技术领域
[0001] 本
发明涉及
风力发电技术领域，具体地讲，涉及一种风力
发电机组的设备健康管理系统。
背景技术
[0002] 在国家大力发展风电的政策的驱动下，
风力发电机组的制造商快速引进国外技术，推动了整个风力发电机组制造业的快速发展。但是，对于风力发电机组的设备的维护管理，也相应的出现了诸多问题，例如，风力发电机组的设备频繁故障而导致检修维护工作压力大的问题，又例如，设备检修作业多在70m高度以上而导致的检修维护工作存在较大的安全隐患问题等。因此，对于风力发电机组的运行和维护进行全面健康管理非常重要。
[0003]
现有技术中，风力发电机组的运行和维护的管理多使用常规的SCADA(
数据采集与监视控制)系统和在线状态检测系统各自独立的进行设备的监控管理和维护，数据源接收相对较少。另外，由于各个风力发电机组的设备的不同，所以，在SCADA系统和在线状态检测系统各自独立的进行设备的监控管理和维护时所涉及到的
软件种类繁多，不便于统一管理，且成本较高。对于日常风力发电机组的运行和维护多为对设备故障后的数据进行分析以找出故障原因并采取相应的措施进行设备维护，不能提前进行故障预警和振动监测。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术存在的弊端，提出了一种风力发电机组的设备健康管理系统。
[0005] 本发明的一方面提供了一种风力发电机组的设备健康管理设备健康管理系统，所述系统包括：数据获取层，被配置为获取用于进行设备健康管理所需要的原始数据；数据运算层，被配置为对获取的原始数据进行
数据处理以得出用于进行风力发电机组的设备健康管理的预警数据和故障诊断数据；数据调度层，被配置为将所述数据运算层得出的预警数据和故障诊断数据调度分发至至少一个目标
数据库；应用层，被配置为从所述至少一个目标数据库中获取预警数据和故障诊断数据并向用户进行
可视化展示。
[0006] 优选地，所述数据调度层被配置为：接收所述预警数据和所述故障诊断数据，并将接收的所述预警数据和所述故障诊断数据调度分发至所述至少一个目标数据库，其中，所述至少一个目标数据库包括设备健康管理数据库、资产管理资产管理系统数据库和生命周期管理系统数据库中的至少一个。
[0007] 优选地，所述数据调度层还被配置为：接收所述至少一个目标数据库的现场工单处理的反馈信息数据，并对所述反馈信息数据进行调度分发。
[0008] 优选地，所述系统包括独立运行和作为子系统运行两种方式，其中，在独立运行方式中，所述应用层提供被配置用于进行数据录入的功能页面以支持用户进行自定义权限的创建，在子系统运行方式中，所述应用层提供被配置用于
定时同步主系统中的特定的权限设置以向用户进行可视化展示。
[0009] 优选地，所述主系统为集中监控服务系统，当所述设备健康管理系统集成在集中监控服务系统中作为子系统时，所述系统以如下方式运行：在集中监控服务系统中调用设备健康管理系统的登录
接口，通过设备健康管理系统的登录验证接口对登录信息进行验证，若验证成功，则返回设备健康管理系统的Token信息，并根据返回的Token信息来运行设备健康管理系统菜单，若验证失败，则返回错误信息至集中监控服务系统并显示重新登录的
请求信息。
[0010] 优选地，所述原始数据包括从
大数据中心获取的设备实时数据和从SCADA系统中获取的设备故障数据。
[0011] 优选地，所述数据运算层被配置为包括：预警运算单元，对获取的设备实时数据进行数据预警处理以得出预警数据，所述预警数据包括振动监测数据、健康评价数据和指标统计数据中的至少一个；故障诊断单元，对获取的设备故障数据进行分析匹配以得出故障诊断数据，其中，所述故障诊断数据包括故障部件数据、故障类别数据、故障维修和服务数据中的至少一个。
[0012] 优选地，所述预警运算单元还被配置为执行工单管理、快照管理、运算调度、从
节点管理、任务接收、数据处理、数据存储、集群管理、任务管理、任务分发和日志管理中的至少一个，所述故障诊断单元还被配置为执行数据分析、在线诊断、离线诊断、任务监控、方案管理、
算法配置和文档管理中的至少一个。
[0013] 优选地，所述数据获取层还被配置为：从在线状态监测系统中获取的在线状态监测数据，并将所述在线状态监测数据通过正向隔离设备传输至所述设备健康管理数据库以进行存储。
[0014] 优选地，所述应用层还被配置为从所述设备健康管理数据库中获取在线状态监测数据并向用户进行可视化展示。
[0015] 优选地，所述数据运算层和所述数据调度层部署在
