基于数据分析的风力发电机故障预警系统技术方案

本发明专利技术公开了基于数据分析的风力发电机故障预警系统，属于风力发电领域，用于解决风力发电机故障预警没有结合所在地的环境因素以及实时运行数据的问题，包括维护监管模块、运行分析模块、预警分析模块、环境监测模块、模型建立模块，模型建立模块用于构建不同型号风力发电机的故障预警模型，运行分析模块用于对不同型号风力发电机的运行数据进行分析，环境监测模块用于对不同型号风力发电机所在地的环境数据进行监测，预警分析模块用于对风力发电机的故障预警情况进行分析，本发明专利技术结合风力发电机所在地的环境因素以及风力发电机的实时运行数据，以提升风力发电机故障预警的全面性和准确性。性和准确性。性和准确性。

Wind turbine fault early warning system based on data analysis

【技术实现步骤摘要】
基于数据分析的风力发电机故障预警系统


[0001]本专利技术属于风力发电领域，涉及故障预警技术，具体是基于数据分析的风力发电机故障预警系统。

技术介绍

[0002]风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备，风力发电机一般有风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成，风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电，广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机；
[0003]但在现有技术中，对于风力发电机的故障预警判定仅限于数据比对，故障预警存在局限性和缺乏准确性，没有结合风力发电机所在地的环境因素以及风力发电机的实时运行数据；
[0004]为此，我们提出基于数据分析的风力发电机故障预警系统。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供基于数据分析的风力发电机故障预警系统。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题为：故障预警如何结合风力发电机所在地的环境因素以及风力发电机的实时运行数据。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]基于数据分析的风力发电机故障预警系统，包括数据采集模块、维护监管模块、警报终端、运行分析模块、预警分析模块、环境监测模块、大数据模块、模型建立模块以及服务器，所述服务器通信连接有警报终端，所述数据采集模块用于采集风力发电机的型号、实时环境数据和实时运行数据，并将型号、实时环境数据和实时运行数据发送至服务器，所述服务器将实时环境数据发送至环境监测模块，所述服务器将实时运行数据发送至运行分析模块；
[0009]所述模型建立模块连接有大数据模块，大数据模块用于获取不同型号风力发电机的标准运行数据并发送至模型建立模块，所述模型建立模块用于构建不同型号风力发电机的故障预警模型，所述模型建立模块将不同型号风力发电机的故障预警模型反馈至服务器；所述运行分析模块用于对不同型号风力发电机的运行数据进行分析，分析得到故障信号或风力发电机在工作期间的运行温差值WCu反馈至服务器；
[0010]若服务器接收到故障信号，则生成故障指令加载至警报终端，若服务器接收到风力发电机在工作期间的运行温差值WCu，则将风力发电机在工作期间的运行温差值WCu发送至预警分析模块；所述环境监测模块用于对不同型号风力发电机所在地的环境数据进行监测，监测得到风力发电机所在地对于风力发电机的环境影响值HYu反馈至服务器，所述服务
器将环境影响值发送至预警分析模块；
[0011]所述预警分析模块用于对风力发电机的故障预警情况进行分析，分析得到风力发电机的预警等级并反馈至服务器，服务器依据预警等级生成相应的指令。
[0012]进一步地，实时环境数据为风力发电机所在地的实时风力值、实时灰尘值、实时温度值和实时湿度值；
[0013]实时运行数据为风力发电机的实时温度值、实时输出功率、实时风速值、实时电流值和实时电压值；
[0014]标准运行数据包括不同型号风力发电机的标准温度值、标准输出功率、标准风速值、标准电流值和标准电压值。
[0015]进一步地，所述运行分析模块的分析过程具体如下：
[0016]步骤一：将风力发电机标记为u，u＝1，2，
……
，z，z为正整数；设定风力发电机的运行分析时段，运行分析时段包括若干个时间点Tt，t＝1，2，
……
，x，x为正整数，t代表时间点的编号；
[0017]步骤二：获取在若干个时间点时风力发电机对应的实时温度值，并将实时温度值标记为DWDuTt；
[0018]步骤三：将若干个时间点时的实时温度值代入风力发电机对应的故障预警模型，得到在不同时间点时风力发电机的时间点温差值DWCuTt，若任意时间点的时间点温度差超过设定阈值，则生成故障信号，若时间点的时间点温度差均不超过设定阈值，则进入下一步骤；
[0019]步骤四：不同时间点时风力发电机的时间点温度差相加求和取平均值，得到风力发电机在运行分析时段内的时段温差值SWC1u；
[0020]步骤五：同理，再次为风力发电机设定相同时长的另一运行分析时段，按照步骤二～步骤四得到风力发电机在另一运行分析时段内的时段温差值SWC2u；
[0021]步骤六：在不同运行分析时段内的时段温差值相加求和取平均值，得到风力发电机在工作期间的运行温差值WCu。
[0022]进一步地，再次设定的运行分析时段与一开始设定的运行分析时段需要时长一致，且两个运行分析时段不可交叉上。
