用于风力发电机组的异常数据监测系统及风力发电系统的制作方法

1.本技术属于风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的异常数据监测系统及风力发电系统。


背景技术：

2.作为长周期运行的重型装备，风力发电机组长期在复杂的环境中工作。而风力发电机组的振动情况是反映其机组稳定性的重要指标，在机组允许范围内的振动是正常的，但如果振动加剧，将导致部件损坏，甚至出现重大事故。目前为了防止异常振动，通常会设置保护值，在机组振动过大，以至于超过保护值时，启动保护停机，以免机组受到过大冲击。
3.但在机组偏航过程中，由于传感器控制保护算法的设置，会对振动进行滤波处理，由此使得偏航过程中部分振动冲击被滤除，因此偏航过程中的异常振动难以被发现。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种用于风力发电机组的异常数据监测系统及风力发电系统，旨在解决现有技术偏航过程中的异常振动难以被发现的问题。
5.一方面，本技术实施例提供一种用于风力发电机组的异常数据监测系统，该异常数据监测系统包括：
6.数据采集系统，用于采集并发送各风力发电机组的运行数据；
7.场端控制器，与数据采集系统连接，用于接收数据采集系统发送的运行数据，并在根据运行数据确认任一风力发电机组偏航振动异常时，发送预警信号，预警信号包括偏航振动异常的风力发电机组的机组信息；
8.运维终端，与场端控制器连接，用于在接收到预警信号时，向用户反馈机组信息。
9.可选地，数据采集系统包括：
10.数据采集设备，安装于各风力发电机组的部件上，用于采集并发送各部件的第一运行数据；
11.风电场scada系统，分别与数据采集设备和各风力发电机组连接，用于接收数据采集设备发送的第一运行数据，并获取各风力发电机组对应的第二运行数据；运行数据包括第一运行数据和第二运行数据。
12.可选地，数据采集设备包括：
13.加速度传感器，用于获取各风力发电机组的振动加速度数据；
14.数据采集器，设置在各风力发电机组的机舱内部，与加速度传感器连接，用于采集振动加速度数据，第一运行数据包括振动加速度数据。
15.可选地，数据采集设备还包括与数据采集器连接的传感器单元；
16.传感器单元包括温度传感器、电流互感器、振动传感器、应变传感器、流量传感器、扭矩传感器、凸轮计数器和清洁度传感器中的至少一种。
17.可选地，风电场scada系统，具体用于与各风力发电机组的余压运行装置连接，用
于获取各风力发电机组在对风偏航过程的偏航余压数据；第二运行数据包括偏航余压数据。
18.可选地，运维终端包括：
19.通信单元和显示单元；
20.处理单元，处理单元经通信单元与场端控制器连接，处理单元还与存储器连接，用于在接收到预警信号时，解析预警信号，得到机组信息；
21.存储器，用于存储机组信息；
22.处理单元，还用于从存储器提取机组信息，并控制显示单元显示机组信息。
23.另一方面，本技术实施例还提供一种风力发电系统包括：
24.各风力发电机组；
25.以及上述方面的用于风力发电机组的异常数据监测系统。
26.可选地，各风力发电机组包括：
27.塔架和位于塔架顶部的机舱，机舱包括偏航系统；
28.叶轮，与机舱外壁的一侧连接；
29.风机控制系统，用于持续监测风向与叶轮的角度偏差，并在角度偏差满足偏航条件时，发送第一驱动信号至偏航系统，以使机舱对风偏航。
30.可选地，偏航系统包括偏航刹车系统和偏航驱动系统；
31.偏航刹车系统，与风机控制系统连接，用于在接收到第一驱动信号时，停止刹车，并发送反馈信号至风机控制系统；
32.风机控制系统，还用于在接收到反馈信号后，向偏航驱动系统发送第二驱动信号；
33.偏航驱动系统，与风机控制系统连接，用于接收到第二驱动信号后，驱动机舱偏航，直至机舱对风。
34.可选地，偏航刹车系统包括：
35.偏航制动盘、偏航制动闸体，
36.偏航制动闸片，偏航制动闸片设置在偏航制动闸体上，偏航制动盘相对于偏航制动闸片转动，偏航制动闸片用于在接收到第一驱动信号时抬起；
37.余压运行装置，用于在偏航过程中对偏航制动盘施加压力，以保持偏航余压。
38.本技术实施例的用于风力发电机组的异常数据监测系统及风力发电系统，通过设置数据采集系统、场端控制器和运维终端。其中，场端控制器分别与数据采集系统和运维终端连接。由场端控制器接收数据采集系统采集的各风力发电机组的运行数据，并在依据运行数据确定任一机组偏航振动异常时，发送预警信号，使用户依据运维终端及时查看到偏航振动异常的机组信息，进而能够及时对异常机组进行检修，使得偏航过程中的异常振动情况得以及时被发现，因此解决了现有技术偏航过程中的异常振动难以被发现的问题。
附图说明
39.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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的附图。
