带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机，包括风机壳、塔筒和若干片风叶，在风机壳的机舱内安装有发电机和齿轮箱，特征是：还包括齿轮箱振动采集模块、发电机振动采集模块、机舱本体振动采集模块、定子侧电流采集模块、信号调理器、工况数据预处理模块、无线通信模块和WIFI接收器。本实用新型具有如下优点：1、能够全面采集海上风力发电机的工况数据，全面的工况数据有利于故障的准确定位。2、最小二乘拟合法是用于消除器件由于误差而导致信号偏离基准点的方法，既能消除线性趋势项又能消除非线性趋势项。3、无线通信模块适用于地形复杂、环境恶劣和组网困难的海上风电场，提供了高速、稳定的通信信道。
【专利说明】带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风力发电机，尤其是涉及一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机。
【背景技术】
[0002]海上风力发电是海上风力资源利用的新形式。在石油资源形势日益严峻的情况下，各国均将眼光从陆域投向了风力资源巨大的海域。我国近几年也正大力发展海上风力发电技术，随着风电机组运行时间的加长，目前这些机组陆续出现了故障，出现故障后进行维修花费了巨大代价。由于定期检修存在巨大的盲目性与风险性，状态检修则是根据设备的运行工况制定检修策略，是有目的的检修。要实现状态检修关键的一步是要能够长期实时的采集到工况数据，尤其是从这些数据中提取出相应的故障征兆，故障诊断系统才能做出准确的诊断。
[0003]海上风力发电机组不但结构复杂，而且设备运行环境恶劣，故障发生率及事故后果均较陆上机组严重，同时故障往往伴随电场、磁场和机械振动的相互耦合，使得故障信号具有背景噪声干扰大、非平稳和非线性的特点，因此，实时采集大量工况数据，对工况数据进行解耦与消噪，并从中提取故障征兆，是进行准确故障诊断的技术关键。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:
[0006]一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机，包括风机壳、塔筒和若干片风叶，在风机壳的机舱内安装有发电机和齿轮箱，发电机轴的右端伸入到齿轮箱的下部，风叶轴的左端伸入到齿轮箱的上部，风叶轴的右端穿过风叶轴承后伸出机舱外并固定在若干片风叶的中间，特征是:还包括齿轮箱振动采集模块、发电机振动采集模块、机舱本体振动采集模块、定子侧电流采集模块、信号调理器、数据采集器、工况数据预处理模块、无线通信模块和11？1接收器，其中:
[0007]齿轮箱振动采集模块由齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器组成，齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直振动加速度传感器分别安装在齿轮箱的壳体水平面与垂直面上，齿轮箱水平振动加速度传感器用来采集齿轮箱运行时振动水平分量，齿轮箱垂直振动加速度传感器用来采集齿轮箱运行时振动垂直分量，齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器分别将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦；
[0008]发电机振动采集模块由发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器、发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器组成，发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器分别安装在发电机的前轴承座的水平面与垂直面上，发电机前水平振动加速度传感器用来采集发电机的前轴承座运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器用来采集发电机的前轴承座运行时振动垂直分量；发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器分别安装在发电机的后轴承座的水平面与垂直面上，发电机后水平振动加速度传感器用来采集发电机的后轴承座运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器用来采集发电机的后轴承座运行时振动垂直分量；发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器、发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦；
[0009]定子侧电流采集模块由三个霍尔电流传感器组成，三个霍尔电流传感器分别安装在发电机的定子的三相绕组出线侧上，定子侧电流采集模块利用三个霍尔电流传感器，将定子的电流信号转换成小电流信号，数据采集器将小电流信号采集后传递给工况数据预处理模块处理，实现对机组的三相输出电流的采集；
[0010]工况数据预处理模块将预处理过的工况数据传输给无线通信模块；
[0011]无线通信模块由无线远距离发送网卡和无线热点组成，无线远距离发送网卡和无线热点均设在机舱内，无线远距离发送网卡和无线热点共同搭建无线网络；
