装置(8)；

所述控制装置(2)在确定所述风力发电机组处于生命周期的后期时，能够可选择地触发所述安全链装置(8)；

当所述控制装置(2)判断所述检测信号超出所述标准或所述风力发电机组的状态变化趋势发生突变时，所述控制装置(2)触发所述安全链装置(8)，使所述风力发电机组停机。

6.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的状态监测系统。

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