基于數(shù)據(jù)融合的大型風(fēng)電機(jī)組故障診斷方法

風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境復(fù)雜，工況非常惡劣，機(jī)組發(fā)生故障的概率大，這給大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來極大挑戰(zhàn)。本項目以大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈故障為研究對象，研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪、傳動鏈和電氣部件常見故障的傳播機(jī)理，確定風(fēng)電機(jī)組故障特征提取方案，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究的分析理論體系；開發(fā)了一款振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器，通過光纖通訊方式上傳至云服務(wù)臺，在云服務(wù)臺實現(xiàn)基于上傳的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)機(jī)故障在線診斷的功能；開發(fā)出一套具有商業(yè)應(yīng)用前景和具備市場競爭力的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本項目研究無論在學(xué)術(shù)層面還是在工程層面都是一個前沿的、有價值的課題，對提高我國風(fēng)電系統(tǒng)的理論研究與現(xiàn)場運(yùn)行水平，實現(xiàn)風(fēng)電技術(shù)自主化具有重大意義。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,長期運(yùn)行在惡略的工作環(huán)境下，由于缺乏有效的故障診斷方法，多種常見故障無法提早預(yù)警，導(dǎo)致故障停機(jī)時間較長，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本項目通過分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常見故障傳播機(jī)理，從時間和空間多維度出發(fā)，從多個數(shù)據(jù)源中提取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障特征；研究和建立表征風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常見故障的故障特征最小集；建立描述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體特性的故障分析模型；分析研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障過程的動態(tài)特性，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在各種運(yùn)行模式下機(jī)械與電氣等部件綜合因素對風(fēng)電機(jī)組故障特征量的影響；采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行基于D-S證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合，以最少維數(shù)的故障特征量完全表征某一類常見故障，建立風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)識別、故障預(yù)測、故障排除的完整解決方案。目標(biāo)是建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究的整體分析理論體系，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的研究、設(shè)計、運(yùn)行提供新的理論支持和分析手段。

目前故障診斷領(lǐng)域的研究方向大多集中于提升診斷算法的有效性，而忽視了底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ窖芯?。本課題致力于研究開發(fā)基于大數(shù)據(jù)平臺的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)：運(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)收集方面高效、穩(wěn)定的能力，建立從變電站過程層直接采集故障信息的故障數(shù)據(jù)收集模型，為上層的故障診斷提供快速、準(zhǔn)確且格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源；基于該大數(shù)據(jù)平臺，研究實現(xiàn)以故障知識的表示形式為基礎(chǔ)，按照故障特點(diǎn)擇優(yōu)選取智能方法的一種新型故障診斷算法，實現(xiàn)診斷。該方法在診斷效率上較傳統(tǒng)方法有較大的提升。課題主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)包括：適用于故障診斷系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法研究；故障數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一性的研究；大數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)之上集中式故障診斷方法的研究；數(shù)據(jù)分布式收集與故障元件集中式診斷相結(jié)合的新型診斷框架的研究以及關(guān)鍵信息缺失情況下故障診斷算法的研究。本課題將會在故障診斷領(lǐng)域以獨(dú)到的見解開展一個全新的研究，其研究成果具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。按照資助項目計劃書對本項目展開了較深入的研究，搭建了基于大數(shù)據(jù)平臺的電網(wǎng)故障診斷架構(gòu)，取得了較好的成果。借助國家自然科學(xué)基金這個強(qiáng)有力的平臺，不僅提高了課題組的科研水平和科研能力，還極大的活躍了學(xué)術(shù)氣氛，加強(qiáng)了與國內(nèi)外同行的交流與合作，同時還帶動了橫向項目研究和開發(fā)的水平，使大批研究生得到了鍛煉，人才培養(yǎng)質(zhì)量的得到加強(qiáng)。課題組在對已有電力系統(tǒng)故障診斷研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過三年的努力，發(fā)表期刊論文7篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄4篇；參加國內(nèi)外會議并提交論文1篇，為EI收錄；授權(quán)發(fā)明專利2項。 2100433B

