风力发电机组的状态监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电领域，具体地，涉及一种风力发电机组的状态监测系统。


背景技术：

2.近年来，随着风力发电的装机容量不断增加，风力发电行业由盲目增加装机容量向提质增效、标准化以及智能化方向转移。对于投运时间早的风电场，由于叶片长度的设计及制造水平限制、粗放式控制策略限制等，风电机组的发电效率达不到风场实际风能条件下对风能的捕获效率，降低了风电机组的最佳发电效率。由于技术落后、发电效率低下以及维护供应链不足和成本高，导致风电场经营劣化。风电场迫切希望通过技术改造来提升风场发电量。


技术实现要素：

3.为了应对风力发电场的运行环境和运行参数要求差异化的技术改造需求，本实用新型提出独立的用于风电机组健康预警控制管理的状态监测系统。本实用新型的一方面在于提供一种满足风电机组的技术改造需求的风力发电机组的状态监测系统。
4.根据本实用新型的一方面，一种风力发电机组的状态监测系统包括信号采集单元和信号处理单元，所述信号采集单元包括设置于所述风力发电机组的技术改造装置处的传感器，所述信号处理单元与所述信号采集单元通信连接，并且与所述风力发电机组的主控制器或者风电场的主控制器通信连接。
5.所述信号处理单元包括设置在所述风力发电机组的塔底处的塔底控制器，所述塔底控制器与所述风力发电机组的主控制器或者风电场的主控制器通过有线网络或者无线网络连接。
6.所述技术改造装置包括设置在塔筒内的除湿机，并且所述信号采集单元包括设置在所述除湿机附近的温度和湿度传感器，所述温度和湿度传感器与所述塔底控制器通过有线网络连接。
7.所述技术改造装置包括高位水箱，并且所述信号采集单元包括设置在高位水箱中的液位传感器，所述液位传感器与所述塔底控制器通过有线网络连接。
8.所述信号处理单元还包括设置在风力发电机机舱处的机舱控制器，所述机舱控制器与所述塔底控制器通过无线网络连接。
9.所述机舱控制器包括偏航信息接口、发电机闸体状态信息接口和扭缆角度信息接口，其中，所述偏航信息接口、所述发电机闸体状态信息接口和所述扭缆角度信息接口分别通信连接到所述信号采集单元。
10.所述信号处理单元还包括设置在所述风力发电机组的轮毂处的轮毂控制器，所述轮毂控制器与所述机舱控制器通过有线网络连接。
11.所述轮毂控制器包括变桨电机电流信息接口和轮毂温度信息接口，其中，所述变桨电机电流信息接口和所述轮毂温度信息接口分别通信连接到所述信息采集单元。
12.所述状态监测系统还包括人机交互接口和连接在所述信号处理系统和所述风力发电机组的主控制器之间的数据总线。
13.所述状态监测系统还包括报警单元，所述报警单元通信连接到所述信号处理单元。
14.所述状态监测系统可实现针对技术改造装置的状态信息进行实时检测并且提前发出故障预警，提高旧型号的风电机组的发电效率和整个风电场的发电效率。
附图说明
15.通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本实用新型的以上和其他方面、特征和优点，其中：
16.图1是目前用于风电机组的技术改造的系统框图。
17.图2是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的框图。
18.图3是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的详细结构框图。
19.图4是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的塔底系统框图。
20.图5是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的机舱系统框图。
21.图6是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的轮毂系统框图。
具体实施方式
22.在下文中，将参照附图详细描述本实用新型的示例性实施例，在附图中相同或相应的组件使用相同的参考标号来呈现，并且省略冗余的解释。本实用新型可以以许多不同的形式举例说明，并且不应解释为限于在此阐述的具体实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本实用新型将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本实用新型的范围。
23.运行旧型号风电机组的风电场以降低运营维护成本和提高运营水平为主要改造需求，但目前用于旧型号风电机组的技术改造的系统结构中，新增的各个技术改造装置均处于独立运行状态，与原有的风电机组的信号和控制耦合程度低。然而，各个风力发电场的运行环境和运行参数要求各不相同，为了应对风力发电场的运行环境和运行参数要求差异化的多种技术改造需求，本实用新型提出独立的用于风电机组健康预警控制管理的状态监测系统。
24.技术术语定义
