本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，風(fēng)能作為一種可再生能源，取之不盡用之不竭。我國風(fēng)能資源豐富，而且隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量也朝著MW級(jí)方向發(fā)展，總體風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量不斷逐年增加，風(fēng)電作為一種新型能源在全球能源結(jié)構(gòu)中所占的比例也越來越大。然而大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常常工作在低溫、風(fēng)暴、雷電、沙塵、鹽堿、冰雪等環(huán)境特別惡劣的條件下，同時(shí)由于風(fēng)速的不確定性使得風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化范圍大，塔架需承載往復(fù)疲勞載荷以及振動(dòng)，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況復(fù)雜，會(huì)造成法蘭螺栓松動(dòng)、連接螺栓斷裂、筒節(jié)焊縫熱影響區(qū)撕裂、塔架折斷、基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)鋼筋混凝土錨固失效、基礎(chǔ)不均勻沉降等問題，甚至?xí)斐伤驳顾?、葉片折斷，從而導(dǎo)致了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)，嚴(yán)重影響發(fā)電，并直接造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本持續(xù)增高。

因此為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性，風(fēng)機(jī)廠家一般要求人工進(jìn)行定期巡檢，但是此種方法人為因素較大，巡檢間隔時(shí)間較長，不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，因此難以規(guī)避事故的發(fā)生，對于一些土質(zhì)較差(如濕陷性黃土、沿海淤泥質(zhì)土等)的地方，人工監(jiān)測具有工作量大和難度大的缺點(diǎn)，難以監(jiān)測并解決由于土質(zhì)沉降造成的風(fēng)機(jī)的故障。

安裝有效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以有效地降低 工作量和維護(hù)檢修費(fèi)用，但是傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)通過采集機(jī)組重要傳動(dòng)部件的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員來觀測振動(dòng)信號(hào)波形并判斷機(jī)組故障部件。這種方法很容易判斷錯(cuò)誤，而且很難判斷出部件故障的準(zhǔn)確位置和嚴(yán)重程度，難以給后期制定相關(guān)檢修計(jì)劃提供準(zhǔn)確地指導(dǎo)。

上述的風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)可以避免人工檢測的諸多缺點(diǎn)，但現(xiàn)有技術(shù)的還具有如下問題：

(1)對于塔筒振動(dòng)等大多數(shù)問題點(diǎn)的關(guān)注較少，監(jiān)測中一般只包含加速度等少數(shù)指標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)定的振動(dòng)報(bào)警值不合理，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警或者不報(bào)警的情況；

(2)振動(dòng)報(bào)警為后臺(tái)報(bào)警，報(bào)警后通常的故障解決方法為風(fēng)機(jī)停機(jī)后自動(dòng)重啟，并未對風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行深入分析與判斷，更沒有找出引起振動(dòng)報(bào)警的根本原因，從而為發(fā)生更大的事故留下了安全隱患；

(3)未將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來，不能對引起故障的可能原因作出判斷和預(yù)警；

(4)風(fēng)機(jī)的故障會(huì)經(jīng)過一個(gè)較長的過程，現(xiàn)有技術(shù)很難及早發(fā)現(xiàn)問題與分析原因，不能夠及時(shí)且準(zhǔn)確的對故障加以排查和修復(fù)，從而起到減少甚至避免事故發(fā)生的作用。

因此，如何發(fā)明一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，可以同時(shí)對多個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障位置并對其進(jìn)行提前預(yù)警，同時(shí)可以生成風(fēng)機(jī)故障的解決方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：客戶端層、服務(wù)器層和數(shù)據(jù)采集層，其中客戶端層與服務(wù)器層之間通過互聯(lián)網(wǎng)連接，服務(wù)器層和數(shù)據(jù)采集層之間通過光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

數(shù)據(jù)采集層，用于測量部位數(shù)據(jù)信號(hào)的采集，并將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)化為測量值通過光纖傳輸至服務(wù)器層；

服務(wù)器層，用于接收和存儲(chǔ)由數(shù)據(jù)采集層傳輸過來的測量值，通過測量值經(jīng)服務(wù)器層內(nèi)置的故障判斷程序判斷并生成風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息；

客戶端層，包括若干通過互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器層連接的客戶端，客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)獲得風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息。

進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)采集層包括傳感器、數(shù)據(jù)采集終端與信號(hào)處理裝置，傳感器設(shè)于各個(gè)測量部位，數(shù)據(jù)采集終端用于采集傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)處理裝置用于將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為測量值并通過光纖傳輸至服務(wù)器層。

