一种海上风电安全监测信息动态管理方法及系统与流程

1.本发明属于电数字数据处理技术领域，尤其涉及一种海上风电安全监测信息动态管理方法及系统。


背景技术：

2.海上风电作为我国可再生能源发展的重点领域，具有资源丰富、发电利用小时高、不占用土地和适宜大规模开发的特点，是全球风电发展的最新前沿。
3.与陆地风电相比，海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场高20%~40%，还具有不占地、风速高、沙尘少、电量大、运行稳定以及粉尘零排放等优势，同时能够减少机组的磨损，延长风力发电机组的使用寿命，适合大规模开发。
4.在现有技术中，通过对海缆进行数据采集，根据采集得到的数据来判定海缆是否出现故障，无法实现对海缆故障的预警。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种海上风电安全监测信息动态管理方法，旨在解决现有技术中，通过对海缆进行数据采集，根据采集得到的数据来判定海缆是否出现故障，无法实现对海缆故障的预警的问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种海上风电安全监测信息动态管理方法，所述方法包括：获取安全监测数据，所述安全监测数据包括区间段海缆温度监控数据、区间段环境温度监控数据和实时电流数据；根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值；根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线；根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定。
7.优选的，所述根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值的步骤，具体包括：调取预设的海缆设施参数，查询海缆在不同温度下的阻值；读取区间段环境温度监控数据，提取环境温度值，确定各个时刻海缆的阻值；根据环境介质查询导热系数，从而结合实时电流数据计算理论温度值。
8.优选的，所述根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线的步骤，具体包括：从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，并提取对应时刻的实时电流值；
根据环境介质查询导热系数，结合实时海缆温度值和实时电流值计算实时电阻值；根据实时电阻值构建电阻变化曲线。
9.优选的，所述根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定的步骤，具体包括：根据电阻变化曲线进行函数拟合，得到电阻曲线拟合函数；根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，判定是否超出预设值；计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，判定差值是否在预设范围内，确定是否存在故障。
10.优选的，所述区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值超过预设值时，判定存在故障。
11.优选的，判定存在故障时，发出警报，所述警报包含出现故障的区间段位置。
12.本发明实施例的另一目的在于提供一种海上风电安全监测信息动态管理系统，所述系统包括：数据获取模块，用于获取安全监测数据，所述安全监测数据包括区间段海缆温度监控数据、区间段环境温度监控数据和实时电流数据；理论温度计算模块，用于根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值；电阻曲线构建模块，用于根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线；故障预警模块，用于根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定。
13.优选的，所述理论温度计算模块包括：阻值查询单元，用于调取预设的海缆设施参数，查询海缆在不同温度下的阻值；阻值计算单元，用于读取区间段环境温度监控数据，提取环境温度值，确定各个时刻海缆的阻值；理论温度计算单元，用于根据环境介质查询导热系数，从而结合实时电流数据计算理论温度值。
14.优选的，所述电阻曲线构建模块包括：数据提取单元，用于从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，并提取对应时刻的实时电流值；系数查询单元，用于根据环境介质查询导热系数，结合实时海缆温度值和实时电流值计算实时电阻值；曲线绘制单元，用于根据实时电阻值构建电阻变化曲线。
15.优选的，所述故障预警模块包括：曲线拟合单元，用于根据电阻变化曲线进行函数拟合，得到电阻曲线拟合函数；异常预警单元，用于根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，判定是否超出预设值；
故障判定单元，用于计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，判定差值是否在预设范围内，确定是否存在故障。
