风电监测系统中数据集成与分析方法研究Word格式文档下载.docx

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明的法律结果由本人承担。

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定，即:

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学。

学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允

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本学位论文属于保密范围，在_年解密后适用本授

权书。

非保密论文注释:

本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。

导师签名:

}姗

衰关芍

夕of0.工场

口产口、夕、2‘学位论文数据集

中中图分类号号TP39111学科分类号号520.406000

论论文编号号100102010080888密级级级

学学位授予单位代码码1001000学位授予单位名称称北京化工大学学

作作者姓名名周璐璐学号号200700080888

获获学位专业名称称计算机应用技术术获学位专业代码码08120333

课课题来源源主管部门（部委级）））研究方向向系统监测测

项项项目（JD0904）））））））

论论文题目目风电监测系统中数据集成与分析方法研究究

关关键词词风电系统，状态监测，数据站，声发射信号，振动信号号

论论文答辩日期期2010年5月22日日*论文类型型应用研究究

学学位论文评阅及答辫委员会情况况

姓姓姓名名职称称工作单位位学科专长长

指指导教师师袁洪芳芳副教授授北京化工大学学信号处理、在线监测测

评评阅人111聂伟伟副教授授北京化工大学学通信与信号分析析

评评阅人222吴海琦琦高级工程师师北京昆仑天辰仪仪自控仪表表表表表表表科技有限公司司司

评评阅人33333333333

评评阅人44444444444

评评阅人55555555555

答答辩委员会主席席赵英英教授授北京化工大学学分布式系统、网格计算算

答答辩委员111山岚岚教授授北京化工大学学网络信，息获取技术术

答答辩委员222彭四伟伟副教授授北京化工大学学编译技术应用用

答答辩委员333张杰杰副教授授北京化工大学学智能信，息处理理

答答辩委员444聂伟伟副教授授北京化工大学学通信与信号分析析

答答辩委员55555555555

注:

一论文类型:

1.基础研究2.应用研究3.开发研究4.其它

二.中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。

三.学科分类号在中华人民共和国国家标准（GB/T13745一9）《学科分类与代码》中

查询。

四.论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。

摘要

风电状态监测系统的数据集成和分析方法研究

风力发电是近年来国内外发展较快的一门开发新能源的技术，风

电状态监测系统的研究与应用对于保证风电设备的正常运行、避免巨

大的经济损失有着重要的意义。

对风电系统中的重要部件实时监测其

运行状态，并进行状态预测，同时依据设备运行状态将维修方式从例

行维修和事后维修转变为预测性维修具有较大的现实意义。

本课题以风力发电系统为研究对象，研究集成各数据采集单元、

风机控制系统等各个设备的数据定义及传输协议，建立数据站集成风

机状态特征信号、运行参数以及运行状况等信息，并对所有数据进行

预处理及融合，并完成状态的初步识别诊断。

本论文主要从以下三方

面开展了研究:

（l）对风电监测系统中的各类数据进行分类定义，建立数据站

集成各类数据源的状态数据，包括声发射信号和振动信号无线采集单

元数据格式和主要特征分析，以及风电控制系统的运行信息及风机主

要参数。

（2）声发射信号分析方法研究:

主要包括对声发射信号的参数

分析，根据分析结果对风轮裂纹进行定位，并深入分析裂纹的发展趋

势，对是否需要维修做出判断。

（3）振动信号分析方法研究:

振动信号分析的方法很多，本论

文主要采用包络谱分析技术提取振动信号的故障特征，采用神经网络北京化工大学硕_卜学位论文

的故障识别方法实现故障精确诊断。

本文应用C#开发了风电无线监测系统数据站软件和信号分析及

诊断系统软件，并在实验室搭建了风机监测系统平台，对该软件进行

测试，测试结果表明系统能够准确的实现各类数据的集成采集和传

输，进而通过对各种信号进行分析以实现状态监测和故障诊断。

关键词:

风电系统，状态监测，数据站，声发射信号，振动信号ABSTRACT

THERESEARCHOFTHEDATAINTEGRATIONAND

ANALYSISOF、VINDPO丫VERCONDITION

MONITORINGSYSTEM

ABSTRACT

ReeentlythedeveloPmentofwindPowergenerationteehnology15

veryraPidinexPloitingnewenergyathomeandabroad.Theeondition

monitoringsystemcanensuretheequiPmentsrunningnormallytoavoid

hugeeconomiclosses.50theresearchingandaPPlicationabout

monitoringsystem15veryimPortant.Itmonitorstherunningstateof

imPortanteomPonentsinreal一timeandPredictsthefuturestate.Inthe

meantimeitcankeePPredictivemaintenaneeonequiPmentrunningstate.

BycomParisonwithroutinemaintenaneeandtherePairafterfault，this

maintenaneemodehasagreatPractiealsignificanceinthewindPower

generationsystem.

