一种风力发电机组叶片净空监测系统的制作方法

本方法属于风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组叶片净空监测系统。

背景技术：

1、目前风力发电机的发展存在叶片长度增加、发电功率增大的趋势。叶片长度的增加意味着叶片形变量的增大，从而导致扫塔风险的增加。因此对叶片净空距离的监测具有防止叶片、塔筒因扫塔造成损伤的重大意义。

2、目前风力发电机叶片净空监测仍存在以下问题：

3、1.在叶尖处布置传感器的方法需要外接电源的方式供电并且需要信号传输线缆，而传感器到采集站的距离较长，线缆铺设难度大，而且叶片形变容易导致线缆发生断裂的情况，导致数据采集困难。

4、2.传统的净空监测系统以变桨控制为主，无法利用长期数据对叶片以及变桨系统的潜在故障进行诊断。

5、3.基于单一阈值的叶片净空距离监测策略无法有效适应不同材料、不同长度的叶片。

技术实现思路

1、本文提出了一种风力发电机组叶片净空监测系统，该系统包含数据采集、数据处理、算法优化三个模块。数据采集模块采用无源无线的方式，可收集环境中的能量为设备运行供电，不需要外接供电线缆和信号传输线缆，解决了设备工作的供电问题，减少了线缆的铺设；数据处理模块可以提取、分析数据的时序特征并进行故障诊断，实现了叶片以及变桨系统潜在故障的诊断；算法优化模块可以提取、分析数据特征，智能优化净空距离监测策略，并反馈给数据采集、数据处理模块，使策略可以满足不同材料、长度叶片需求。

2、本发明的技术方案如图1所示，其包含的数据采集、数据处理、算法优化模块作用如下：

3、数据采集模块包含环境能量获取、环境能量存储、电源能量分配、数据采集、数据存储、数据传输六个子模块。环境能量获取子模块可以从风力发电机叶片的运行环境中获取能量并将其转化为电能输入到环境能量存储子模块中。环境能量存储子模块可以将环境能量获取子模块输出的电能存储，并可输出稳定的电压以供电源能量分配、数据采集、数据存储、数据传输子模块工作。电源能量分配子模块在接收环境能量存储子模块输出的电压后会将电源能量合理分配以满足数据采集、数据存储、数据传输各子模块的能量需求。数据采集子模块在接收到电压后会按照算法优化模块中数据采集参数优化子模块输出的采集参数进行叶片净空距离的数据采集。数据存储子模块在接收到电压后会将数据采集子模块采集的数据进行存储。数据传输子模块在接收到电压后会将数据存储子模块中的数据通过无线传输的方式传输至安装在塔筒内部的无线通讯终端。数据通过风机环网回传至集控中心的数据处理模块。

4、数据处理模块包含净空数据融合、数据预处理、特征提取、大数据分析、阈值判别、故障诊断、结论反馈七个子模块。净空数据融合子模块在接收到数据采集模块传输的数据后会对数据按照风机号以及叶片序号进行分类，对同一风机、同一叶片的数据进行整合，整合后的数据输入到数据预处理子模块中。数据预处理子模块会对输入的数据进行异常值处理，使其满足特征提取的需求，处理后的数据会输入到特征提取子模块。特征提取子模块会提取输入数据的特征，并将数据特征输入到大数据分析子模块与阈值判别子模块。大数据分析子模块会分析数据的时序特征，并将该输入故障诊断子模块。大数据分析子模块也会定期将数据的特征输入到算法优化模块的阈值优化子模块中。故障诊断子模块会根据大数据分析子模块输出的数据时序特征对叶片以及变桨系统的潜在问题进行诊断，并将诊断结论输入至结论反馈子模块中。阈值判别子模块会以算法优化模块中阈值优化子模块输出的结果为阈值，对特征提取子模块输出的数据特征进行判别，并将结论输入至结论反馈模块。结论反馈子模块会整合并显示阈值判别子模块与故障诊断子模块输出的结论，并可将结论反馈至算法优化模块的阈值优化子模块中。

5、算法优化模块包含测试数据集、特征提取、数据采集参数优化、阈值优化四个子模块。测试数据集子模块存储了初始采集的净空数据，该数据会输入到特征提取子模块与阈值优化子模块。数据采集参数优化子模块会根据接收的数据特征优化数据采集参数，并将优化结果输入到数据采集模块的数据采集子模块中。阈值优化子模块会根据接收的数据特征优化阈值，并将优化结果输入到数据处理模块的阈值判别子模块中。在实际的运行过程中，阈值优化子模块会结合数据处理模块中大数据分析子模块输出的数据特征与结论反馈子模块输出的结论，自适应地优化阈值。

技术特征：

1.本方法提出了一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是该系统包含数据采集、数据处理、算法优化三个模块：数据采集模块包含环境能量获取、环境能量存储、电源能量分配、数据采集、数据存储、数据传输六个子模块；数据处理模块包含净空数据融合、数据预处理、特征提取、大数据分析、阈值判别、故障诊断、结论反馈七个子模块；算法优化模块包含测试数据集、特征提取、数据采集参数优化、阈值优化四个子模块。

2.根据根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是数据采集模块采用无源无线的方式进行供电，数据采集模块中环境能量获取子模块输出的电压按照下式建模：

3.根据根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是数据采集模块中电源能量分配按照如下步骤实施：

4.根据根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是数据处理模块中大数据分析子模块按照下式建模：

5.根据根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是算法优化模块中阈值优化子模块按照下式建模：

6.根据根据权利要求1所述的一种风力发电机组叶片净空监测系统，其特征是算法优化模块中数据采集参数优化子模块按照下式建模：

技术总结
本方法属于风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组叶片净空监测系统。该系统包含数据采集、数据处理、算法优化三个模块。数据采集模块采用无源无线的方式，可收集环境中的能量为设备供电，不需要外接供电、信号传输线缆，解决了设备供电、线缆铺设困难的问题；数据处理模块可以提取、分析数据的时序特征并进行故障诊断，实现了叶片以及变桨系统潜在故障的诊断；算法优化模块可以提取、分析数据特征，智能优化净空距离监测策略，并反馈给数据采集、数据处理模块，使策略可以满足不同材料、长度叶片需求。

技术研发人员：庞宇,刘展,郭义山
受保护的技术使用者：北京能高普康测控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17