16.本发明实施例提供的一种海上风电安全监测信息动态管理方法，通过对海缆进行数据采集，根据采集得到的数据对海缆的各区间段进行实时监控，从而为每一个区间段构建一个预警模型，利用预警模型对各区间段内海缆的变化趋势进行预估，以实现对海缆各点位的故障预警，以避免故障直接发生，长时间影响风电设备工作。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一种海上风电安全监测信息动态管理方法的流程图；图2为本发明实施例提供的根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值的步骤的流程图；图3为本发明实施例提供的根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线的步骤的流程图；图4为本发明实施例提供的根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定的步骤的流程图；图5为本发明实施例提供的一种海上风电安全监测信息动态管理系统的架构图；图6为本发明实施例提供的一种理论温度计算模块的架构图；图7为本发明实施例提供的一种电阻曲线构建模块的架构图；图8为本发明实施例提供的一种故障预警模块的架构图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.与陆地风电相比，海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场高20%~40%，还具有不占地、风速高、沙尘少、电量大、运行稳定以及粉尘零排放等优势，同时能够减少机组的磨损，延长风力发电机组的使用寿命，适合大规模开发。在现有技术中，通过对海缆进行数据采集，根据采集得到的数据来判定海缆是否出现故障，无法实现对海缆故障的预警。
20.本发明通过对海缆进行数据采集，根据采集得到的数据对海缆的各区间段进行实时监控，从而为每一个区间段构建一个预警模型，利用预警模型对各区间段内海缆的变化趋势进行预估，以实现对海缆各点位的故障预警，以避免故障直接发生，长时间影响风电设备工作。
21.如图1所示，为本发明实施例提供的一种海上风电安全监测信息动态管理方法的流程图，所述方法包括：s100，获取安全监测数据，所述安全监测数据包括区间段海缆温度监控数据、区间段环境温度监控数据和实时电流数据。
22.在本步骤中，获取安全监测数据，为了能够对海缆进行实时检测，在海缆上间隔确定多个安装位置，每个安装位置设置两组温度传感器，一组温度传感器直接检测海缆的温度，另一组温度传感器用于测量环境介质的温度，若该海缆设置在水面，则测量空气温度，
若海缆设置在水下，则测量水体温度，并在一根海缆的任意一处设置电流检测装置，以测量海缆内的电流数值，该区间段海缆温度监控数据即为各个区间段内海缆的温度数据，区间段环境温度监控数据为各个区间段海缆周边的环境介质的温度数据，实时电流数据则为电流检测装置测量得到的海缆内通过的电流数据。
23.s200，根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值。
24.在本步骤中，根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，在确定安装位置时，保证各个安装位置之间的距离相等，每一个温度传感器检测到的温度为该安装位置处对应的区间海缆的温度，区间海缆的长度等同于相邻两组安装位置之间的距离，在同一个安装位置，设置的两个温度传感器，一个温度传感器直接固定在海缆上，以检测海缆的温度，另一个则置于安装位置附近50公分之外，用于检测附近的环境介质的温度，在环境介质温度下，海缆内的线材的阻值是可以根据线材的材料确定的，因此，可以直接确定该区间段内海缆的总阻值，进而根据海缆内的电流值即可计算得到单位时间内海缆的发热量，进而根据环境介质的导热系数确定热量传递速度，从而得到海缆的理论温度值。
25.s300，根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线。
26.在本步骤中，根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，利用固定在海缆上的温度传感器直接获得的温度即为海缆的温度，由于环境介质的导热系数已经确定，因此，可以直接反推当前线缆的电阻，这是由于电流值已知，导热系数已知，因此单位时间内的散热量可以根据导热系数计算得到，从而根据当前的温度推知海缆单位时间内的发热量，根据发热量和电流值即可确定电阻值，将所有计算得到电阻值按照时间顺序进行记录，以得到电阻变化曲线。
27.s400，根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定。
28.在本步骤中，根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，通过函数拟合的方式，确定当前电阻变化曲线对应的拟合函数，将时间作为自变量带入到拟合函数当中，即可得到短时间内的预估电阻数据，根据该预估电阻数据的变化趋势以及数值即可进行预警，如预估电阻超过预设值或者单位时间内预估电阻的变化值超过预设值，即可直接判定存在故障风险，发出预警，根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定，在此过程中，判断实际测量得到的温度值是否与理论温度值相近，即是否在正常波动范围内，若超出正常波动范围，则判定故障已经发生，当区间段海缆温度监控数据内的温度超过一定阈值也可以直接判定故障已经发生。
29.如图2所示，作为本发明的一个优选实施例，所述根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值的步骤，具体包括：s201，调取预设的海缆设施参数，查询海缆在不同温度下的阻值。
30.在本步骤中，调取预设的海缆设施参数，海缆设施参数中记录有不同类型海缆在不同温度下单位长度的阻值，根据当前海缆的类型以及区间段内海缆长度即可确定该海缆的阻值。
31.s202，读取区间段环境温度监控数据，提取环境温度值，确定各个时刻海缆的阻
值。