云端
服务器。
[0016] 本发明通过大
数据中心数据对风力发电机组的设备进行预警服务、故障诊断服务和振动监测以全面的进行设备健康管理，不仅降低了风力发电机组的设备消耗，优化现场的运维策略，更实现了从被动的故障后维护向主动
预防性维护的转变。
附图说明
[0017] 下面将结合附图进行本发明的详细描述，本发明的上述特征和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
[0018] 图1是本发明的
实施例的风力发电机组的设备健康管理系统的
框图；
[0019] 图2是本发明的实施例的数据运算层的框图；
[0020] 图3是本发明的示例性的实施例的风力发电机组的设备健康管理系统作为集中监控服务系统的子系统的集成
流程图；
[0021] 图4是本发明的实施例的工单推送服务示意图。
[0022] 在附图中，相同的标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
[0023] 提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由
权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下参照附图的描述包括各种特定细节以帮助理解，但是所述特定细节将仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对这里描述的实施例进行各种改变和
修改。此外，为了清晰和简要，可省略公知功能和结构的描述。
[0024] 以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面含义，而是仅由发明者使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，本领域技术人员应该清楚的是，提供本发明的示例性实施例的以下描述仅是说明的目的，而不是限制由权利要求及其等同物限定的本发明的目的。
[0025] 图1是示出了根据本发明的实施例的风力发电机组的设备健康管理系统的框图。
[0026] 如图1所示，风力发电机组的设备健康管理系统100包括数据获取层101、数据运算层102、数据调度层103和应用层104。根据本发明的实施例，风力发电机组的设备健康管理系统100可通过各种计算装置(例如，计算机、服务器、工作站等)来实现。具体地，数据获取层101被配置为获取用于进行设备健康管理所需要的原始数据，数据运算层102被配置为对获取的原始数据进行数据处理以得出用于进行风力发电机组的设备健康管理的预警数据和故障诊断数据，数据调度层103被配置为将数据运算层102得出的预警数据和故障诊断数据调度分发至至少一个目标数据库，应用层104被配置为从至少一个目标数据库中获取预警数据和故障诊断数据并向用户进行可视化展示。其中，数据运算层102和数据调度层103部署在云端服务器。
[0027] 根据本发明的实施例，数据获取层101中获取的原始数据包括从大数据中心获取的设备实时数据和从SCADA系统中获取设备故障数据，且数据获取层101还从在线状态监测系统中获取在线状态监测数据。在线状态监测系统具有可靠性高、实时
采样精确、结构环境适应能力强的特点，在线状态监测系统通过对现场SCADA数据进行智能分析和经验总结而得出的故障判断数据，即在线状态监测数据。这里，在线状态监测数据通过正向隔离设备传输至设备健康管理数据库以进行存储。正向隔离设备是位于调度
数据网络与公用信息网络之间的一个安全防护装置，用于安全区I/II到安全区III的单向数据传递。它可以识别非法请求并阻止超越权限的数据
访问和操作，从而有效地抵御病毒、黑客等通过各种形式发起的对电力网络系统的恶意破坏和攻击活动，保护实时闭环
监控系统和调度数据网络的安全。同时，它采用非网络传输方式实现这两个网络的信息和资源共享，保障电力系统的安全稳定运行。
[0028] 根据本发明的实施例，数据运算层102对数据获取层101中获取的原始数据进行数据处理以得出用于进行风力发电机组的设备健康管理的预警数据和故障诊断数据，其中，预警数据包括振动监测数据、健康评价数据和指标统计数据中的至少一个，故障诊断数据包括故障部件数据、故障类别数据、故障维修和服务数据中的至少一个。下面将参照图2来详细说明风力发电机组的设备健康管理系统的数据运算层进行数据处理的过程。
[0029] 图2是示出了根据本发明的实施例的数据运算层的框图。