25.ai：analog input，模拟量输入；
26.di：digital input，数字量输入；
27.do：digital output，数字量输出；
28.dp：decentralized peripherals，dp通信是一种高速、低成本、用于设备级控制系统与分散式i/o的通信协议，全称是profibus—dp；
29.pt100：铂热电阻，可作为温度传感器。
30.图1是目前用于风电机组的技术改造的系统框图。
31.参照图1，为应对早期配置不完善的旧型号风电机组10的技术改造需求，新增了诸如除湿机11、高位水箱12及其他技术改造装置13等。但新增的除湿机故障预警信号、高位水
箱液位状态信号等与原有的风电机组之间相互独立运行而没有数据通信，也并未接入现有的场站主控制器14，因而当发生故障时不能提前检测导致停机时间较长，给风力发电场带来经济损失。
32.图2是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的框图。
33.参照图2，根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统可包括信号采集单元100和信号处理单元200，信号采集单元100包括设置于风力发电机组的技术改造装置处的传感器300，信号处理单元200与信号采集单元100 通信连接，并且与风力发电机组的主控制器(未示出)或者风电场的主控制器400通信连接。
34.根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统可针对技术改造装置的状态信息进行实时检测并且提前发出故障预警，提高旧型号的风电机组的发电效率和整个风电场的发电效率。
35.图3是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的详细结构框图。
36.参照图3，信号处理单元200可包括设置在风力发电机组的塔底处的塔底控制器310，塔底控制器310与风力发电机组的主控制器(未示出)或者风电场的主控制器400通过有线网络或者无线网络连接。
37.图4是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的塔底系统框图。
38.参照图4，技术改造装置可包括设置在塔筒内的除湿机311，并且信号采集单元100包括设置在除湿机311附近的温度和湿度传感器312，温度和湿度传感器312与塔底控制器310通过有线网络连接。
39.技术改造装置还可包括高位水箱313，并且信号采集单元100包括设置在高位水箱313中的液位传感器314，液位传感器314与塔底控制器310通过有线网络连接。
40.具体地，塔底系统部分可兼容除湿机改造装置。替代现有除湿机改造方案中的环境控制器hec3200与除湿器dac-10的独立组合，根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的塔底系统直接将除湿机的控制权交给塔底控制器。塔底系统部分还可兼容高位水箱改造装置。针对现有高位水箱液位的状态未能有效接入到主控并仅发出不联动的报警信号，根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的塔底系统将该报警信号接入到塔底控制器310，以状态信号的形式传递给主控制器。塔底系统部分还可兼容通信功能，接收机舱控制器320的信息，并且可通过以太网接入环网向中控传递信息，现场运维人员可通过hmi查看系统的运行数据。同时，塔底系统可预留与主控通信的接口。塔底系统部分可预留扩展属性。例如，塔底控制器310可预留7 通道do接口、6通道di接口、2通道ai接口(0～10v/4～20ma可选)、4 通道测温接口，以用于图3中示出的塔底其他改造装置。此外，塔底系统部分还可通过485总线的形式增加接口。
41.塔底控制器可通过两通道ai(模拟量输入)接口、1通道di(数字量输入)接口、1通道do(数字量输出)接口连接到温度和湿度传感器312，以采集变流柜内温度和湿度，并通过启停控制di和状态反馈do接口控制除湿机工作。塔底控制器可通过1通道di接口连接到液位传感器314，并通过状态反馈do接口采集高位水箱液位状态信息。塔底控制器310可预留人机交互接口与profibus dp总线接口，通过dp总线接口与风电机组的主控制器进行通信，并且塔底控制器310还可预留例如2通道ai接口、6通道di接口、 4通道pt100接口、7通道do接口以便于后续功能扩展。
42.图5是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的机舱系统框图。
43.参照图5，机舱系统部分可包括机舱控制器320。机舱控制器320可采集机舱扭缆角度，计算偏航次数，监测发电机刹车闸体状态并检测液压站系统压力和液压油位。
