一种风电机组无线监测及预警系统的制作方法

本发明涉及风电设备监测领域，具体涉及一种风电机组无线监测及预警系统。

背景技术：

目前实际应用中的风电机组状态监测系统大多基于有线通信方式来进行信息采集与传输，随着风电的不断发展，风电场容量不断增加，采用有线通信方式的状态监测存在明显缺陷：(1)对于远离陆地的风电场，可进入性差，有线通信设施布设难度大、构建成本高，不利于状态监测系统的构建；(2)有线通信往往采用传统的“点对多点”的信息传输方式以及集中式的信息处理方式，效率低、实时性差，无法保证状态监测系统的可靠性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种风电机组无线监测及预警系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种风电机组无线监测及预警系统，包括无线监测装置、风电机组监控终端和用户终端，所述的无线监测装置用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控终端；所述的风电机组监控终端对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端通过访问风电机组监控终端获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。

本发明的有益效果为：实现了风电机组状态的无线监测，系统具有布设便捷、监测全面、通信高效等优点，便于在无人值守情况下进行风电机组故障预警和寿命预测，有助于为风电机组的预防性维修提供科学依据，减少故障发生率，从而降低风电机组的维修成本。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个实施例的结构框图；

图2是本发明一个实施例的风电机组监控终端的连接框图。

附图标记：

无线监测装置1、风电机组监控终端2、用户终端3、数据存储模块10、数据分析处理模块20、风电机组健康状态显示模块30、报警模块40。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的一种风电机组无线监测及预警系统，包括无线监测装置1、风电机组监控终端2和用户终端3，所述的无线监测装置1用于采集风电机组状态数据并将采集的风电机组状态数据收集发送至风电机组监控终端2；所述的风电机组监控终端2对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警；所述的用户终端3通过访问风电机组监控终端2获取风电机组状态数据和风电机组的健康状态，并在风电机组状态数据不满足设定的门限要求时执行报警。

其中，所述风电机组状态数据包括位移、加速度、应变、腐蚀度。

在一个实施例中，参见图2，所述风电机组监控终端2包括数据存储模块10、数据分析处理模块20、风电机组健康状态显示模块30和报警模块40，其中数据存储模块10、风电机组健康状态显示模块30和报警模块40皆与数据分析处理模块20通信连接。

在一个实施例中，所述的无线监测装置1包括用于采集风电机组状态数据的无线传感器网络，无线传感器网络包括设定于风电机组监测区域外的基站节点以及部署于设定的风电机组监测区域内的多个传感器节点。

在一个实施例中，所述传感器节点采用刚性机械紧固方式设置在风电机组上，或者通过粘结剂或磁座安装在风电机组上。

本发明上述实施例实现了风电机组状态的无线监测，系统具有布设便捷、监测全面、通信高效等优点，便于在无人值守情况下进行风电机组故障预警和寿命预测，有助于为风电机组的预防性维修提供科学依据，减少故障发生率，从而降低风电机组的维修成本。

在一个实施例中，无线传感器网络在进行网络拓扑构建时，通过分簇从传感器节点中选出多个簇头节点，其中，每个簇头节点用于收集其簇内传感器节点发送的风电机组状态数据，将收集的风电机组状态数据与自身采集的风电机组状态数据进行融合，并将融合后的风电机组状态数据发送至基站节点。

在一个实施例中，所述通过分簇从传感器节点中选出多个簇头节点，具体包括：

每个传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数，各传感器节点计算随机阈值，如果传感器节点生成的随机数小于其计算出的随机阈值，则成为簇头节点：

其中，定义随机阈值的计算公式为：

式中，wi表示传感器节点i计算出的随机阈值，t为传感器节点成为簇头节点的百分数，r为当前轮数，φ为在最近的1/t轮中为当选为簇头节点的传感器节点集合,qi、qi0分别为传感器节点i的当前剩余能量、初始能量，ki为传感器节点i在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，所述的邻居节点为处于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；zi表示传感器节点i的邻居节点集合，kj表示传感器节点i的第j个邻居节点在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，其中设定的标准通信半径其中s为家居环境监测区域面积，n为部署于该家居环境监测区域内的传感器节点个数；

其中，选定的簇头节点通过广播告知其他的传感器节点，其他的传感器节点选择最近的簇头节点加入簇，完成簇的建立。

本实施例提出了一种新的簇头节点选取机制，该机制通过改进随机阈值的计算公式，优化了簇头节点的选取方式，该机制将传感器节点的剩余能量以及周围节点的分布情况考虑到簇头节点的选择阶段中，能够降低低能量的传感器节点被随机选择成为簇头节点的可能性，且使得传感器节点越为密集的区域形成的簇头节点的个数越多，有利于提高簇头节点选择的合理性，并且更好地实现无线传感器网络的能量均衡，降低风电机组状态数据收集的能量消耗。

在一个实施例中，传感器节点定期按照下列公式计算当前时刻自身采集的风电机组状态数据与其位于簇内的邻居节点的风电机组状态数据之间的差异程度，当计算出的差异程度低于设定的阈值时，传感器节点进入休眠状态，并设定一个定时器，在定时器超时后恢复活动状态，从而继续采集和发送风电机组状态数据：

式中，ai表示当前时刻第i个传感器节点采集的风电机组状态数据值，bi表示第i个传感器节点的有效邻居节点集合，其中有效邻居节点为与传感器节点位于同一个簇内且当前时刻已经向簇头节点发送过风电机组状态数据的邻居节点，aj表示所述有效邻居节点集合中第j个有效邻居节点在当前时刻已发送给簇头节点的风电机组状态数据值，表示所述有效邻居节点集合具有的有效邻居节点个数。

本实施例通过将传感器节点采集的风电机组状态数据与其所述簇内的邻居节点采集的风电机组状态数据进行比较，根据数据差异程度的判断对部分传感器节点定时休眠，从而实现部分风电机组状态数据的抑制采集和传送，能够减少非必要风电机组状态数据的采集和传送，从而在一定程度上降低风电机组状态数据向簇头节点进行传输的能耗，有效地提高了传感器节点的能量利用率，较大限度地延长了无线传感器网络的寿命，有助于实现对风电机组状态数据的长期稳定的收集，为实现对风电机组状态的在线监测和分析提供必要数据。

在一个实施例中，设因差异程度低于设定的阈值而进入休眠状态的传感器节点为被抑制节点，簇头节点对风电机组状态数据进行融合处理前，先对被抑制节点的风电机组状态数据进行重构，从而将重构的风电机组状态数据与收集的风电机组状态数据、自身采集的风电机组状态数据一起进行融合处理；

其中，设重构被抑制节点c在w时刻采集的风电机组状态数据值为定义的重构公式为：

式中，bc表示向簇头节点发送风电机组状态数据的传感器节点中，由c的邻居节点构成的邻居节点集合；表示bc中具有的邻居节点个数，ad(t)为bc中第d个邻居节点在w时刻采集的风电机组状态数据值。

本实施例中，簇头节点对风电机组状态数据进行融合处理前，先对被抑制节点的风电机组状态数据进行重构，从而将重构的风电机组状态数据与收集的风电机组状态数据、自身采集的风电机组状态数据一起进行融合处理，避免了风电机组状态数据因为被抑制节点的不发送而缺失，保证了风电机组状态数据收集的精度；其中利用被抑制节点的邻居节点的风电机组状态数据进行被抑制节点的风电机组状态数据的重构，保证了风电机组状态数据重构的精度，为能够实现高精度的风电机组故障预警奠定良好的基础。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。