[0030] 如图2所示，数据运算层102包括预警运算单元201和故障诊断单元202。具体地，预警运算单元201对获取的设备实时数据进行数据预警处理以得出预警数据，故障诊断单元202对获取的设备故障数据进行分析匹配以得出故障诊断数据。预警运算单元201在对获取的设备实时数据进行数据预警处理中，包括执行工单管理、快照管理、运算调度、从节点管理、任务接收、数据处理、数据存储、集群管理、任务管理、任务分发和日志管理中的至少一个，故障诊断单元202在对获取的设备故障数据进行分析匹配中，包括执行数据分析、在线诊断、离线诊断、任务监控、方案管理、算法配置和文档管理中的至少一个。
[0031] 根据本发明的实施例，预警运算单元201对获取的设备实时数据进行数据预警处理时，由于风力发电机组的不同和设备实时数据的不同而进行不同预警算法的数据处理以得出预警数据。例如，对风力发电机组的偏斜向振动异常进行预警时，预警运算单元201根据转速来截取获取的设备实时数据，即风力发电机组的振动数据，并利用ellipse函数计算置信椭圆点、长短轴和轴比非空面积来对偏斜向振动的异常进行判断和预警。又例如，对风力发电机组的发电机异响进行数据处理时，预警运算单元201将获取的发电机的故障数据按照
频率进行分段后分别对x方向和y方向的数据进行傅里叶变换，并根据经验
阈值比较
频谱数据来对发电机的异常进行预警。再例如，对风力发电机组的变流器的实时数据进行处理时，预警运算单元201读取
电流器的实时数据，并对出
阀压力和进阀压力进行局部回归计算，对出阀压力回归拟合的x、y两个变量进行线性拟合以得出斜率，再对拟合回归的结果进行差分计算，以此来对电流器是否漏
水进行预警判断。应理解，上述对于预警算法的举例仅是示例性举例，本发明可采用的预警算法不限于此。
[0032] 根据本发明的实施例，故障诊断单元202对获取的设备故障数据进行分析匹配以得出对应的故障诊断数据，其中，设备故障数据包括主控版本、故障码和风机号等。具体地，故障诊断单元202根据获取的主控版本、故障码和风机号等设备故障数据来匹配故障方案库中的匹配方案，并通过每个匹配方案的逻辑关系式来判断匹配方案是否符合匹配条件和计算匹配方案的正确率，最后，将符合匹配条件中的正确率较高的匹配方案进行推送。根据本发明的实施例，假设获取的主控版本为1500_FR_V141120，故障码为435，风机号为220803002，则故障诊断单元202对获取的上述设备故障数据进行匹配以得出故障方案库中的匹配方案数据，例如，得出的匹配方案数据的相应代码为43501、43502、43503、43504、
43505、43506、43507、43508、43509和43510，则分别对这10个匹配方案是否符合匹配条件进行判断，并通过每个匹配方案的逻辑关系式运算出正确率较高的匹配方案推送至客户。例如，若得出的符合匹配条件中的较高正确率的匹配方案的代码为43503、43504和43506，则将匹配方案43503、43504和43506推送至客户，并根据匹配方案43503、43504和43506中的相关数据对故障设备进行维修。另外，故障诊断单元202在对获取的设备故障数据进行故障方案库的匹配时，若故障方案库中没有相应的匹配方案数据，则故障诊断单元202直接返回设备故障数据并推送无匹配方案的信息。应理解，上述对于设备故障数据的举例仅是示例性举例，本发明可采用的设备故障数据不限于此。
[0033] 返回图1，根据本发明的实施例，数据调度层103将数据运算层102中获取的预警数据和故障诊断数据进行调度分发至至少一个目标数据库，其中，至少一个目标数据库包括设备健康管理数据库、资产管理系统数据库和生命周期管理系统数据库中的至少一个。具体地，数据调度层103可直接将预警数据和故障诊断数据调度分发至设备健康管理数据库进行存储，以用于提供用户进行可视化展示的数据，数据调度层103还可以根据用户需求将预警数据和故障诊断数据调度分发至资产管理系统数据库和/或生命周期管理系统数据库，资产管理系统数据库和生命周期管理系统数据库可根据接收的预警数据和故障诊断数据提供出相应的运维流程以供运维工作人员进行相应流程的运维工作。这里，资产管理系统数据库用于管理设备健康管理系统、集中监控服务系统等必要的固定资产数据库，具体包括管理风
电场转发服务器、中控服务器、振动监控服务器、正向隔离服务器、振动监控数据解析服务器、以及数据接受服务器、数据调度服务器等固定资产。相应的，生命周期管理系统数据库用于管理固定资产的新增、修改、退出、转移、删除、借用、归还、维修、计算折旧率及残值率等日常工作，并且对于风电场运营以及风力发电机组的维护产生的工单、日志进行储存和备份管理。