40.图1是本技术一个实施例提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统的模块结
构示意图；
41.图2是本技术另一个实施例提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统的模块结构示意图；
42.图3是本技术又一个实施例提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统的模块结构示意图；
43.图4是本技术一个实施例提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统中运维终端的模块结构示意图；
44.图5是本技术又一个实施例提供的风力发电系统的模块结构示意图；
45.图6是本技术又一个实施例提供的风力发电系统中风力发电机组的可选结构示意图；
46.图7是本技术又一个实施例提供的风力发电系统中偏航系统的可选结构示意图；
47.图8是本技术又一个实施例提供的风力发电系统中偏航刹车系统的可选结构示意图。
48.附图中：
49.数据采集系统10、场端控制器20、运维终端30、风电场scada系统11、数据采集设备12、加速度传感器121、数据采集器122、传感器单元123、通信单元31、处理单元32、显示单元33、存储器34、用于风力发动机组的异常数据监测系统100、风力发电机组200、机舱c、塔架t、叶轮w、轮毂h、偏航系统210、偏航驱动系统211、偏航刹车系统212、偏航制动闸体213、偏航制动盘214、余压运行装置215、偏航制动闸片216。
具体实施方式
50.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。
51.需要说明的是，在本文中，诸如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
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.风力发电机组的偏航系统是一种根据测得的风向，控制机舱旋转对风的系统，一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。偏航系统的设置能够保证风力发电机组的机舱跟随风向的变化不断改变方向，始终处于迎风状态。
53.偏航系统还可以与控制系统相互配合，使风机叶轮始终处于迎风状态，提高发电效率；此外，偏航系统还能提供锁紧力矩，保障风力发电机组安全运行，因此偏航系统是风力发电机组必不可少的系统之一。
54.在风力发电领域，风力发电机组的振动情况是反映机组稳定性的重要指标。具体来说，在机组正常运行过程中，风力发电机组中发电机、塔架等部件都会产生振动，而在允许范围内的振动是正常的。但如果风力发电机组振动加剧，可能会导致部件损坏，甚至是重大事故，因此相关技术中，通常会为风力发电机组设定对应的保护值，在风力发电机组振动过大，即超过保护值时启动保护停机，以免风力发电机组受到过大的冲击。
55.而在风力发电机组振动检测过程中，存在一个特殊场景，即风力发电机组在偏航过程中进行的异常振动检测。而实际上由于风力发电机组为了防止因传感器异常导致的保护停机，还会设置控制保护算法，该控制保护算法会对振动进行滤波处理，由此导致偏航过程中的部分振动冲击会被滤除，难以发现。
56.因此现有技术的检测方案难以发现偏航过程中的异常振动。
57.为了解决现有技术问题，本技术实施例提供了一种用于风力发电机组的异常数据监测系统及风力发电系统。下面首先对本技术实施例所提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统进行介绍。
58.请参看图1，在本技术用于风力发电机组的异常数据监测系统的一实施例中，该异常数据监测系统包括：
59.数据采集系统10，该数据采集系统10可以用于采集并发送各风力发电机组的运行数据。
60.场端控制器20，与数据采集系统10连接。该场端控制器20可以用于接收数据采集系统10发送的运行数据，并在根据运行数据确认任一风力发电机组偏航振动异常时，发送预警信号，预警信号包括偏航振动异常的风力发电机组的机组信息。
61.运维终端30，与场端控制器20连接，运维终端30可以用于在接收到预警信号时，向用户反馈机组信息。
62.本技术实施例通过设置数据采集系统10、场端控制器20和运维终端30，其中，场端控制器20分别与数据采集系统10和运维终端30连接。由场端控制器20接收数据采集系统10采集的各风力发电机组的运行数据，并在依据运行数据确定任一机组偏航振动异常时，发送预警信号，使用户依据运维终端30及时查看到偏航振动异常的机组信息，进而能够及时对异常机组进行检修，使得偏航过程中的异常振动情况得以及时被发现，因此解决了现有技术偏航过程中的异常振动难以被发现的问题。