44.具体地，信号处理单元200还可包括设置在风力发电机机舱处的机舱控制器320，机舱控制器320与塔底控制器310可通过无线网络连接，例如，通过wifi通信连接。塔底控制器310还可通过光纤通信方式与机舱控制器 320进行通信。
45.机舱控制器320包括偏航信息接口321、发电机闸体状态信息接口322 和扭缆角度信息接口323，其中，偏航信息接口321、发电机闸体状态信息接口322和扭缆角度信息接口323分别通信连接到信号采集单元100。
46.机舱控制器320可通过1通道ai接口(例如，扭缆角度信息接口323 中的扭缆角度信号ao接口)采集扭缆角度，通过2通道di接口(例如，偏航信息接口321中的左偏航信号do和右偏航信号do接口)计算偏航次数，通过3通道di接口(例如，发电机闸体状态信息接口322中的叶轮锁反馈1 信号do、叶轮锁反馈2信号do、发电机闸体控制信号do和/或发电机闸体温度检测pt100接口)监测发电机闸体状态。机舱控制器320可通过光纤与塔底控制器进行信息传递，并且可预留例如2通道ai接口、3通道di接口、 8通道do接口、4通道pt100接口以便于后续功能扩展，例如用于图3中示出的液压站信息检测装置(例如，通过液压油位ao和液压压力ao接口检测液压站的油位)和机舱其他改造装置的扩展。
47.图6是根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统的轮毂系统框图。
48.参照图6，轮毂系统部分可包括轮毂控制器330。轮毂控制器330可通过 can通信采集变桨电机电流，并可采集轮毂温度并分析轮毂温度以及时预警，机舱控制器330可通过wifi与轮毂控制器相连接。
49.信号处理单元200还可包括设置在风力发电机组的轮毂处的轮毂控制器330，轮毂控制器330与机舱控制器320可通过有线网络连接。机舱控制器 320还可通过wifi与轮毂控制器330通信连接。
50.轮毂控制器330可包括变桨电机电流信息接口331和轮毂温度信息接口 332。变桨电机电流信息接口331和轮毂温度信息接口332可分别通信连接到信号采集单元100。
51.轮毂控制器330可通过变桨电机电流信息接口331中的变桨柜1电流 can通信、变桨柜2电流can通信和变桨柜3电流can通信接口采集三个变桨电机电流，通过轮毂温度信息接口332连接到pt100热电阻温度传感器以采集轮毂温度。轮毂控制器330可通过can通信与机舱控制器320通信，轮毂控制器330可预留1通道ai接口、3通道di接口、8通道do接口和4 通道pt100接口以便于后续功能扩展，例如，用于图3中示出的轮毂其他改造装置的扩展。
52.根据示例的塔底控制器310、机舱控制器320和轮毂控制器330的io规格可相同，仅通信接口配置不同。因此，根据示例的用于风力发电机组的状态监测系统可通过通用控制器规格实现通用配置，并且可针对不同型号的风电机组实现通用化连接。各控制器的接口配置示例如下：
53.塔底控制器：供电：18-36vdc；24v数字量输入：8通道；24v数字量输出：8通道；模拟量输入：4通道(0-20ma,0-10v可自由配置)；pt100通道：4通道；485通信：支持；光纤通信：支持；以太网通信：支持；dp通信：支持。
54.机舱控制器：供电：18-36vdc；24v数字量输入：8通道；
55.24v数字量输出：8通道；模拟量输入：4通道(0-20ma,0-10v可自由配置)；pt100通道：4通道；485通信：支持；光纤通信：支持；wifi：支持。
56.轮毂控制器：供电：18-36vdc；24v数字量输入：8通道；24v数字量输出：8通道；模拟量输入：4通道(0-20ma,0-10v可自由配置)；pt100通道：4通道；485通信：支持；can：支持；wifi：支持。
57.根据示例的风力发电机组的状态监测系统还可包括人机交互接口和连接在信号处理系统和风力发电机组的主控制器之间的数据总线。
58.根据示例的风力发电机组的状态监测系统可独立于中央监控系统运行，并且还包括报警单元，报警单元可通信连接到信号处理单元。
59.根据示例的风力发电机组的状态监测系统可兼容现有风电机组的技术改造，例如，高位水箱改造和除湿机改造。根据示例的风力发电机组的状态监测系统可满足风电场的定制化改造需求，例如，采集变桨电机电流、轮毂温度和扭缆角度信息，并且统计偏航动作次数并且监测发电机刹车闸状态。根据示例的风力发电机组的状态监测系统可与主控制器相互独立运行，并且可具备报警功能。根据示例的风力发电机组的状态监测系统可通过以太网通信直接接入环网，并且可与主控制器通信。根据示例的风力发电机组的状态监测系统可具备裁剪和扩展功能，能够快速应对不同需求，便于改造项目管理以及标准化推广。
60.以上对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已示出和描述了一些实施例，但本领域技术人员应理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行修改和变型，这些修改和变型也应在本实用新型的权利要求的保护范围内。