CN110863957A - 一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法，属于风电机组逻辑设计领域。本发明包括用于检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号的幅值振动测点群、用于检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号的加速度振动测点群、振动检测采集仪、数据分析服务器、通信线缆和交流电源，其结构特点在于：所述幅值振动测点群和加速度振动测点群均与振动检测采集仪连接，所述振动检测采集仪与通信线缆的一端连接，所述通信线缆的另一端与数据分析服务器连接，所述数据分析服务器与交流电源连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法，属于风电机组逻辑设计领域。
背景技术
近年来，全球可再生能源利用年增长率达到25%．可再生能源的利用将以电力行业为主导，非水力可再生能源的发电比例将扩大两倍。据统计，2030年可再生能源的消费将超过22亿t油当量。风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容量的绝大部分。
风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。
设备复杂的风电机组快速发展的同时，风电机组的监控确还处在开发阶段。
风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
1、塔座控制站
塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
2、机舱控制站
机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
3、变桨距系统
大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制，其是主控制器的执行单元，采用CANOPEN与主控制器进行通讯，以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护，保证在危急工况下紧急停机。
4、变流器系统
大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换，变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯，实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。
5、现场触摸屏站
现场触摸屏站是机组监控的就地操作站，实现风力机组的就地参数设置、设备调试、维护等功能，是机组控制系统的现场上位机操作员站。
6、以太网交换机（HUB）
系统采用工业级以太网交换机，以实现单台机组的控制器、现场触摸屏和远端控制中心网络的连接。现场机柜内采用普通双绞线连接，和远程控制室上位机采用光缆连接。
7、现场通讯网络
主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口，可根据项目的实际需求进行配置。
8、UPS电源
UPS电源用于保证系统在外部电源断电的情况下，机组控制系统、危急保护系统以及相关执行单元的供电。
风力发电机组控制系统的安全可靠性，不仅关系到风力发电机组能否正常发电，甚至影响到风电场长期安全可靠运行。大型风力发电机组通过控制系统的安全设计，采取必要的手段，尽量提高控制系统的可靠性，使系统尽量不出故障或少出故障，并在故障出现后以最快的速度修复系统，使之恢复正常工作。
风电机组设备庞大、结构复杂、安全隐患繁多，并且安全隐患原因多种多样，近年来多次发生因为风电机组故障造成的风电机组非计划停运甚至倒塔等事故，因此急需一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及逻辑设计方法来保护风电机组，实现在设备故障发展过程中，提前判断故障时域趋势，提前安排检修。
目前还没有针对一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法开展相关研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，包括用于检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号的幅值振动测点群、用于检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号的加速度振动测点群、振动检测采集仪、数据分析服务器、通信线缆和交流电源，其结构特点在于：所述幅值振动测点群和加速度振动测点群均与振动检测采集仪连接，所述振动检测采集仪与通信线缆的一端连接，所述通信线缆的另一端与数据分析服务器连接，所述数据分析服务器与交流电源连接。
进一步地，所述幅值振动测点群和加速度振动测点群均位于振动检测采集仪的前方。
进一步地，所述振动检测采集仪用于在风电机组运行时检测风电机组的振动，数据输入数据分析服务器。
进一步地，所述数据分析服务器布局在风电机组机舱控制柜内，用于判断风电机组是否故障以及故障发展速度，判断提前安排检修的时间。
进一步地，所述幅值振动测点群、加速度振动测点群、振动检测采集仪、数据分析服务器通过通信线缆与交流电源连接。
进一步地，所述通信线缆为软接线、硬接线的两种接线冗余设计，使得保护更加可靠。
进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法，其特点在于：所述设计方法如下：
1）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号；
2）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
3）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号；
4）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）幅值振动测点群和加速度振动测点群通过振动检测采集仪采集数据，振动检测采集仪采集的数据输入数据分析服务器；
6）数据分析服务器根据风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度的时域波形，判断风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度发展至高一值的时间；
7）结合风电场的负荷曲线，安排检修时间段。
进一步地，所述6）中，继续运行危及风电机组安全的定值。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
1、结构完善、系统紧凑，实用性强，适合风电行业使用，具备可操作性，实践证明是一种很好的方法。
2、具备科学性，能满足危及情况时保护风电机组的要求。
3、具有灵敏度高、计算速度快、结果直观形象等优点。
4、可操作性强，在考虑科学性的基础上，指标有理有据，原始数据方便获取，具备可操作性。
5、可比性强。
6、向导性强，量化统计，可以为科学研究提供数据。
7、具有广泛适用性。
附图说明
图1是本发明实施例的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的连接关系示意图。
