一种风力发电机运行状态监测系统的制作方法

本发明涉及风力发电设备监测，具体涉及一种风力发电机运行状态监测系统。

背景技术：

1、风力发电机是一种将风能转换为电能的装置，其工作原理是利用风轮叶片吸收风能，通过传动系统和发电机将机械能转化为电能。风力发电机一般由风轮、发电机、塔筒、调向器、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，当风吹向桨叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再连接到发电机上。

2、发电机的作用是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。这种可再生能源发电设备具有许多优点，如环保、节能、可再生等，因此受到广泛欢迎和应用。风力发电机按运行方式可分为独立运行的风力发电机组和并网运行的风力发电机组。按结构形式可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机需要随风转向，而垂直轴风力发电机则不需要随风转向。

3、相较于普通的发电机，风力发电机因长期在户外环境工作下，而更加容易出现各种故障，诸如叶片故障、轴承故障、传动机构故障等，现有对风力发电机的运行监测中，通常采用传感器技术采集风力发电机工作时的状态相关数据，然后将相关数据与预设的阈值比较，判断风力发电机的运行状态是否正常，并发出相应的预警或报警信息，然而，现有技术中的阈值往往是固定值，而实际情况中，无故障的风力发电机在不同的环境下工作的各项数据本身便是存在差异的，因此统一的阈值标准难以对不同环境下的风力发电机进行合理的标定，因此在特殊环境下容易出现故障的误判的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风力发电机运行状态监测系统，解决以上技术问题：

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种风力发电机运行状态监测系统，所述系统包括：

4、采集端，所述采集端包括环境信息采集模块和风力发电机工作信息采集模块；所述环境信息采集模块用于采集风力发电机工作所在区域的环境状态信息数据，所述风力发电机工作信息采集模块用于采集风力发电机的自身机体的工作参数数据；

5、分析模块，所述分析模块包括环境分析单元、阈值分析单元和排查分析单元；所述环境分析单元用于对环境状态信息数据进行预分析，并根据预分析对应生成阈值更新策略；所述阈值分析单元用于根据阈值更新策略对所述工作参数数据进行阈值控制分析，并根据阈值控制分析判断风力发电机是否运行故障；所述排查分析单元用于对环境状态信息数据以及工作参数数据进行综合分析，并根据综合分析的结果判断获取风力发电机的故障根源。

6、作为进一步的技术方案，采集风力发电机工作所在区域的环境状态信息数据的过程包括：

7、获取并记录风力发电机的风轮转轴的海拔高度；

8、建立环境信息采集模块与地面观测站服务器之间的通信；

9、通过地面观测站获取风力发电机所在区域的温度、湿度以及气压。

10、在风力发电机的发电机部分设置测风仪，通过所述测风仪测得风力发电机的局部风速和风向；

11、作为进一步的技术方案，采集风力发电机的自身机体的工作参数数据的过程包括：

12、通过振动测量仪器对风力发电机的振动频率进行检测和记录；

13、通过温度传感器对风力发电机零部件运行过程中的温度变化数据进行采集；

14、记录风力发电机的发电机部分定子功率；

15、采集风力发电机的风轮转轴与方向之间的偏向角；

16、在风轮部分和发电机部分的传动连接处安装声音传感器，并在风力发电机工作时采集声音数据。

17、作为进一步的技术方案，对所述工作参数数据进行阈值控制分析的过程包括：

18、；

19、在预设研究时间段内，通过公式计算获取风力发电机的故障风险参数；

20、其中，为预设权重系数；为风力发电机的发电机部分的定子功率的实时测量值；为预设的参考功率值；为风力发电机的振动频率随时间变化值；为预设的参考频率值；为声音传感器测得的声音随时间变化的分贝值；为预设的参考分贝值；

21、将故障风险值与风险阈值进行对比判断：

22、若，则判断风力发电机不存在故障；

23、若，则判断风力发电机存在故障。

24、作为进一步的技术方案，对环境状态信息数据进行预分析的过程包括：

25、；

26、联立公式(5)~(8)计算获取风险阈值；

27、其中，为预设的转化函数；为风速随时间变化值；为时间段内风向与风力发电机的风轮转轴之间偏向角的平均值；为风力发电机的风轮转轴的海拔高度；、、分别为风力发电机所在区域的环境湿度均值、温度均值和气压均值。

28、作为进一步的技术方案，对环境状态信息数据以及工作参数数据进行综合分析的过程包括：

29、；

30、通过公式(9)~(11)计算获取偏差值；

31、其中，为预设系数；

32、将偏差值分别与预设标准值作比对：

33、若，则判断风力发电机的风轮故障；

34、若，则判断风力发电机的发电机部分故障；

35、若，则判断风力发电机的风轮与发电机的传动连接处故障。

36、作为进一步的技术方案，对环境状态信息数据以及工作参数数据进行综合分析的过程还包括：

37、通过公式计算获取时间段内风向与风力发电机的风轮转轴之间偏向角的平均值；为时刻的风向与风力发电机的风轮转轴之间的偏向角；

38、若超过预设阈值，则判断风力发电机的调向器发生故障。

39、作为进一步的技术方案，所述系统还包括：

40、通信模块，包括气象通信单元和预警通信单元；

41、所述气象通信单元用于建立环境信息采集模块与地面观测站之间的通信；

42、所述预警通信单元用于建立所述系统与风力发电机所在风电场的本地服务器之间的通信。

43、本发明的有益效果：

44、本发明通过预分析单元对环境状态信息数据的预分析，生成阈值更新策略，阈值分析单元根据阈值更新策略对工作参数数据进行阈值控制分析，判断风力发电机是否运行故障，因此本技术方案，既能够通过监测及时获取风力发电机的故障信息，而且在每次对风力发电机工作参数数据的分析判断过程中，阈值根据风力发电机的具体工作环境对应改变，变化的阈值标准代替了不同环境下统一的故障判定标准，能够更加准确的判定风力发电机的故障，降低误判的风险。

45、本发明通过阈值分析单元的分析判断风力放电机是否存在故障，若存在故障，则再通过排查分析单元对环境状态信息数据以及工作参数数据进行综合分析，判断获取风力发电机的故障根源，因此方便了及时锁定故障的具体位置。