63.上述数据采集系统10可以采集风力发电机组当前时段以及历史时间段内的运行数据，该运行数据可以包括提取时间(或数据生成时间)、风力发电机组的机组编号、运行状态字、偏航标志位、解缆标志位、振动加速度数据以及偏航余压数据等等数据。
64.在一些实施例中，请一并参看图1和图2，其中图2示出了上述数据采集系统10的模块结构示意图。在该实施例中，数据采集系统10可以包括：
65.数据采集设备12，该数据采集设备12安装于各风力发电机组的部件上。该数据采集设备12能够采集并发送各部件的第一运行数据。
66.风电场scada系统11，分别与数据采集设备12和各风力发电机组连接，风电场scada系统11可以用于接收数据采集设备12发送的第一运行数据，并获取各风力发电机组对应的第二运行数据。
67.需要说明的是，上述运行数据可以包括第一运行数据和第二运行数据。依据图2所
示的结构，即运行数据可以是由风电场scada系统11从风力发电机组直接获得运行数据后，发送给场端控制器20的，也可以是安装在风力发电机组的部件上的数据采集设备12采集运行数据后，经由风电场scada系统11存储并发送给场端控制器20的。
68.上述风电场scada(supervisory control and data acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的dcs(distributed control system，分散控制系统)与电力自动化监控系统，可以存储风力发电机组上设置的各数据采集设备12所记录的数据(即第一运行数据)以及机组各类运行数据(即第二运行数据)。
69.示例性的，第二运行数据可以包括偏航余压数据。上述风电场scada系统11可以与各风力发电机组的余压运行装置连接。由风电场scada系统11获取各风力发电机组在对风偏航过程的偏航余压数据。需要说明的是，该余压运行装置能够在偏航过程中对偏航制动盘施加压力，以保持偏航余压。
70.在上述方案中，通过在数据采集系统10中设置数据采集设备12和风电场scada系统11，能够全方位获取风力发电机组偏航振动异常检测所需的运行数据。
71.在一些实施例中，第一运行数据可以包括振动加速度数据。请一并参看图1至图3，其中图3示出了数据采集设备12可选的模块结构示意图。在第一运行数据包括振动加速度数据时，该数据采集设备12可以包括：
72.加速度传感器121，该加速度传感器121可以用于获取各风力发电机组的振动加速度数据。
73.数据采集器122，设置在各风力发电机组的机舱内部。数据采集器122与加速度传感器121连接，该数据采集器122可以用于采集振动加速度数据。
74.上述方案对数据采集系统10采集振动加速度数据时，运用的结构进行了说明。其中，上述加速度传感器121的设置位置和设置数量在此不进行限定，只要能够获取到各风力发电机组的振动加速度数据即可。
75.示例性的，加速度传感器121可以沿水平方向设置在风力发电机组的定子支架周侧，通过定子振动的情况能够有效反应整体振动加速度的情况。
76.需要说明的是，在上述图3未示出的部分，上述数据采集器122还可以包括数据采集接口、存储模块和数据发送模块。其中，数据采集接口可以与采集数据的加速度传感器121电连接，存储模块例如可以是缓存器，或者其它存储器34。数据发送模块可以是基于近场通讯或分散式系统传输协议的集成硬件发送模组，能够将存储模块中存储的振动加速度数据发送给风电场scada系统11。
77.上述方案中，示出了加速度传感器121和数据采集器122的连接结构，给出了第一运行数据的采集反馈过程。
78.请继续参看图1至图3，在一些实施例中，除包括加速度传感器121外，数据采集设备12还包括其它与数据采集器122连接的传感器单元123。上述传感器单元123可以包括温度传感器、电流互感器、振动传感器、应变传感器、流量传感器、扭矩传感器、凸轮计数器和清洁度传感器中的至少一种。
79.通过在设置加速度传感器121采集振动加速度的基础上，还设置其它的传感器单元123，能够采集风力发电机组各种第一运行数据，提高了运行数据的种类，为偏航异常振动提供了更为丰富的检测依据。
80.请继续参看图1，其中场端控制器20又称为现场终端控制器或风电场终端控制器，其可以设置在风电场的一侧，也可以集成在风力发电机组的控制系统中。该场端控制器20可以达到毫秒级的接收速度，接收来自数据采集系统10中风电场scada系统11所发送的运行数据。
81.还需要说明的是，对于场端控制器20依据运行数据执行的风力发电机组偏航振动异常检测，在此不请求保护其具体的软件实现过程。本领域技术人员可以参考现有的大数据检测，或者，已有的偏航异常振动检测策略实现。只要能够在检测到任一风力发电机组出现偏航异常振动时，发出预警信号，使得与场端控制器20通信连接的运维终端30能够依据预警信号，向用户反馈异常的机组信息即可。
82.请一并参看图1和图4，在一些实施例中，上述运维终端30可以包括：
83.通信单元31和显示单元33。