[0023]进一步地，所述环境监测模块的监测步骤具体如下：
[0024]步骤S1：以风力发电机为圆点设定预设半径建立环境影响区域，在环境影响区域内设定若干个环境监测点Jui，i＝1，2，
……
，v，v为正整数，i为环境监测点的编号；
[0025]步骤S2：获取环境影响区域内环境监测点采集到的实时温度值WDJui和实时湿度值SDJui，计算均值后得到环境影响区域的温度均值JWDu和湿度均值JSDu；
[0026]步骤S3：通过公式HX1u＝(JWDu
×
a1)/(JSDu
×
a2)计算得到风力发电机所在地对于风力发电机的第一环境影响系数HX1u；式中，a1和a2均为固定数值的比例系数，且a1和a2的取值均大于零；
[0027]步骤S4：获取环境影响区域内环境监测点采集到的实时风力值FLJui和实时灰尘值HCJui，计算均值后得到环境影响区域的风力均值JFLu和灰尘均值JHCu；
[0028]步骤S5：通过公式计算得到风力发电机所在地对于
风力发电机的第二环境影响系数HX2u；式中，a3和a4均为固定数值的比例系数，且a3和a4的取值均大于零，e为自然常数；
[0029]步骤S6：将第一环境影响系数HX1u和第二环境影响系数HX2u代入计算式HYu＝HX1u
×
a5+HX2u
×
a6计算得到风力发电机所在地对于风力发电机的环境影响值HYu；式中，a5和a6均为固定数值的权重系数，且a5和a6的取值均大于零。
[0030]进一步地，所述预警分析模块用于对风力发电机的故障预警情况进行分析，分析过程具体如下：
[0031]步骤SS1：获取上述计算得到的风力发电机在工作期间的运行温差值WCu以及风力发电机所在地对于风力发电机的环境影响值HYu；
[0032]步骤SS2：通过公式计算得到风力发电机的预警值YJu；式中，α和β均为固定数值的权重系数，且α和β的取值均大于零；
[0033]步骤SS3：若YJu＜X1，则风力发电机的预警等级为第三预警等级；
[0034]步骤SS4：若X1≤YJu＜X2，则风力发电机的预警等级为第二预警等级；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数据分析的风力发电机故障预警系统，其特征在于，包括数据采集模块、维护监管模块、警报终端、运行分析模块、预警分析模块、环境监测模块、大数据模块、模型建立模块以及服务器，所述服务器通信连接有警报终端，所述数据采集模块用于采集风力发电机的型号、实时环境数据和实时运行数据，并将型号、实时环境数据和实时运行数据发送至服务器，所述服务器将实时环境数据发送至环境监测模块，所述服务器将实时运行数据发送至运行分析模块；所述模型建立模块连接有大数据模块，大数据模块用于获取不同型号风力发电机的标准运行数据并发送至模型建立模块，所述模型建立模块用于构建不同型号风力发电机的故障预警模型，所述模型建立模块将不同型号风力发电机的故障预警模型反馈至服务器；所述运行分析模块用于对不同型号风力发电机的运行数据进行分析，分析得到故障信号或风力发电机在工作期间的运行温差值WCu反馈至服务器；若服务器接收到故障信号，则生成故障指令加载至警报终端，若服务器接收到风力发电机在工作期间的运行温差值WCu，则将风力发电机在工作期间的运行温差值WCu发送至预警分析模块；所述环境监测模块用于对不同型号风力发电机所在地的环境数据进行监测，监测得到风力发电机所在地对于风力发电机的环境影响值HYu反馈至服务器，所述服务器将环境影响值发送至预警分析模块；所述预警分析模块用于对风力发电机的故障预警情况进行分析，分析得到风力发电机的预警等级并反馈至服务器，服务器依据预警等级生成相应的指令。2.根据权利要求1所述的基于数据分析的风力发电机故障预警系统，其特征在于，实时环境数据为风力发电机所在地的实时风力值、实时灰尘值、实时温度值和实时湿度值；实时运行数据为风力发电机的实时温度值、实时输出功率、实时风速值、实时电流值和实时电压值；标准运行数据包括不同型号风力发电机的标准温度值、标准输出功率、标准风速值、标准电流值和标准电压值。3.根据权利要求2所述的基于数据分析的风力发电机故障预警系统，其特征在于，所述运行分析模块的分析过程具体如下：步骤一：将风力发电机标记为u，u＝1，2，
……
，z，z为正整数；设定风力发电机的运行分析时段，运行分析时段包括若干个时间点Tt，t＝1，2，
……
，x，x为正整数，t代表时间点的编号；步骤二：获取在若干个时间点时风力发电机对应的实时温度值，并将实时温度值标记为DWDuTt；步骤三：将若干个时间点时的实时温度值代入风力发电机对应的故障预警模型，得到在不同时间点时风力发电机的时间点温差值DWCuTt，若任意时间点的时间点温度差超过设定阈值，则生成故障信号，若时间点的时间点温度差均不超过设定阈值，则进入下一步骤；步骤四：不同时间点时风力发电机的时间点温度差相加求和取平均值，得到风力发电机在运行分析时段内的时段温差值SWC1u；步骤五：同理，再次为风力发电机设定相同时长的另一运行分析时段，按照步骤二～步骤四得到风力发电机在另一运行分析时段内的时段温差值SWC2u；步骤六：在不同运行分析时段内的时段温差值相加求和取平均值，得到风力发电机在
工作期间的运行温差值WCu。4.根据权利要求3所述的基于数据分析的风力发电机故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘豪，柏春岚，刘顿，殷孝雎，牛姿懿，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：