基于無(wú)線通信網(wǎng)的風(fēng)電塔筒傾斜沉降信息預(yù)警方法的研究概述

丁國(guó)亮　聶吉輝　周進(jìn)艷

摘要：由于中國(guó)的西北具有沙塵暴、低溫、冰雪、雷暴，高海拔等惡劣氣候特點(diǎn)，惡劣氣候環(huán)境已對(duì)風(fēng)電機(jī)組造成很大的影響，包括增加維護(hù)工作量，減少發(fā)電量，嚴(yán)重時(shí)還導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組損壞。因此，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的防范措施，以提高風(fēng)電機(jī)組抗惡劣氣候環(huán)境的能力。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信網(wǎng) 風(fēng)電塔筒

風(fēng)電塔筒和機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行是維持穩(wěn)定正常發(fā)電能力的重要保障。在塔筒發(fā)生傾斜或沉降的初期，巡檢人員很難用肉眼發(fā)現(xiàn)其狀態(tài)變化。目前迫切需要使用智能化的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)風(fēng)電塔筒傾斜、沉降進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與故障診斷，及早發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)排除故障，以提高輸電線路運(yùn)行的可靠性。如果風(fēng)電塔筒和機(jī)組的異常情況得不到及時(shí)有效的檢測(cè)并排除.將會(huì)給風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)帶來(lái)巨大損失.甚至造成災(zāi)難。所以有必要進(jìn)行風(fēng)電塔筒和機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警。

一、背景概述

風(fēng)力塔筒是風(fēng)力發(fā)電裝置的主要受力部件之一。它在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中。既要承受在各種風(fēng)況下風(fēng)輪機(jī)傳遞給塔筒的力和力矩。又要承受在各種風(fēng)況下風(fēng)載對(duì)塔筒的作用力和力矩，同時(shí)還要承受風(fēng)輪、槳葉、短艙等部件質(zhì)量的力和力矩，另外，要使風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，塔架還要承受機(jī)械剎車系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的剎車力矩。所以，風(fēng)電塔筒有可能發(fā)生傾斜和沉降。同時(shí)，風(fēng)電塔筒的正常狀態(tài)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)很重要，是風(fēng)電機(jī)正常發(fā)電的基本保證。風(fēng)電塔筒的異常狀態(tài)主要有塔筒的傾斜與沉降。當(dāng)塔筒傾斜或者沉降時(shí)，將影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。當(dāng)塔筒嚴(yán)重傾斜甚至倒塌時(shí)，將會(huì)給風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)造成巨大損失，甚至造成災(zāi)難。可見(jiàn)，風(fēng)力塔筒狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警對(duì)風(fēng)力發(fā)電至關(guān)重要。

二、工程效益

（1）提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)塔筒傾斜、沉降預(yù)測(cè)模型。由于外界震動(dòng)、電磁干擾、儀器故障等引起了傳感器的測(cè)量值異常。首先對(duì)傳感器采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。但是單個(gè)傳感器的提取值不能充分利用與目標(biāo)有關(guān)的信息，影響了特征集的有效性和可靠性，擬用多傳感器數(shù)據(jù)融合算法加強(qiáng)傳感器采集數(shù)據(jù)的信度。最后針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)比選取一種通用預(yù)測(cè)模型。

（2）研究并提出一種針對(duì)風(fēng)電塔筒傾斜、沉降預(yù)測(cè)算法，通過(guò)軟件仿真，驗(yàn)證算法的精確程度。擬提出一種基于分層數(shù)據(jù)融合算法：①首先。在簇成員節(jié)點(diǎn)處對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)數(shù)據(jù)融合。將多個(gè)采樣數(shù)據(jù)通過(guò)求均值的方法組合成一條數(shù)據(jù)信息。②其次，就是簇首節(jié)點(diǎn)這一層次的數(shù)據(jù)融合，擬采用最小二乘法擬合數(shù)據(jù)。③最后，就是在簇首節(jié)點(diǎn)向基站（sink）節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)置閾值。根據(jù)擬合的曲線，預(yù)測(cè)未來(lái)的傾斜、沉降的趨勢(shì)，做到及時(shí)排查故障，降低故障的發(fā)生率，達(dá)到對(duì)風(fēng)電塔筒的傾斜、沉降監(jiān)測(cè)、預(yù)警的目的。

（3）升級(jí)基于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組塔筒傾斜沉降預(yù)警平臺(tái)軟件。①本系統(tǒng)操作平臺(tái)主界面包括：歷史數(shù)據(jù)查詢、生成數(shù)據(jù)報(bào)表、故障診斷、報(bào)警、故障預(yù)測(cè)等模塊。②將新的算法移植到監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)軟件上。根據(jù)已有傳感器處理數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)風(fēng)電機(jī)塔筒傾斜、沉降發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的特點(diǎn)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展要求和上述主要研究?jī)?nèi)容。項(xiàng)目需要解決的關(guān)鍵技術(shù)如下：①科學(xué)確定塔筒傾斜沉降模型，提出基于最小二乘法的預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)未來(lái)N天的塔筒傾斜、沉降數(shù)據(jù)。②通過(guò)MatLab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合出每個(gè)塔筒傾斜角的曲線和沉降量的曲線。

（4）提出一種風(fēng)電機(jī)塔筒傾斜、沉降數(shù)據(jù)處理模型，該模型能夠預(yù)先對(duì)無(wú)線傳感器采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中的大量臟值，充分利用與目標(biāo)有關(guān)的信息，提高特征集的有效性和可靠性。

（5）針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警中的實(shí)際問(wèn)題，提出采用基于置信區(qū)間檢驗(yàn)的均值數(shù)據(jù)融合，進(jìn)行最小二乘數(shù)據(jù)擬合，建立塔筒傾斜沉降預(yù)警模型。并通過(guò)該模型對(duì)風(fēng)電機(jī)塔筒傾斜、沉降度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

三、研究方法和技術(shù)路線

本項(xiàng)目將在分析、總結(jié)國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)預(yù)警研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論分析、分類建模驗(yàn)證以及軟件綜合試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。具體步驟為：

（1）查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，重點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理算法、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)算法、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)框架等。

（2）研究預(yù)警系統(tǒng)要求，建立實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)境。

（3）研究預(yù)測(cè)模型與算法。

（4）構(gòu)建監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（5）升級(jí)風(fēng)電塔筒傾斜、沉降監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，植入算法并對(duì)其仿真修正。

四、結(jié)論

本文立足電力通信領(lǐng)域。涉及電力工程建設(shè)過(guò)程中視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全預(yù)警。具體涉及一種基于圖像數(shù)據(jù)特征差異性的電力工程安全預(yù)警方法，用于工程管理技術(shù)人員對(duì)電力工程項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)安全進(jìn)行管理。減少工程事故的發(fā)生，提高新能源發(fā)電效益。

責(zé)任編輯：孫瑤