84.处理单元32，处理单元32经通信单元31与场端控制器20连接，处理单元32还与存储器34连接。该处理单元32可以用于在接收到预警信号时，解析预警信号，得到机组信息。
85.存储器34，用于存储机组信息。
86.处理单元32，还用于从存储器34提取机组信息，并控制显示单元33显示机组信息。
87.需要说明的是，上述运维终端30可以是计算机或移动终端设备，例如手机，也可以是专用于运行维护的监控终端。其中通信单元31可以是与场端控制器20具有相同通信协议的通信芯片，该通信芯片能够基于通信协议，侦测是否接收到场端控制器20发送的预警信号。上述显示单元33可以是运维终端30的显示模组，例如可以是液晶显示模组，也可以由灯串构成，每个灯对应显示一个风力发电机组的运行情况，通过不同颜色区分正常/异常。
88.上述存储器34例如可以是ram存储器和/或flash存储器，可以在处理单元32接收到预警信号后，将处理单元32解析获得的偏航振动异常的机组信息存储起来，进而由处理单元32进行提取调用。
89.而为了方便运维人员及时获知是否存在偏航振动异常，可以直接在显示单元33显示异常的机组信息，从而实现偏航振动异常机组的可视化提醒，使得运维人员能够基于异常数据监测系统的结构和连接关系设计，及时发现异常机组，以便进行维修检测。
90.上文中结合图1至图4，详细描述了本技术实施例的用于风力发电机组的异常数据监测系统。在此基础上，本技术实施例还保护一种风力发电系统，请参看图5，该风力发电系统包括风力发电机组200以及上述实施例所提供的用于风力发电机组的异常数据监测系统100，因此风力发电系统具有用于风力发电机组的异常数据监测系统100的全部有益效果。
91.在一些实施例中，请一并参看图5、图6和图7，图6示出了风力发电机组200的可选结构示意图，图7示出了偏航系统210的模块结构示意图。在图6中，该风力发电机组200包括：
92.塔架t和位于塔架t顶部的机舱c，机舱c包括偏航系统210。
93.叶轮w，与机舱c外壁的一侧连接；叶轮w还包括轮毂h和叶片(未标示)。
94.风机控制系统，可以用于持续监测风向与叶轮w的角度偏差，并在角度偏差满足偏航条件时，发送第一驱动信号至偏航系统210，以使机舱c对风偏航。
95.需要说明的是，上述偏航系统210能够按照已有偏航逻辑实现自动化偏航控制，而偏航条件则是自动化偏航逻辑的起始标准，在角度偏差满足该条件才能启动机舱c的对风
偏航。
96.可以理解的是，上述是否启动对风偏航控制，由风机控制系统执行。该风机控制系统又称为风机控制器，其能够通过风速风向仪获得实时风向，并由此获得风向与叶轮w的角度偏差。
97.而上述角度偏差满足偏航条件是现有风机控制系统的简单判断逻辑，在本技术的实施例中，仅是对风机控制系统满足该条件下驱动信号发送时机的限定，即请求保护的是包括风机控制系统与偏航系统210的硬件结构方案。
98.具体来说，上述风机控制系统在发送第一驱动信号给偏航系统210，使机舱c对风偏航时，需要使用到偏航系统210中的偏航刹车系统212和偏航驱动系统211。
99.即上述偏航系统210中可以包括偏航刹车系统212和偏航驱动系统211。其中偏航刹车系统212，与风机控制系统连接。该偏航刹车系统212可以用于在接收到第一驱动信号时，停止刹车，并发送反馈信号至风机控制系统。由此风机控制系统还可以在接收到反馈信号后，向偏航驱动系统211发送第二驱动信号。
100.偏航驱动系统211，也与风机控制系统连接，该偏航驱动系统211可以用于接收到第二驱动信号后，驱动机舱c偏航，直至机舱c对风。
101.上述偏航驱动系统211可以由偏航电机、制动器、偏航减速器等组成，能够在偏航过程中起到驱动机舱c对风的作用。
102.上述偏航刹车系统212是为了使机舱c对准风向时，防止偏航变速齿轮磨损的旋转摆动系统，其可以由偏航制动盘214、偏航制动闸体213、偏航制动闸片216以及余压运行装置215等组成。
103.其中，偏航制动闸片216设置在偏航制动闸体213上，偏航制动盘214相对于偏航制动闸片216转动，偏航制动闸片216可以在接收到第一驱动信号时抬起。而上述余压运行装置215，可以用于在偏航过程中对偏航制动盘214施加压力，以保持偏航余压。余压运行装置215配合上述异常数据检测系统，能够使场端控制器20获取偏航余压数据，帮助进行偏航振动异常检测。
104.上述方案中，通过风力发电机组200中偏航系统210中各个结构的设置，给出了风机控制系统控制实现对风偏航的过程。
105.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
106.应理解，在本发明实施例中，“与a相应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其它信息确定b。
107.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。