32.在本步骤中，读取区间段环境温度监控数据，在区间段环境温度监控数据中记录有各个时刻检测得到的温度数值，即为环境温度值，那么在每个时刻该区间段内海缆的阻值都可以确定。
33.s203，根据环境介质查询导热系数，从而结合实时电流数据计算理论温度值。
34.在本步骤中，根据环境介质查询导热系数，先根据实时电流以及海缆的阻值计算发热量，进而根据导热系数来确定热量的损耗率，从而确定海缆的理论温度值。
35.如图3所示，作为本发明的一个优选实施例，所述根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线的步骤，具体包括：s301，从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，并提取对应时刻的实时电流值。
36.在本步骤中，从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，由于在海缆上直接安装有温度传感器，因此通过该温度传感器获得的温度即为该海缆的温度，按照时间顺序进行提取，即可得到实时海缆温度值，而电流检测装置则能够对海缆内的电流进行实时记录，得到实时电流值。
37.s302，根据环境介质查询导热系数，结合实时海缆温度值和实时电流值计算实时电阻值。
38.在本步骤中，根据环境介质查询导热系数，根据该导热系数即可确定海缆与环境介质之间的散热效率，在知晓海缆的实际温度和电流时，即可反推海缆的实际发热量，从而计算得到实际电阻值。
39.s303，根据实时电阻值构建电阻变化曲线。
40.在本步骤中，根据实时电阻值构建电阻变化曲线，构建坐标系，按照时间顺序对各个时刻计算得到的电阻值进行记录，横坐标为时间，纵坐标为电阻值。
41.如图4所示，作为本发明的一个优选实施例，所述根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定的步骤，具体包括：s401，根据电阻变化曲线进行函数拟合，得到电阻曲线拟合函数。
42.在本步骤中，根据电阻变化曲线进行函数拟合，如利用matlab软件将上述坐标系中的离散点进行拟合，得到电阻曲线拟合函数。
43.s402，根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，判定是否超出预设值。
44.在本步骤中，根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，按照预设的时间间隔，将需要预估的时间代入到该电阻曲线拟合函数当中，从而计算得到相应的数值，通过将该数值与预设值进行比较，从而判定是否存在故障风险。
45.s403，计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，判定差值是否在预设范围内，确定是否存在故障。
46.在本步骤中，计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，理论温度值是通过计算得到的，而实测温度值是直接测量得到的，若两者差距过大，则说明海缆温度异常，因此判定存在故障；每个区间段设置有对应的编号，在出现故障
时，即可根据该编号确定海缆的故障位置。
47.在本发明的一个实施例中，海上风电以海上风电基础为主要支撑结构，为了设备的安全，需要对海上风电基础进行安全监测，具体的，在海上风电基础上安装多组水平检测仪器，水平检测仪器设置在不同的位置，从而对海上风电基础的各个位置进行水平检测，与此同时，在海上风电基础上设置振动监测传感器，利用振动监测传感器获取海上风电基础上各点的振动情况，对于海上风电基础而言，其为一个整体结构，当其出现稳定性问题时，各个位置的水平仪检测到的数值应当相同，并且各个部位检测到的振动情况应当一致，当出现水平仪检测到的数值或者振动监测传感器检测到的数值不一致时，说明当前海上风电基础存在稳定性问题，需要进行核查，此时发出警报，通知相关人员进行检修处理。
48.如图5所示，为本发明实施例提供的一种海上风电安全监测信息动态管理系统，所述系统包括：数据获取模块100，用于获取安全监测数据，所述安全监测数据包括区间段海缆温度监控数据、区间段环境温度监控数据和实时电流数据。
49.在本系统中，数据获取模块100获取安全监测数据，为了能够对海缆进行实时检测，在海缆上间隔确定多个安装位置，每个安装位置设置两组温度传感器，一组温度传感器直接检测海缆的温度，另一组温度传感器用于测量环境介质的温度，若该海缆设置在水面，则测量空气温度，若海缆设置在水下，则测量水体温度，并在一根海缆的任意一处设置电流检测装置，以测量海缆内的电流数值，该区间段海缆温度监控数据即为各个区间段内海缆的温度数据，区间段环境温度监控数据为各个区间段海缆周边的环境介质的温度数据，实时电流数据则为电流检测装置测量得到的海缆内通过的电流数据。
50.理论温度计算模块200，用于根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，结合实时电流数据计算理论温度值。
51.在本系统中，理论温度计算模块200根据区间段环境温度监控数据计算理论区间段电阻数据，在确定安装位置时，保证各个安装位置之间的距离相等，每一个温度传感器检测到的温度为该安装位置处对应的区间海缆的温度，区间海缆的长度等同于相邻两组安装位置之间的距离，在同一个安装位置，设置的两个温度传感器，一个温度传感器直接固定在海缆上，以检测海缆的温度，另一个则置于安装位置附近50公分之外，用于检测附近的环境介质的温度，在环境介质温度下，海缆内的线材的阻值是可以根据线材的材料确定的，因此，可以直接确定该区间段内海缆的总阻值，进而根据海缆内的电流值即可计算得到单位时间内海缆的发热量，进而根据环境介质的导热系数确定热量传递速度，从而得到海缆的理论温度值。