图中：幅值振动测点群1、加速度振动测点群2、振动检测采集仪3、数据分析服务器4、通信线缆5、交流电源6。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例中的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，包括用于检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号的幅值振动测点群（1）、用于检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号的加速度振动测点群（2）、振动检测采集仪（3）、数据分析服务器（4）、通信线缆（5）和交流电源（6），所述幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）均与振动检测采集仪（3）连接，所述振动检测采集仪（3）与通信线缆（5）的一端连接，所述通信线缆（5）的另一端与数据分析服务器（4）连接，所述数据分析服务器（4）与交流电源（6）连接。
本实施例中的所述幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）均位于振动检测采集仪（3）的前方。
本实施例中的所述振动检测采集仪（3）用于在风电机组运行时检测风电机组的振动，数据输入数据分析服务器（4）。
本实施例中的所述数据分析服务器（4）布局在风电机组机舱控制柜内，用于判断风电机组是否故障以及故障发展速度，判断提前安排检修的时间。
本实施例中的所述幅值振动测点群（1）、加速度振动测点群（2）、振动检测采集仪（3）、数据分析服务器（4）通过通信线缆（5）与交流电源（6）连接。
本实施例中的所述通信线缆（5）为软接线、硬接线的两种接线冗余设计，使得保护更加可靠。
本实施例中的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法，如下：
1）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号；
2）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
3）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号；
4）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）通过振动检测采集仪（3）采集数据，振动检测采集仪（3）采集的数据输入数据分析服务器（4）；
6）数据分析服务器（4）根据风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度的时域波形，判断风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度发展至高一值的时间；
7）结合风电场的负荷曲线，安排检修时间段。
8、根据权利要求7所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法，其特征在于：所述6）中，继续运行危及风电机组安全的定值。
当风电机组运行时，风电机组发生故障，控制系统无法控制风电机组运行在正常范围内时，为防止损害风电机组，风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置及设计方法预判故障发展时域趋势，提前安排检修，避免事故的扩大。
监视风电机组主要部件的振动幅值和振动加速度参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统将提供如下功能：
1）风电机组的各个主要部件振动幅值超过限制值，报警。
2）风电机组的各个主要部件振动加速度超过限制值，报警。
3)根据风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度的时域波形，判断风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度发展至高一值（继续运行危及风电机组安全的定值）的时间，结合风电场的负荷曲线，安排检修时间段。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，包括用于检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号的幅值振动测点群（1）、用于检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号的加速度振动测点群（2）、振动检测采集仪（3）、数据分析服务器（4）、通信线缆（5）和交流电源（6），其特征在于：所述幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）均与振动检测采集仪（3）连接，所述振动检测采集仪（3）与通信线缆（5）的一端连接，所述通信线缆（5）的另一端与数据分析服务器（4）连接，所述数据分析服务器（4）与交流电源（6）连接。
2.根据权利要求1所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，其特征在于：所述幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）均位于振动检测采集仪（3）的前方。
3.根据权利要求1所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，其特征在于：所述振动检测采集仪（3）用于在风电机组运行时检测风电机组的振动，数据输入数据分析服务器（4）。
4.根据权利要求1所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，其特征在于：所述数据分析服务器（4）布局在风电机组机舱控制柜内，用于判断风电机组是否故障以及故障发展速度，判断提前安排检修的时间。
5.根据权利要求1所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，其特征在于：所述幅值振动测点群（1）、加速度振动测点群（2）、振动检测采集仪（3）、数据分析服务器（4）通过通信线缆（5）与交流电源（6）连接。
6.根据权利要求1所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置，其特征在于：所述通信线缆（5）为软接线、硬接线的两种接线冗余设计，使得保护更加可靠。
7.一种基于权利1-6中任意一项权利要求所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法，其特征在于：所述设计方法如下：
1）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号；
2）检测风电机组的各个主要部件振动幅值信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
3）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号；
4）检测风电机组的各个主要部件振动加速度信号中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）幅值振动测点群（1）和加速度振动测点群（2）通过振动检测采集仪（3）采集数据，振动检测采集仪（3）采集的数据输入数据分析服务器（4）；
6）数据分析服务器（4）根据风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度的时域波形，判断风电机组的各个主要部件振动幅值和振动加速度发展至高一值的时间；
7）结合风电场的负荷曲线，安排检修时间段。
8.根据权利要求7所述的风电机组预测检修周期避免机组非计划停运装置的设计方法，其特征在于：所述6）中，继续运行危及风电机组安全的定值。
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