一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統技術方案

本實用新型專利技術提供一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統，主要包括：智能LoRa無線傳感器、在線監測裝置、智能數據采集裝置、LoRa網關、綜合網關、5G CPE路由器、5G基站、邊緣計算服務器和桌面工作站及移動應用設備、云網關和云計算服務器組成，本實用新型專利技術的風機狀態監測通過5G的mMTC切片技術與工業互聯網的“人

【技術實現步驟摘要】
一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統


[0001]本技術專利涉及風力發電的自動控制領域，主要是指風電機組狀態監視系統的網絡架構。

技術介紹

[0002]風力發電機組狀態監測及故障診斷系統的主要作用是通過對運行中的風力發電機組關鍵設備的溫度、壓力、電壓、電流、振動、轉速等參數的實時采集，實現設備的運行健康狀態的全面感知與在線監測，并通過安裝在服務器中的核心算法和專業分析軟件獲得機組的運行狀態，為檢修維護提供依據，從而提高機組的利用率、增強風電場綜合運營保障水平，全方位保障風電場安全、高效、健康運行。
[0003]目前，工業互聯網技術已成為數字化轉型的關鍵力量，同時，5G網絡的大寬帶、低延時和廣連接的優勢則可以確保海量數據的高速傳輸，借助5G的mMTC海量設備信息通信切片技術與工業互聯網中的大數據、云計算、物聯網技術的深度融合，使構建基于設備海量檢測傳感信號和“數字孿生”技術的風電機組的狀態監測和故障診斷系統，以及在此基礎上的基于云平臺的智能預測性維護和壽命預估系統成為可能。
[0004]傳統的風電機組狀態監測系統主要由現場儀表、現場數據采集模塊、風場光纖環網、服務器以及相應的連接電纜和網線組成，主要存在以下缺點：
[0005]1. 受制于測量手段、計算方法的考慮，只能采集振動、溫度、電壓、電流等單一或者幾個特征量，同時，出于對成本和系統規模的考慮，測點設置和傳感器數量也較少，難以得到風電機組真實的運行狀態并實現準確的故障定位。
[0006]2.現場數據采集裝置的數量、傳感器與現場數據采集裝置之間的電纜長度會隨著測點的增加而使布線更加復雜，電纜及安裝設備費用成倍增加，另外，現代大型風場大都會有上百臺風機組成，占地面積大且分散，各個風電機組的現場數據采集裝置與服務器之間一般通過光纖環網實現數據傳輸和存儲，這部分的安裝材料和施工費用可觀。
[0007]3.傳統風機狀態監測系統主要利用振動、溫度、電壓、電流等運行參數的變化來判斷機組是否異常，數據的特征量和數量單一，數據處理的計算方法簡單，對于異常情況的判斷片面且準確度不高，另外，在常規服務器軟硬件基礎上，無法融合軟測量、三維地理信息引擎、人工智能及大數據挖掘分析技術和算法，不能滿足預測性維護對于智能計算的需求。