[0012]主控室的服务器通过外置的接收器接入无线网络，接收器设在主控室的楼顶，11？1接收器由无线仙接入器、固定杆和避雷针组成。
[0013]本实用新型还包括机舱本体振动采集模块，机舱本体振动采集模块由一个机舱振动速度传感器组成，机舱振动速度传感器安装在机舱的底部，采集整个机舱包括塔筒的振动，该振动作为齿轮箱和发电机振动的背景噪声，机舱振动速度传感器将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦。
[0014]本实用新型由风机壳、塔筒、若干片风叶、齿轮箱振动采集模块、发电机振动采集模块、定子侧电流采集模块、机舱本体振动采集模块、信号调理器、数据采集器、工况数据预处理模块、无线通信模块和11？1接收器组成，数据采集器将采集的工况数据(上述各传感器输出的模拟信号)进行抗混叠滤波，然后进行仙转换，转换成数字信号再传输给工况数据预处理模块，工况数据预处理模块再将数字信号对应用最小二乘拟合法消除数字信号的趋势项，然后利用五点三次平滑法平滑波形，最后再利用函数进行小波阈值去噪法进行数据的消噪，并存入数据库中，然后将预处理过的工况数据传输给无线通信模块。11？1接收器将接收到的无线通信模块传送来的预处理过的工况数据，传输给主控室的服务器，由服务器进行数据处理。
[0015]本实用新型具有如下优点:
[0016]1、本实用新型能够全面采集海上风力发电机的工况数据，包括齿轮箱和发电机振动、机舱振动和定子电流，并且同时采集振动的水平和垂直分量，全面的工况数据有利于故障的准确定位。此外由于机械振动具有强耦合性，机舱本体的振动会引发齿轮箱和发电机的振动，因此本实用新型采集机舱本体振动作为背景噪声，作为数据解耦的依据消除机舱本体振动对故障的定位。
[0017]2、本实用新型所使用公知的最小二乘拟合法是用于消除器件由于误差而导致信号偏离基准点的方法，既能消除线性趋势项又能消除非线性趋势项。五点三次平滑法能有效消除采集各环节引入的高频干扰。况咖挪“)函数实现工况数据的小波阈值去噪，小波阈值去噪法能够有效的消除信号的高频噪声，同时又能完整的保留信号的非平稳部分，克服了传统频谱分析的不足。
[0018]3、本实用新型的无线通信模块适用于地形复杂、环境恶劣和组网困难的海上风电场，提供了高速、稳定的通信信道。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0020]图2为工况数据采集与预处理的整体流程框图；
[0021]图3是无线通信的流程结构图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
[0023]一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机，包括风机壳1、塔筒2和若干片风叶3，在风机壳1的机舱4内安装有发电机5和齿轮箱7，发电机轴6的右端伸入到齿轮箱7的下部，风叶轴8的左端伸入到齿轮箱7的上部，风叶轴8的右端穿过风叶轴承9后伸出机舱4外并固定在若干片风叶3的中间，在机舱4内安装有还设有齿轮箱振动采集模块、发电机振动采集模块、定子侧电流采集模块、机舱本体振动采集模块、信号调理器、工况数据预处理模块、无线通信模块和11？1接收器，其中:
[0024]齿轮箱振动采集模块由齿轮箱水平振动加速度传感器10和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器11组成，齿轮箱水平振动加速度传感器10和齿轮箱垂直振动加速度传感器11分别安装在齿轮箱7的壳体水平面与垂直面上，齿轮箱水平振动加速度传感器10用来采集齿轮箱7运行时振动水平分量，齿轮箱垂直振动加速度传感器11用来采集齿轮箱7运行时振动垂直分量，齿轮箱水平振动加速度传感器10和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器11分别将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦；
[0025]发电机振动采集模块由发电机前水平振动加速度传感器12和发电机前垂直振动加速度传感器13、发电机后水平振动加速度传感器15和发电机后垂直振动加速度传感器16组成，发电机前水平振动加速度传感器12和发电机前垂直振动加速度传感器13分别安装在发电机5的前轴承座14的水平面与垂直面上，发电机前水平振动加速度传感器12用来采集发电机5的前轴承座14运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器13用来采集发电机5的前轴承座14运行时振动垂直分量；发电机后水平振动加速度传感器15和发电机后垂直振动加速度传感器16分别安装在发电机5的后轴承座17的水平面与垂直面上，发电机后水平振动加速度传感器15用来采集发电机5的后轴承座17运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器16用来采集发电机5的后轴承座17运行时振动垂直分量；发电机前水平振动加速度传感器12和发电机前垂直振动加速度传感器13、发电机后水平振动加速度传感器15和发电机后垂直振动加速度传感器16将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦；
