风机检测诊断系统 【技术领域】
本发明涉及风力发电机组技术领域， 特别涉及一种风机检测诊断系统。背景技术 风力发电技术是在适当的地域建设风力发电场， 将风力发电机组 ( 以下简称为风 机 ) 安装在风力发电场的风机基础上， 通过风机将风能转换为电能的技术。风机一般包括 风机塔筒、 机舱和叶轮， 机舱内安装有发电机和齿轮箱， 齿轮箱的主轴伸出于机舱的外部， 叶轮安装在主轴上。风机塔筒的底端设有用于与风机基础连接的法兰， 机舱安装在风机塔 筒的顶端， 叶轮在风力作用下旋转， 带动机舱内的发电机运转产生电能， 实现由风能到电能 的转换。
随着风力发电机组容量的加大、 数量的增加及运行时间的加长， 困扰整个风电行 业的问题也随之出现了， 那就是机组故障率增加， 甚至导致停机， 从而严重影响发电量， 造 成巨大的经济损失。为把握风电机组运行状态和健康状况， 国外风电机组大多安装有在线 监测系统， 对风机的运行状态进行实时监控， 当监测到信号超过限值时则报警， 但是上述在
线监测系统发现问题后， 存在如下问题 ： 一方面无法准确诊断出故障原因， 仍需人工进行现 场诊断 ； 另一方面出现问题后无法实时与控制系统交互， 确定出现问题后的运行策略。此 外， 为每一台风机设置一个在线监测系统， 对于风机的成本也是一个很大的考验。
有鉴于此， 如何对现有技术中的风机监测系统做出改进， 从而能够在出现问题后 诊断出风机故障的原因， 是本领域技术人员亟需解决的问题。 发明内容 本发明要解决的技术问题为提供一种风机检测诊断系统， 该风机检测诊断系统能 够自动诊断出常见风机故障的原因， 缩短维修周期， 降低维护成本。
为解决上述技术问题， 本发明提供一种风机检测诊断系统， 用于对风力发电机组 的检测和故障诊断， 包括 ：
数据采集模块， 该数据采集模块设于风机上， 用于对风机的各种数据参数进行采 集；
数据传输模块， 该数据传输模块与所述数据采集模块通讯连接， 用于传输所述数 据采集模块采集的数据参数 ；
数据存储模块， 该数据存储模块与所述数据传输模块通讯连接， 以用于存储数据 传输模块传输来的数据参数 ；
数据分析及故障诊断模块， 该数据分析及故障诊断模块与所述数据存储模块通讯 连接， 用于对所述数据存储模块存储的数据参数进行分析， 并诊断出风机故障的原因。
优选地， 所述风机检测诊断系统还包括控制交互模块 ；
所述控制交互模块与所述数据存储模块通讯连接， 同时， 所述控制交互模块还与 风机的控制系统通讯连接， 以便将所述数据采集模块采集的数据参数与风机的控制系统存
储的数据信息进行信息比对， 进而评估风机的运行状态 ； 或者所述控制交互模块根据外部 环境条件向风机的控制系统发出指令， 以调整控制策略而获取预想的测试工况。
优选地， 所述风机检测诊断系统还包括监控中心和流动测试车 ；
所述监控中心停靠在能够覆盖全风场的指定位置 ；
所述流动测试车搭载测试人员和数据采集模块运动至待测风机， 以便测试人员将 所述数据采集模块安装于待测风机上。
优选地， 所述数据传输模块包括设于监控中心上的车载无线电台及设于风机上的 机载无线电台 ；
所述机载无线电台将所述数据采集模块采集的数据参数发送到所述车载无线电 台， 所述车载无线电台将接收到的数据参数存储入所述数据存储模块中。
优选地， 所述数据采集模块包括第一数据采集仪， 所述第一数据采集仪进行振动 参数、 声学参数、 温度场和电参数的数据采集 ； 所述第一数据采集仪通过所述机载无线电台 将其采集到的数据参数发送出去。
优选地， 所述数据采集模块包括第二数据采集仪， 所述第二数据采集仪进行控制 参数和载荷数据的采集 ； 所述第二数据采集仪通过所述机载无线电台将其采集到的数据参 数发送出去。
优选地， 在各种载荷数据和控制数据中， 二者所包括叶片载荷信号、 主轴载荷信 号、 塔顶载荷信号、 塔底载荷信号、 控制数据信号及加速度信号六者均通过 CAN 总线与所述 第二数据采集仪连接， 以便所述第二数据采集仪进行各种载荷数据和控制数据的采集。