ThearticleresearchesthewindPowergenerationsystem，including

theintegratingdataacquisitionunit，controlsystemand50on.Itstudies

thedatadefinitionandtransmissionProtocolforeachdevice，the

establishmentofdatastationtointegratetheinformation，includingstate

featuressignalsofthesystem，oPeratingParametersandrunningstate.All

data15Pre一Proeessedandintegratedtoforminitialidentifieationand北京化工大学硕卜学位论文

diagnosis.ThisPaPerresearehesitmostlyinthreeasPeets:

（l）Withelassifyanddefinevarioust即esofdatafromwindPower

generationmonitoringsystem，itestablishesthedatastationtointegrate

thedataofstatefromvariousdatasources，includingthefo溯ationof

dataandthemainfeatureanalysisaboutaeousticemissionandvibration

signalwirelessaequisitionunit，informationandmainParametersfrom

theeontrolsystem.

（2）Researchingmethodaboutanalysisonaeousticemissionsignals:

ToanalyzetheParannetersofacoustieemissionsignal，itanalyzesthe

trendofthecrackdeePlybasedontheanalysistolocatetheerackinthe

windround，andmakejudgmentsonmaintenance.

（3）Researehingmethodaboutanalysisonvibrationsignals:

There15

alotofvibrationsignalanalysismethods，thisPaPermainlyusethe

enveloPesPeetrumanalysisonthefaultfeatureextractingformvibration

signal，andusefaultrecognitionwithneuralnetworkmethodtoachieve

accuratefaultdiagnosis.

InthisPaPer，itdeveloPedsoftwareaboutthedatastationonwind

PowergenerationwirelessmonitoringsysteminC#，andothersoftware

aboutsignalanalysisanddiagnosticsystem.Inthemeantime，awind

PowergenerationwirelessmonitoringsystemPlatform15builtinthe

laboratory.Thesoftware15testedandthetestresultsshowthatthesystem

IVABSTRACT

eanrealizevarioustyPesofdataintegratedaequisitionandtransmission

aeeurately，andachievetheconditionmonitoringandfaultdiagnosis

basedonanalysisonavarietyofsignal.

KEYWORDS:

WindPowersystem，Conditionmonitoring，Data

Platform，AcousiteEmission，Vibrationsignal

‘目录

目录

第一章绪论

.1课题研究背景

.2国内外研究现状及发展趋势.........................................……，...........................……2

.2.1国外研究现状及发展趋势...........................................................................……2

.2.2国内研究现状和发展趋势...........................................................................……2

.3课题研究的意义..............................................................................................……3

.4课题研究的主要内容......................................................................................……4

曰1..曰1..曰jJ1Jl11........

第二章风电系统结构..............……”.·

..·

·

……7

2.1风力发电的工作过程.......................................................................................……7

2.2风电系统总体组成...........................................................................................……7

2.2.1风力机的结构组成..........................……，.........................................……，...................……7

2.2.2风电控制系统......……，................................................................................................……9

2.2.3数据采集单元...........................................................................................................……10

2.2.4风电状态监测系统..........................……，.................................................................……11

2.3小结.................................................................................................................……12

第三章风电状态监测系统数据集成..............................................……13

3.1引言.................................................................................................................……13

3.2风电控制系统的数据采集.............................................................................……13

3.2.1OPC接口................……，.......................................................................……，................……14

3.2.2气象系统参数...……，..............................……，............................................................……巧

3.2.3风力机系统参数..........................................……，…，....................................……，.......……15

3.3MCM电机监测仪的数据采集......................................................................……17

3.4数据采集单元的数据采集.............................................................................……18

3.4.1基于Zighee协议的无线传感器网络....................................……，......................……19

3.4.2声发射信号特征参数.……，......................................................................................……20

3.4.3振动信号特征参数.............................……，..............................................................……22

3.5数据库设计..........................……，...................................................................……24

3.5.1数据库技术概述.......................................................................................................……24

3.5.2数据库结构设计.....……，...........................................................................................……25

3.6数据站软件平台设计.....................................................................................……28

3.7小结.................................................................................................................……29

第四章声发射信号分析与处理方法研究......................................……31北京化工大学硕士学位论文

4.1引言..................................……，........................……，，........................................……31

4.2声发射信号分析技术.....................................................................................……31

4.3声发射信号处理.............................................................................................……32

4.3.1用小波分析实现声发射信号预处理.................................................................……，二32

4.3.2声发射信号的特征参数分析.................................................................................……36

4.3.3声发射信号定位分析...............................................................................................……37

4.3.4裂纹扩展情况分析....……，，.，.....................................................................................……44

4.4小结..................................……，................……，.....................……，.....................……49

第五章振动信号分析与处理方法研究..........................................……51

5.1引言.................................................................................................................……51

5.2滚动轴承的故障特征频率.............................................................................……51

5.3基于包络谱分析的故障识别.........................................................................……53

5.3.1包络谱分析原理.....……，............................................................................................……53

5.3.2滤波处理......................................................................................................................……53

5.3.3增加窗函数.......……，...................................................................................................……55

5.3.4希尔伯特变换................................……，.......……，.......................................................……56

5.3.5分析结果.......……，..............................................……，...................................................……57

5.4基于神经网络的故障识别............