目前故障診斷領(lǐng)域的研究方向大多集中于提升診斷算法的有效性，而忽視了底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ窖芯?。本課題致力于研究開發(fā)基于大數(shù)據(jù)平臺的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)：運(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)收集方面高效、穩(wěn)定的能力，建立從變電站過程層直接采集故障信息的故障數(shù)據(jù)收集模型，為上層的故障診斷提供快速、準(zhǔn)確且格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源；基于該大數(shù)據(jù)平臺，研究實現(xiàn)以故障知識的表示形式為基礎(chǔ)，按照故障特點(diǎn)擇優(yōu)選取智能方法的一種新型故障診斷算法，實現(xiàn)診斷。該方法在診斷效率上較傳統(tǒng)方法有較大的提升。課題主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)包括：適用于故障診斷系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法研究；故障數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一性的研究；大數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)之上集中式故障診斷方法的研究；數(shù)據(jù)分布式收集與故障元件集中式診斷相結(jié)合的新型診斷框架的研究以及關(guān)鍵信息缺失情況下故障診斷算法的研究。本課題將會在故障診斷領(lǐng)域以獨(dú)到的見解開展一個全新的研究，其研究成果具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。

實時遙測定義及意義

目前，“數(shù)據(jù)融合”的定義為對來自多信息源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行相關(guān)、互連和合并處理，以獲得準(zhǔn)確的目標(biāo)信息。這種融合是基于多信息或多傳感器的。而本文所要論述的“實時遙測數(shù)據(jù)融合”基于同一信息源的多路采集數(shù)據(jù)流，即采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將多個采集設(shè)備連接起來，在接收同一目標(biāo)發(fā)出的PCM數(shù)據(jù)流時，對多個采集設(shè)備所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時篩選、擇優(yōu)和融合，從而獲得實時最佳數(shù)據(jù)。

實時遙測數(shù)據(jù)融合器實質(zhì)上是一個軟件產(chǎn)品。在分布式遙測系統(tǒng)中，它可以任意駐留在采集服務(wù)器或者任一客戶端上。當(dāng)PCM數(shù)據(jù)流的位速率很高、處理負(fù)荷很大時，它也可以單獨(dú)運(yùn)行在一臺數(shù)據(jù)融合服務(wù)器上。

實時遙測數(shù)據(jù)融合對于外場試驗具備兩個方面的意義：①有效地提高了靶場遙測地面系統(tǒng)提供的遙測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，即在多個采集設(shè)備中，只要有一個采集設(shè)備正常，或者各個采集設(shè)備分別在不同時間段內(nèi)工作正常，就能確保遠(yuǎn)程指揮大廳顯示出準(zhǔn)確的遙測數(shù)據(jù)。②從某種意義上來說，可適度減小遙測地面接收系統(tǒng)的壓力，降低遙測成本。接收系統(tǒng)的性能提高到一定程度后，付出的成本將是指數(shù)級上升的。實時遙測數(shù)據(jù)融合的存在讓我們可以考慮在要求的可靠度范圍內(nèi)不用過多地增加地面接收設(shè)備的數(shù)量，在遙測地面接收系統(tǒng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到一定水平時不必過分強(qiáng)調(diào)指標(biāo)的提升。

實時遙測結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖2所示，實時遙測數(shù)據(jù)融合軟件由三個部分組成：

①設(shè)備管理模塊獲得局域網(wǎng)上采集設(shè)備服務(wù)器的位置信息，將各采集服務(wù)器上的數(shù)據(jù)暫存于相應(yīng)的緩沖區(qū)中。

②數(shù)據(jù)融合模塊根據(jù)融合策略對各個設(shè)備緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、選擇和融合，并將融合結(jié)果送往輸出緩沖區(qū)。

③效果評估模塊對數(shù)據(jù)融合結(jié)果進(jìn)行評估，并將輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)接新地址發(fā)往網(wǎng)絡(luò)。