技術實現思路
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[0008]本技術的目的是解決現有的風電機組狀態監測系統所存在的技術問題，并提供了一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統。
[0009]為達到上述目的，本技術提供一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統，主要包括：智能LoRa無線傳感器、在線監測裝置、智能數據采集裝置、LoRa網關、綜合網關、5G CPE路由器、5G基站、邊緣計算服務器和桌面工作站及移動應用設備、云網關和云計算服務器組成，
[0010]所述的智能LoRa無線傳感器通過無線通信方式接入LoRa網關，所述的LoRa網關通過有線通信方式接入綜合網關，所述的在線監測裝置通過有線通信方式與綜合網關連接，所述的智能數據采集裝置通過有線方式與綜合網關連接，所述的綜合網關與風機側的5G CPE路由器通過有線通信方式連接，所述的風機側的5G CPE路由器通過5G基站以5G無線通信的方式與位于場站側5G CPE路由器連接，所述的場站側5G CPE路由器通過有線通信方式分別與邊緣計算服務器、桌面計算機工作站和云網關連接，所述的云網關與云計算平臺及服務器連接，所述的邊緣計算服務器通過有線通信方式與桌面計算機工作站連接，并通過無線通信方式與移動設備連接。
[0011]進一步的，所述的智能LoRa無線傳感器包括LoRa無線振動傳感器、LoRa無線溫度傳感器和LoRa無線聲紋度傳感器，分別通過無線通信方式接入LoRa網關。
[0012]進一步的，所述的移動設備包括平板電腦和手機。
[0013]本技術的風機狀態監測通過5G的mMTC切片技術與工業互聯網的“人
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物”的全面連接，形成了邊緣+云端的全層次開放架構，在邊緣層完成海量狀態監測和運行數據的采集和實時高速傳輸，完成全周期的監測、智能分析、故障定位和智能推送；在云端驅動基于多個風場運行工況的非實時和長周期數據的大數據挖掘及分析，實現區域或集團側的數據分析和設備預測性維護及壽命估算，保證了更加友好、安全、高效、可靠的能源供應。
附圖說明
[0014]圖1：一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統。
[0015]附圖中標記如下：1—LoRa無線振動傳感器；2—LoRa無線溫度傳感器；3—LoRa無線聲紋度傳感器；4—在線監測裝置；5—智能數據采集裝置；6—LoRa無線網關；7—綜合網關；8—風機側5G CPE路由器；9—5G基站；10—場站側5G CPE路由器；11—邊緣計算服務器；12—桌面計算機工作站；13—移動設備；14—云網關；15—云計算平臺及服務器。
具體實施方式
[0016]參照圖1，本技術主要由現場傳感層、網絡傳輸層、邊緣層(場站)和云平臺層(區域/集團)組成；有線通信方式主要包括網線、以太網總線、電纜和RS485雙絞線等；網絡數據無線傳輸主要包括無線通信方式和5G無線通信的方式等。
[0017]所述的現場傳感層包括LoRa無線振動傳感器1、LoRa無線溫度傳感器2、LoRa無線聲紋度傳感器3、在線監測裝置4和智能數據采集裝置5，主要實現對風場若干個風電機組的設備狀態和運行情況的監測和采集，并實現各類數據的匯集。
[0018]所述的網絡傳輸層包括LoRa無線網關6、綜合網關7、風機側5G CPE路由器8、5G基站9和場站側5G CPE路由器10，網絡傳輸層利用5G的mMTC網絡資源切片技術來實現海量數據高速傳輸。
[0019]所述的邊緣層(場站)包括邊緣計算服務器11、桌面計算機工作站12、移動設備13和云網關；邊緣層(場站)完成設備狀態和運行數據的全周期的采集、分析和故障定位。
[0020]所述的云平臺層(區域/集團)包括云計算平臺及服務器15，云平臺層完成區域或者集團內多個風場風機狀態的智能分析預測，實現風機關鍵設備的預測性維護以及設備的壽命估算。
[0021]在每臺風電機組的關鍵部件，例如主軸、齒輪箱和發電機前后軸承處安裝LoRa無線振動傳感器1和LoRa無線溫度傳感器2，同時針對故障率較高的齒輪箱安裝專門的LoRa無線聲紋度傳感器3，通過實時監測齒輪轉動的聲紋來判斷設備的運行狀態，以上傳感器采用LoRa無線傳輸技術來完成信號的傳輸，通過在風機塔筒內設置換專門的LoRa無線網關6來完成信號的匯集，并通過百兆網線與綜合網關7連接；
[0022]對于風電機組中大量隨主設備成套提供的在線監測裝置4，例如發電機在線監測等設備，可以采用工業現場總線，例如，Profibus、CAN總線或者ModBus等，通過專門的總線電纜與綜合網關7連接，并實現協議的轉換和數據匯集。
[0023]對于風電機組中大量存在的常本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于5G+工業互聯網的風電機組狀態監測系統，其特征在于，包括智能LoRa無線傳感器、在線監測裝置、智能數據采集裝置、LoRa網關、綜合網關、5G CPE路由器、5G基站、邊緣計算服務器和桌面工作站及移動應用設備、云網關和云計算服務器組成，所述的智能LoRa無線傳感器通過無線通信方式接入LoRa網關，所述的LoRa網關通過有線通信方式接入綜合網關，所述的在線監測裝置通過有線通信方式與綜合網關連接，所述的智能數據采集裝置通過有線方式與綜合網關連接，所述的綜合網關與風機側的5G CPE路由器通過有線通信方式連接，所述的風機側的5G CPE路由器通過5G基站以5G無線通信的方式與位于場站側5G C...

【專利技術屬性】
技術研發人員：華偉，年華，藍堯，潘海，李慧，王慶鵬，王樹清，張立佳，隋秋楠，
申請(專利權)人：中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，
類型：新型
國別省市：