52.电阻曲线构建模块300，用于根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，并据此构建电阻变化曲线。
53.在本系统中，电阻曲线构建模块300根据区间段海缆温度监控数据以及实时电流数据计算实际区间段电阻数据，利用固定在海缆上的温度传感器直接获得的温度即为海缆的温度，由于环境介质的导热系数已经确定，因此，可以直接反推当前线缆的电阻，这是由于电流值已知，导热系数已知，因此单位时间内的散热量可以根据导热系数计算得到，从而根据当前的温度推知海缆单位时间内的发热量，根据发热量和电流值即可确定电阻值，将所有计算得到电阻值按照时间顺序进行记录，以得到电阻变化曲线。
54.故障预警模块400，用于根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，并根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定。
55.在本系统中，故障预警模块400根据电阻变化曲线对海缆风险进行预警识别，通过函数拟合的方式，确定当前电阻变化曲线对应的拟合函数，将时间作为自变量带入到拟合函数当中，即可得到短时间内的预估电阻数据，根据该预估电阻数据的变化趋势以及数值即可进行预警，如预估电阻超过预设值或者单位时间内预估电阻的变化值超过预设值，即可直接判定存在故障风险，发出预警，根据理论温度值和区间段海缆温度监控数据进行故障判定，在此过程中，判断实际测量得到的温度值是否与理论温度值相近，即是否在正常波动范围内，若超出正常波动范围，则判定故障已经发生，当区间段海缆温度监控数据内的温度超过一定阈值也可以直接判定故障已经发生。
56.如图6所示，作为本发明的一个优选实施例，所述理论温度计算模块200包括：阻值查询单元201，用于调取预设的海缆设施参数，查询海缆在不同温度下的阻值。
57.在本模块中，阻值查询单元201调取预设的海缆设施参数，海缆设施参数中记录有不同类型海缆在不同温度下单位长度的阻值，根据当前海缆的类型以及区间段内海缆长度即可确定该海缆的阻值。
58.阻值计算单元202，用于读取区间段环境温度监控数据，提取环境温度值，确定各个时刻海缆的阻值。
59.在本模块中，阻值计算单元202读取区间段环境温度监控数据，在区间段环境温度监控数据中记录有各个时刻检测得到的温度数值，即为环境温度值，那么在每个时刻该区间段内海缆的阻值都可以确定。
60.理论温度计算单元203，用于根据环境介质查询导热系数，从而结合实时电流数据计算理论温度值。
61.在本模块中，理论温度计算单元203根据环境介质查询导热系数，先根据实时电流以及海缆的阻值计算发热量，进而根据导热系数来确定热量的损耗率，从而确定海缆的理论温度值。
62.如图7所示，作为本发明的一个优选实施例，所述电阻曲线构建模块300包括：数据提取单元301，用于从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，并提取对应时刻的实时电流值。
63.在本模块中，数据提取单元301从区间段海缆温度监控数据中提取实时海缆温度值，由于在海缆上直接安装有温度传感器，因此通过该温度传感器获得的温度即为该海缆的温度，按照时间顺序进行提取，即可得到实时海缆温度值，而电流检测装置则能够对海缆内的电流进行实时记录，得到实时电流值。
64.系数查询单元302，用于根据环境介质查询导热系数，结合实时海缆温度值和实时电流值计算实时电阻值。
65.在本模块中，系数查询单元302根据环境介质查询导热系数，根据该导热系数即可确定海缆与环境介质之间的散热效率，在知晓海缆的实际温度和电流时，即可反推海缆的实际发热量，从而计算得到实际电阻值。
66.曲线绘制单元303，用于根据实时电阻值构建电阻变化曲线。
67.在本模块中，曲线绘制单元303根据实时电阻值构建电阻变化曲线，构建坐标系，按照时间顺序对各个时刻计算得到的电阻值进行记录，横坐标为时间，纵坐标为电阻值。
68.如图8所示，作为本发明的一个优选实施例，所述故障预警模块400包括：曲线拟合单元401，用于根据电阻变化曲线进行函数拟合，得到电阻曲线拟合函数。
69.在本模块中，曲线拟合单元401根据电阻变化曲线进行函数拟合，如利用matlab软件将上述坐标系中的离散点进行拟合，得到电阻曲线拟合函数。
70.异常预警单元402，用于根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，判定是否超出预设值。
71.在本模块中，异常预警单元402根据电阻曲线拟合函数对预设时间段内的电阻变化进行预估，按照预设的时间间隔，将需要预估的时间代入到该电阻曲线拟合函数当中，从而计算得到相应的数值，通过将该数值与预设值进行比较，从而判定是否存在故障风险。
72.故障判定单元403，用于计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，判定差值是否在预设范围内，确定是否存在故障。
73.在本模块中，故障判定单元403计算理论温度值和区间段海缆温度监控数据中监测到的温度值之间的差值，理论温度值是通过计算得到的，而实测温度值是直接测量得到的，若两者差距过大，则说明海缆温度异常，因此判定存在故障；每个区间段设置有对应的编号，在出现故障时，即可根据该编号确定海缆的故障位置。
74.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
75.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
76.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
77.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。