[0034] 根据本发明的实施例，数据调度层103还接收至少一个目标数据库的现场工单处理的反馈信息数据，并将反馈信息数据调度分发至设备健康管理数据库。例如，资产管理系统数据库对接收的预警数据和故障诊断数据进行存储和分析，并将现场工单处理的反馈信息数据反馈给数据调度层103，数据调度层103接收资产管理系统数据库的反馈信息数据，并根据不同需要对反馈信息数据进行调度分发。应理解，上述对于至少一个目标数据库的举例仅是示例性举例，本发明可采用的目标数据库不限于此。
[0035] 根据本发明的实施例，应用层104将预警数据和故障诊断数据向用户进行可视化展示。具体地，应用层104根据用户的不同需要从设备健康管理数据库、资产管理系统数据库和生命周期管理系统数据库中获取存储的预警数据和故障诊断数据，并提供进行可视化操作的服务以向用户进行预警数据和故障诊断数据的展示。另外，由于数据获取层101还从在线状态监测系统中获取在线状态监测数据，且获取的在线状态监测数据存储在设备健康管理数据库，所以，应用层104可直接从设备健康管理数据库中获取存储的在线状态监测数据并对在线状态监测数据进行展示。
[0036] 根据本发明的实施例，风力发电机组的设备健康管理系统100的运行方式包括独立运行和作为子系统运行两种方式。其中，当设备健康管理系统独立运行时，应用层104提供用于进行数据录入的功能页面以支持用户进行自定义权限的创建，例如，创建包括权限、用户、风电场、风力发电机等
基础数据的权限设置。当设备健康管理系统作为子系统运行时，应用层104提供用于定时同步于主系统中的特定的权限设置以向用户进行可视化展示。根据本发明的实施例，假设设备健康管理系统作为集中监控服务系统的子系统集成时，则集中监控服务系统为主系统，权限数据是设备健康管理系统从集中监控服务系统中进行定时同步来获取得到的。这里，集中监控服务系统不仅包括设备健康管理系统，还包括风电场运维以及风力发电机组管理过程中涉及的其他系统，例如，风电场监控管理系统、资产管理系统以及业务智能处理系统等，具有更高的管理权限、调度手段以及业务处理模式的集成系统。应理解，上述对于主系统的举例仅是示例性举例，本发明可采用的主系统不限于此。
根据上述举例，设备健康管理系统作为集中监控服务系统的子系统集成时的运行方式如图
3中所示，具体地，在集中监控服务系统中调用设备健康管理系统的登录接口，通过设备健康管理系统的登录验证接口对登录信息进行验证，若验证登陆成功，则返回设备健康管理系统的Token信息，并在集中监控服务系统中点击、调用设备健康管理系统页面，传入正确的设备健康管理系统的Token信息，根据传入的Token信息来运行设备健康管理系统菜单，若验证登录失败，则返回错误信息至集中监控服务系统并显示重新登录的请求信息。
[0037] 根据本发明的实施例，风力发电机组的设备健康管理系统100还提供工单推送服务，即将设备健康管理系统每天产生的工单数据推送到不同的目标客户数据库中，工单推送服务在数据调度层103中实现。例如，设备健康管理系统将每天产生的工单数据通过数据调度层103推送到资产管理系统数据库中，资产管理系统数据库根据接收的工单数据来提供相应的运维流程，运维工作人员根据资产管理系统数据库提供的运维流程进行风力发电机组的设备的运维管理。在工单推送服务中，由于工单接收方比较多，并且可能动态增长，因此，为了将发送方和接收方解耦，构建异步、低耦合、高效的接口解决方案，在进行工单推送服务时采用消息
中间件来实现，其设计方案如图4所示。工单发送端扫描工单数据库并根据工单所属的客户将工单数据发送到
指定队列中，工单接收端连接Message Broker并实时取走属于自己的工单数据，以此将工单数据以点对点的方式来进行传输以保证消息的准确
送达和接收。其中，指定队列中的工单数据可进行持久化的保留，以确保工单数据不会因为Message Broker的宕机和故障而造成消息丢失，工单接收端则是通过消息确认机制来确保接收的工单数据不会被错误清除。
[0038] 根据本发明的实施例的风力发电机组的设备健康管理系统不仅降低了风力发电机组的设备消耗，优化现场的运维策略，更实现了从被动的故障后维护向主动预防性维护的转变。
[0039] 尽管已经参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的各种改变。