進(jìn)一步地，服務(wù)器層包括SCADA服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器與中央監(jiān)控服務(wù)器；

其中，SCADA服務(wù)器用于接收與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)采集層傳輸過來的測量值，并將數(shù)據(jù)服務(wù)器生成的風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)與預(yù)警信息反饋至客戶端層；

數(shù)據(jù)服務(wù)器用于接收并儲(chǔ)存SCADA服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)過來的測量值，通過故障的判斷與預(yù)警生成測量結(jié)果與預(yù)警信號(hào)，并進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析生成健風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息；

中央監(jiān)控服務(wù)器用于控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)塔架健康狀態(tài)的綜合顯示和監(jiān)控。

進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)置有分析建議模塊，分析建議模塊可以結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的理論自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與巡檢監(jiān)測的建議。

為方便對風(fēng)機(jī)塔架進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，作為優(yōu)選的，客戶端為PC、手機(jī)或其他可用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收并進(jìn)行顯示的數(shù)字移動(dòng)終端。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明還提供了一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測方法。該方法包括以下步驟：

步驟S101數(shù)據(jù)采集層通過在每個(gè)測量部位均設(shè)至少一個(gè)傳感器，數(shù)據(jù)采集終端對所述傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)化為測量值；

步驟S201上述的測量值傳輸至服務(wù)器層，將該測量值輸入故障判斷程序，生成測量結(jié)果，如測量結(jié)果不在服務(wù)器層設(shè)定的范圍內(nèi)則發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)；

步驟S301服務(wù)器層存儲(chǔ)測量值與測量結(jié)果，進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析并生成風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息；

步驟S401通過互聯(lián)網(wǎng)將健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息實(shí)時(shí)反饋至客戶端層進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步地，步驟101中，所述測量部位為可通過分別設(shè)置傳感器來測得風(fēng)機(jī)塔架的剛度、傾角、擺動(dòng)頻率、加速度等指標(biāo)的多個(gè)部位。

本發(fā)明通過在風(fēng)機(jī)塔架的不同檢測部位設(shè)有檢測點(diǎn)，每個(gè)檢測點(diǎn)均設(shè)置有傳感器，需要檢測的有風(fēng)機(jī)塔架的剛度、傾角、擺動(dòng)頻率、加速度等多個(gè)指標(biāo)。傳感器測量出對應(yīng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集終端對數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集，通過信號(hào)處理裝置將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為測量值并通過光纖傳輸至服務(wù)器層的SCADA服務(wù)器。SCADA服務(wù)器將測量值轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)服務(wù)器中，數(shù)據(jù)服務(wù)器中內(nèi)置有故障判斷程序，測量值經(jīng)故障判斷程序計(jì)算出測量結(jié)果，如果不在據(jù)服務(wù)器設(shè)定的范圍內(nèi)則發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)，數(shù)據(jù)服務(wù)器對測量結(jié)果的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析生成健風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息，風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)通過SCADA服務(wù)器傳輸至客戶端層的各個(gè)客戶端中進(jìn)行顯示與預(yù)警。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)置有分析建議模塊分析建議模塊可以 結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的理論自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與巡檢監(jiān)測的建議。發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行由中央監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)塔架健康狀態(tài)的也是由中央監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行綜合顯示和監(jiān)控。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過對多個(gè)傳感器的設(shè)置可以同時(shí)對多個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測；通過多個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的測量，并通過特定的故障判斷程序進(jìn)行計(jì)算與判斷，極大降低了故障報(bào)警的錯(cuò)誤率，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障位置并對其進(jìn)行提前預(yù)警；還可以結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與巡檢監(jiān)測的建議。

附圖說明

圖1為本發(fā)明風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測方法的步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)包括客戶端層1、服務(wù)器層2和數(shù)據(jù)采集層3，客戶端層1與服務(wù)器層2之間通過互聯(lián)網(wǎng)連接，服務(wù)器層2和數(shù)據(jù)采集層3之間通過光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

其中，數(shù)據(jù)采集層3包括傳感器31、數(shù)據(jù)采集終端32與信號(hào)處理裝置33，傳感器31設(shè)于風(fēng)機(jī)塔架上的各個(gè)測量部位，數(shù)據(jù)采集終端32用于 采集傳感器31測得的數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)處理裝置33用于將傳感器31采集的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為測量值并通過光纖傳輸至服務(wù)器層2。