优选地， 所述监控中心上设有数据服务器， 所述数据存储模块设于所述数据服务 器上 ； 所述监控中心上还设有客户端， 所述数据分析及故障诊断模块设于所述客户端上。
优选地， 所述数据分析及故障诊断模块包括进行数据预处理的第一子模块， 以便 进行消除趋势项、 数据的平滑处理或去时域平均降噪的操作。
优选地， 所述数据分析及故障诊断模块包括对采集的数据进行时域处理的第二子 模块、 及对采集的数据进行频域分析的第三子模块。
优选地， 所述数据分析及故障诊断模块还包括第四子模块， 所述第四子模块将对 应时刻获取的采集数据和控制数据一一对应， 以便进行工况自梳理。
优选地， 所述数据分析及故障诊断模块还包括第五子模块， 所述第五子模块通过 时域和频域处理进行峰峰值、 有效值、 分频幅值或峭度系数的特征提取， 以便利用内嵌的神 经网络技术进行故障的自诊断。
优选地， 所述数据分析及故障诊断模块还包括第六子模块， 所述第六子模块通过 远程协同组成专家团队， 以便确定风机故障的原因。
在本发明中， 所述风机检测诊断系统包括数据采集模块、 数据传输模块、 数据存储 模块和数据分析及故障诊断模块， 该数据分析及故障诊断模块与数据存储模块通讯连接， 因而能够对各种参数数据进行分析， 并根据预设的程序诊断出风机故障的原因。
由此可知， 本发明所提供的风机检测诊断系统能够自动诊断出风机故障的原因， 缩短维修周期， 降低维护成本。
在一种具体实施方式中， 本发明所提供的风机检测诊断系统还包括控制交互模 块， 所述控制交互模块与所述数据存储模块通讯连接， 同时， 所述控制交互模块还与风机的控制系统通讯连接。具体地， 该控制交互模块主要与风电机组控制系统或风场中央监控系 统进行数据交互， 系统采集后的数据时域统计值与风机控制系统时域统计值进行对比， 相 互验证 ； 此外， 可以实时获取控制系统内的控制数据， 与数据采集模块采集的测试数据一一 对应， 便于评估风机运行状态和故障诊断 ； 再者， 还可以根据外部环境条件控制风机运行， 调整控制策略获取预想的测试工况， 同时还可以验证控制策略正确与否。 附图说明
图 1 为本发明一种实施例中风机检测诊断系统的工作原理示意图 ；
图 2 为图 1 中的风机检测诊断系统采集振动参数等数据示意图 ；
图 3 为图 1 中的风机检测诊断系统采集控制数据和载荷数据的示意图 ；
图 4 为图 1 中的风机检测诊断系统进行无线传输的示意图 ；
图 5 为图 1 中的风机检测诊断系统的数据分析及故障诊断模块的软件结构框图 ；
图 6 为图 5 中数据分析及故障诊断模块的进行故障自诊断的工作原理示意图。
其中， 图 1 至图 6 中附图标记与部件名称之间的对应关系为 ：
1 监控中心 ； 2 流动测试车 ； 3 客户端 ； 4 车载无线电台 ； 5 数据服务器 ； 6 显示装置 ； 7 风机 ； 8 测试人员 ； 9 数据采集模块 ； 10 机载无线电台 ； 11 局域网。 具体实施方式 本发明的核心为提供一种风机检测诊断系统， 该风机检测诊断系统能够自动诊断 出风机故障的原因， 缩短维修周期， 降低维护成本。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案， 下面结合附图和具体实 施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图 1， 图 1 为本发明一种实施例中风机检测诊断系统的工作原理示意图。
在一种实施例中， 本发明所提供的风机检测诊断系统， 用于对风力发电机组的检 测和故障诊断， 包括 ：
数据采集模块， 该数据采集模块设于风机上， 用于对风机的数据参数进行采集 ；
数据传输模块， 该数据传输模块与数据采集模块通讯连接， 用于传输数据采集模 块采集的数据参数 ；
数据存储模块， 该数据存储模块与数据传输模块通讯连接， 以用于存储数据传输 模块传输来的数据参数 ；
数据分析及故障诊断模块， 该数据分析及故障诊断模块与数据存储模块通讯连 接， 用于对数据存储模块存储的数据参数进行分析， 并诊断出风机故障的原因。