[0026]机舱本体振动采集模块由一个机舱振动速度传感器20组成，机舱振动速度传感器20安装在机舱4的底部，采集整个机舱4包括塔筒2的振动，该振动作为齿轮箱7和发电机5振动的背景噪声，机舱振动速度传感器20将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦。
[0027]定子侧电流采集模块由三个霍尔电流传感器18组成，三个霍尔电流传感器18分别安装在发电机5的定子的三相绕组出线侧19上，定子侧电流采集模块利用三个霍尔电流传感器18，将定子的电流信号转换成小电流信号，数据采集器将小电流信号采集后传递给工况数据预处理模块处理，实现对机组的三相输出电流的采集。
[0028]工况数据预处理模块将预处理过的工况数据传输给无线通信模块；
[0029]无线通信模块由无线远距离发送网卡24和无线热点25组成，无线远距离发送网卡24和无线热点23均设在机舱4内，无线远距离发送网卡24和无线热点23共同搭建无线胃1？1网络。
[0030]主控室的服务器通过外置的11？1接收器25接入无线11？1网络，外置的11？1接收器25设在主控室的楼顶，11？1接收器25由无线八？接入器26、固定杆27和避雷针28组成。
【权利要求】
1.一种带工况数据实时在线采集及预处理装置的海上风力发电机，包括风机壳、塔筒和若干片风叶，在风机壳的机舱内安装有发电机和齿轮箱，发电机轴的右端伸入到齿轮箱的下部，风叶轴的左端伸入到齿轮箱的上部，风叶轴的右端穿过风叶轴承后伸出机舱外并固定在若干片风叶的中间，其特征在于：还包括齿轮箱振动采集模块、发电机振动采集模块、定子侧电流采集模块、信号调理器、数据采集器、工况数据预处理模块、无线通信模块和WIFI接收器，其中： 齿轮箱振动采集模块由齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器组成，齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直振动加速度传感器分别安装在齿轮箱的壳体水平面与垂直面上，齿轮箱水平振动加速度传感器用来采集齿轮箱运行时振动水平分量，齿轮箱垂直振动加速度传感器用来采集齿轮箱运行时振动垂直分量，齿轮箱水平振动加速度传感器和齿轮箱垂直水平振动加速度传感器分别将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦； 发电机振动采集模块由发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器、发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器组成，发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器分别安装在发电机的前轴承座的水平面与垂直面上，发电机前水平振动加速度传感器用来采集发电机的前轴承座运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器用来采集发电机的前轴承座运行时振动垂直分量；发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器分别安装在发电机的后轴承座的水平面与垂直面上，发电机后水平振动加速度传感器用来采集发电机的后轴承座运行时振动水平分量，发电机后垂直振动加速度传感器用来采集发电机的后轴承座运行时振动垂直分量；发电机前水平振动加速度传感器和发电机前垂直振动加速度传感器、发电机后水平振动加速度传感器和发电机后垂直振动加速度传感器将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解耦； 定子侧电流采集模块由三个霍尔电流传感器组成，三个霍尔电流传感器分别安装在发电机的定子的三相绕组出线侧上，定子侧电流采集模块利用三个霍尔电流传感器，将定子的电流信号转换成小电流信号，数据采集器将小电流信号采集后传递给工况数据预处理模块处理，实现对机组的三相输出电流的采集； 工况数据预处理模块将预处理过的工况数据传输给无线通信模块； 无线通信模块由无线远距离发送网卡和无线热点组成，无线远距离发送网卡和无线热点均设在机舱内，无线远距离发送网卡和无线热点共同搭建无线WIFI网络； 主控室的服务器通过外置的WIFI接收器接入无线WIFI网络，WIFI接收器设在主控室的楼顶，WIFI接收器由无线AP接入器、固定杆和避雷针组成。
2.根据权利要求I所述的海上风力发电机，其特征在于：还包括机舱本体振动采集模块，机舱本体振动采集模块由一个机舱振动速度传感器组成，机舱振动速度传感器安装在机舱的底部，采集整个机舱包括塔筒的振动，该振动作为齿轮箱和发电机振动的背景噪声，机舱振动速度传感器将振动信号根据加速度的大小变换为成比例的电荷，信号调理器再将电荷转换成电压信号，数据采集器将电压信号采集后传递给工况数据预处理模块进行解O
【文档编号】F03D9/00GK204253291SQ201420727157
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】张祥罗, 刘芸, 曾庆汇, 刘凯杰, 廖文, 汪游胤, 刘超, 黄忠民, 蔡礼 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力公司南昌供电分公司