服務(wù)器層2包括SCADA服務(wù)器21、數(shù)據(jù)服務(wù)器22與中央監(jiān)控服務(wù)器23。SCADA服務(wù)器21用于接收與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)采集層3傳輸過來的測量值，并將由數(shù)據(jù)服務(wù)器22生成的風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)與預(yù)警信息反饋至客戶端層1；數(shù)據(jù)服務(wù)器22用于接收并儲(chǔ)存SCADA服務(wù)器21轉(zhuǎn)發(fā)過來的測量值，通過故障的判斷與預(yù)警生成測量結(jié)果與預(yù)警信號(hào)，并進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析生成健風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息，數(shù)據(jù)服務(wù)器22內(nèi)置有分析建議模塊，分析建議模塊可以結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的理論自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與巡檢監(jiān)測的建議；中央監(jiān)控服務(wù)器23用于控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)塔架健康狀態(tài)的綜合顯示和監(jiān)控。

客戶端層1包括若干通過互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器層2連接的客戶端11，客戶端11通過互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)獲得風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息。

作為優(yōu)選的，客戶端11為PC、手機(jī)或其他可用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收并進(jìn)行顯示的數(shù)字移動(dòng)終端。移動(dòng)終端具有便攜性，工程人員可以在任何地方通過使用PC或手機(jī)等數(shù)字移動(dòng)終端對風(fēng)機(jī)塔架進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，不再需要進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地監(jiān)測，出現(xiàn)故障問題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，規(guī)避了重大事故的發(fā)生，同時(shí)降低了監(jiān)測過程的工作量。

本發(fā)明為要解決的技術(shù)問題提供了一種風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，該方法包括以下步驟，

步驟S101 數(shù)據(jù)采集層通過在每個(gè)測量部位均設(shè)至少一個(gè)傳感器，數(shù)據(jù)采集終端對所述傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)化為測量值；

步驟S201 上述的測量值傳輸至服務(wù)器層，將該測量值輸入故障判斷程序，生成測量結(jié)果，如測量結(jié)果不在服務(wù)器層設(shè)定的范圍內(nèi)則發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)；

步驟S301 服務(wù)器層存儲(chǔ)測量值與測量結(jié)果，進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析并生成風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息；

步驟S401 通過互聯(lián)網(wǎng)將健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息實(shí)時(shí)反饋至客戶端層進(jìn)行顯示。

在步驟S101中，測量部位為可通過分別設(shè)置傳感器來測得風(fēng)機(jī)塔架的剛度、傾角、擺動(dòng)頻率、加速度等指標(biāo)的多個(gè)部位。

本實(shí)施例通過在風(fēng)機(jī)塔架的不同檢測部位設(shè)有檢測點(diǎn)，每個(gè)檢測點(diǎn)均設(shè)置有傳感器31，需要檢測的有風(fēng)機(jī)塔架的剛度、傾角、擺動(dòng)頻率、加速度等多個(gè)指標(biāo)。傳感器31測量出對應(yīng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集終端32對數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集，通過信號(hào)處理裝置33將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為測量值并通過光纖傳輸至服務(wù)器層的SCADA服務(wù)器21。SCADA服務(wù)器21將測量值轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)服務(wù)器22中，數(shù)據(jù)服務(wù)器22中內(nèi)置有故障判斷程序，測量值經(jīng)故障判斷程序計(jì)算出測量結(jié)果，如果不在數(shù)據(jù)服務(wù)器22設(shè)定的范圍內(nèi)則發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)，數(shù)據(jù)服務(wù)器22對測量結(jié)果的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析生成健風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息，風(fēng)機(jī)塔架的健康狀態(tài)信息與預(yù)警信息經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)通過SCADA服務(wù)器21傳輸至客戶端層1的各個(gè)客戶端11中進(jìn)行顯示與預(yù)警。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)器22還內(nèi)置有分析建議模塊，可以結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的理論自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與巡檢監(jiān)測的建議。本實(shí)施例的整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行由中央監(jiān)控服務(wù)器23進(jìn)行控制，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)塔架健康狀態(tài)的也是由中央監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行綜合顯示和監(jiān)控。

綜上所述，本發(fā)明的風(fēng)機(jī)塔架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過多個(gè)傳感器的設(shè)置可以同時(shí)對多個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測；通過對多個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的測量，并通過特定的故障判斷程序進(jìn)行計(jì)算與判斷，極大降低了故障報(bào)警的錯(cuò)誤率，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障位置并對其進(jìn)行提前預(yù)警；還可以結(jié)合結(jié)構(gòu)工程理論自動(dòng)地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對應(yīng)生成運(yùn)行維護(hù)與 巡檢監(jiān)測的建議。

以上所述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。