在本发明中， 由于具有了数据分析及故障诊断模块， 因而能够对各种参数数据进 行分析， 并根据预设的程序诊断出风机故障的原因。 此外， 本发明所提供的风机检测诊断系 统还具有成本低和工作效率高的优点。
此外， 在本发明中， 风机检测诊断系统还可以包括控制交互模块 ； 控制交互模块与 数据存储模块通讯连接， 同时， 控制交互模块还与风机的控制系统通讯连接， 以便将数据采 集模块采集的数据参数与风机的控制系统存储的数据信息进行信息比对， 进而评估风机的 运行状态 ； 或者控制交互模块根据外部环境条件向风机的控制系统发出指令， 以调整控制
策略而获取预想的测试工况。
具体地， 该控制交互模块主要与风电机组控制系统或风场中央监控系统进行数据 交互， 系统采集后的数据时域统计值与风机控制系统时域统计值进行对比， 相互验证 ； 此 外， 可以实时获取控制系统内的控制数据， 与数据采集模块采集的测试数据一一对应， 便于 评估风机运行状态和故障诊断 ； 再者， 还可以根据外部环境条件控制风机运行， 调整控制策 略获取预想的测试工况， 同时还可以验证控制策略正确与否。
在上述技术方案的基础上， 可以做出进一步设计。
比如， 如图 1 所示， 风机检测诊断系统还包括监控中心 1 和流动测试车 2 ； 流动测 试车 2 搭载测试人员 8 和数据采集模块运动至待测风机， 以便测试人员 8 将数据采集模块 安装于待测风机上。设备安装完成后远程设置采样参数和数据传输方式， 数据采集模块采 集实时数据并通过数据传输模块传输给数据存储模块， 测试人员 8 利用数据分析及故障诊 断模块分析采集数据， 并对风机进行评估和故障诊断， 并通过显示装置 6 显示风机状态和 分析结果， 同时控制交互模块可与控制系统进行交互， 控制风机运行和控制策略调整。
此外， 如图 1 所示， 监控中心 1 上设有数据服务器 5， 数据存储模块设于数据服务器 5上； 监控中心 1 上还设有客户端 3， 数据分析及故障诊断模块和控制交互模块均设于客户 端 3 上。 在上述技术方案的基础上， 可以对数据的采集做出具体设计， 具体地， 请参考图 2 和图 3， 图 2 为图 1 中的风机检测诊断系统采集振动参数等数据示意图 ； 图 3 为图 1 中的风 机检测诊断系统采集控制数据和载荷数据的示意图。
数据采集模块可以为数据采集仪 9， 该数据采集仪 9 包括第一数据采集仪， 该第 一数据采集仪可以为测振仪， 第一数据采集仪进行振动参数、 声学参数、 温度场和电参数的 数据采集 ； 第一数据采集仪通过有线传输或无线传输的方式将其采集到的数据参数发送出 去。
具体地， 如图 2 所示， 该第一数据采集仪可以为测振仪， 风机的风轮、 主轴承、 齿轮 箱和发电机构成振动源， 通过上述测振仪获得温度参数、 电参数、 声学参数、 转速、 振动加速 度、 振动速度及振动位移等数据信息， 然后再通过数据传输模块发送至监控中心 1 上的数 据服务器 5 上存储。
此外， 数据采集仪 9 包括第二数据采集仪， 第二数据采集仪进行控制参数和载荷 数据的采集 ； 第二数据采集仪通过机载无线电台 10 将其采集到的数据参数发送出去。
具体地， 如图 3 所示， 叶片载荷、 主轴载荷信号 CAN 总线经过滑环与塔顶载荷、 塔底 载荷、 控制数据、 加速度信号 CAN 总线串联起来， 汇总到第二数据采集仪， 采集数据通过无 线电台或者网络传输给监控中心 1 上的接收终端， 存放在数据服务器 5 上， 供客户端 3 和远 程监控人员使用。当然， 上述各种数据信号也可以不串联， 单独通过 CAN 总线与第二数据采 集仪连接。
此外， 在上述技术方案中， 还可以对数据的传输方式做出具体设计。具体地， 请参 考图 4， 图 4 为图 1 中的风机检测诊断系统进行无线传输的示意图。
具体地， 数据传输模块可以支持有线传输和无线传输， 有线传输是指数据采集模 块可以通过网络或风场业主专用网络进行传输。如图 4 所示， 在进行无线传输的情况下， 数 据传输模块包括设于监控中心 1 上的车载无线电台 4 及设于风机上的机载无线电台 10 ； 机
载无线电台 10 将数据采集模块采集的数据参数发送到车载无线电台 4， 车载无线电台 4 将 接收到的数据参数存储入数据存储模块中。
具体地， 工作人员将采样参数设置完毕， 通过车载无线电台 4 将配置信息发送出 去， 机载无线电台 10 接收到配置信息后将其传输给数据采集仪 9， 数据采集仪 9 根据配置信 息对采样参数进行配置， 配置完成后返回 “配置成功” 信息 ； 然后， 设备开始工作， 在工作过 程中工作人员可以随时监控设备工作状态并更改设置 ； 数据采集仪 9 根据配置信息将采集 的数据可以保存在自带大容量存储器 ( 采集结束后， 此数据将被传输至数据服务器 5 中， 以 备后续进一步分析 )， 并查询工作人员的实时命令， 将时域统计数据、 频谱数据等信号量通 过机载无线电台 10 发送给车载无线电台 4， 车载无线电台 4 将接收的采集数据上传至数据 服务器 5， 数据服务器再通过局域网 11 与客户端 3 连接， 以便工作人员分析采集数据， 随时 了解风电机组的运行状态。
在上述技术方案的基础上， 还可以对数据分析及故障诊断模块做出具体设计。具 体地， 请参考图 5 和图 6， 图 5 为图 1 中的风机检测诊断系统的数据分析及故障诊断模块的 软件结构框图 ； 图 6 为图 5 中数据分析及故障诊断模块的进行故障自诊断的工作原理示意 图。 如图 5 所示， 数据分析及故障诊断模块包括进行数据预处理的第一子模块， 该第 一子模块进行消除趋势项、 数据的平滑处理或去时域平均降噪等操作， 从而能够保证数据 信息的准确性和稳定性。
数据分析及故障诊断模块还包括对采集的数据进行时域处理的第二子模块、 及对 采集的数据进行频域分析的第三子模块。具体地， 如图 5 所示， 第二子模块对采集的数据进 行时域处理， 包括概率密度函数、 概率分布函数、 均值、 均方值、 有效值、 峰值、 峭度系数、 相 关函数等 ； 第三子模块对采集的数据进行频域处理， 包括幅值谱、 功率谱、 自谱、 互谱、 倒谱、 解调谱和细化谱等。
具体地， 数据分析及故障诊断模块还包括第四子模块， 如图 5 所示， 第四子模块将 对应时刻获取的采集数据和控制数据一一对应， 以便进行工况自梳理。例如， 测试人员将 获取的发电机转速、 发电功率和桨距角等控制数据， 按照时间顺序与采集的振动数据进行 一一对应， 测试人员可以根据控制数据与采集数据的对应关系来分析风机运行状态。
如图 5 和图 6， 数据分析及故障诊断模块还包括第五子模块， 第五子模块通过时域 和频域处理进行峰峰值、 有效值、 分频幅值或峭度系数的特征提取， 以便利用内嵌的神经网 络技术进行故障的自诊断。例如， 利用有效值来判断风机振动是否超标， 出现异常状态 ； 利 用峭度系数指标判断轴承早期类故障。
数据分析及故障诊断模块还包括第六子模块， 如图 5 所示， 第六子模块通过远程 协同组成专家团队， 以便确定风机故障的原因。
最后， 需要说明的是， 本发明所提供的风机检测诊断系统基于目前国内大范围实 现风电机组在线监测的高成本和不现实性而开发的， 在线监测需要为每台风机配备一套设 备， 初装成本高， 可重复利用率低。此系统是可移动综合诊断检测系统， 它是以保证风电机 组的健康运行为目的、 以快速高效巡检为手段、 以振动分析和故障诊断为后盾的可移动、 机 动快速的现代化高科技测试中心。
以上对本发明所提供的风机检测诊断系统进行了详细介绍。 本文中应用了具体个
例对本发明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发明的 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， 在不脱离本发明原理 的前提下， 还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求 的保护范围内。