基于數(shù)據(jù)挖掘的風力發(fā)電設(shè)備在線故障診斷平臺

王天福

摘 要：在人們的日常生活中，現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它能創(chuàng)造較好的社會效益和經(jīng)濟效益。隨著信息化建設(shè)進程的加快，構(gòu)建風力發(fā)電設(shè)備在線故障診斷平臺成為了研究工作的重點。充分運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建在線故障診斷平臺，包括硬件和軟件的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以驗證其實用性和有效性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；風力發(fā)電設(shè)備；在線診斷；結(jié)構(gòu)形態(tài)

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.114

隨著石化危機的日益嚴峻，風力發(fā)電成為了世界各國高度關(guān)注的發(fā)電方式之一。風電裝機容量以每年20%～30%的速度增長。專家預(yù)測，截至2020年，風力發(fā)電設(shè)備提供的電量將占全球總電量的12%.由此可知，風力發(fā)電是非常重要的。至此，為了避免故障的發(fā)生，使風力發(fā)電設(shè)備能夠正常運行，構(gòu)建在線故障診斷平臺是必要的。

1 硬件結(jié)構(gòu)

風力發(fā)電設(shè)備在線故障診斷平臺的硬件結(jié)構(gòu)主要包括本地診斷中心、現(xiàn)場診斷中心和遠程診斷中心3部分。在系統(tǒng)平臺運行的過程中，系統(tǒng)下位機是由數(shù)據(jù)采集工作站和風力發(fā)電機構(gòu)成，它直接提取相關(guān)數(shù)據(jù)。本地診斷中心和遠程診斷中心都是由數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器和推理診斷服務(wù)器組成的。

風力發(fā)電機設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的基本工作流程是：風力發(fā)電機→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)處理→故障診斷。當風力發(fā)電設(shè)備正常運行時，可利用各類傳感器提取相關(guān)運行狀態(tài)的參數(shù)，通過采集模塊實現(xiàn)放大、濾波、補償和A/D轉(zhuǎn)換等處理，并采用小波分析和信號轉(zhuǎn)換等技術(shù)進行處理。通過對風力發(fā)電設(shè)備的信號和故障診斷情況的判斷，可以將數(shù)據(jù)上交給診斷中心，進而交由上位機分析、處理。

本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將通過診斷得出的下位機數(shù)據(jù)采集、上傳到數(shù)據(jù)庫中，并對風力發(fā)電機故障征兆進行備份處理。為了保證診斷信息能夠真實、全面地反映服務(wù)器的實際情況，為其提供必要的支持，需要通過故障診斷獲取本地數(shù)據(jù)庫的服務(wù)數(shù)據(jù)。在完成對機組的診斷之后，可將結(jié)果反饋給現(xiàn)場用戶。運用電廠內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)，可以觀察、測量相關(guān)狀態(tài)的變量和變化情況。遠程故障診斷中心的操作與本地診斷中心服務(wù)器的操作相同。

2 軟件設(shè)計

風力發(fā)電設(shè)備在線故障診斷平臺的軟件設(shè)計是在硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成并產(chǎn)生的。此次研究借助了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，發(fā)揮了在線診斷平臺的價值，有效避免了風力發(fā)電設(shè)備故障的發(fā)生。

2.1 平臺數(shù)據(jù)挖掘結(jié)構(gòu)

在平臺數(shù)據(jù)挖掘結(jié)構(gòu)中，知識庫是其中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容。知識庫中涵蓋了征兆事實庫、傳統(tǒng)專家經(jīng)驗診斷規(guī)則和數(shù)據(jù)挖掘診斷規(guī)則等混合系統(tǒng)。其中，征兆事實庫中主要存放與系統(tǒng)推理相關(guān)的征兆事實；傳統(tǒng)專家經(jīng)驗診斷實際就是一種故障診斷手段，通過參數(shù)設(shè)計和處理，準確故障說明診斷結(jié)果。在數(shù)據(jù)挖掘診斷規(guī)則中，涉及到的內(nèi)容是對診斷故障的梳理，綜合決策診斷結(jié)果，驗證診斷結(jié)論的類型。在知識庫的維護階段，主要包括拓展、修改和刪除等3項基本操作。由此可見，平臺數(shù)據(jù)挖掘的本質(zhì)是在數(shù)據(jù)庫中探索一種全新的形態(tài)，通過相關(guān)驗證挖掘變量與變量之間的關(guān)聯(lián)性和數(shù)據(jù)的基本特征。

相對于風力發(fā)電設(shè)備的在線故障診斷，在大量風力發(fā)電設(shè)備運行監(jiān)測中獲取數(shù)據(jù)，在整理數(shù)據(jù)的過程中發(fā)現(xiàn)其中潛在的規(guī)律，提取有用的知識和信息，智能判斷風機的運行情況，從而及時明確風機運行參數(shù)和其中存在的故障。實際上，數(shù)據(jù)挖掘是一個系統(tǒng)化的處理過程，它需要反復(fù)操作，利用相關(guān)算法計算具體情況，并與診斷知識庫中的信息進行對比，以便深入挖掘其中存在的故障和具體的診斷規(guī)則。這項工作的具體實施過程是：①整理原始數(shù)據(jù)，挖掘與主題有關(guān)的信息。②根據(jù)主題闡述具體的算法和內(nèi)容，指出數(shù)據(jù)的處理特點，進而深入挖掘其中的算法。③對數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果進行一致性、合理性檢驗，以便與預(yù)期目標保持一致。如果結(jié)果與預(yù)期目標偏差較大，則需要返回到算法的設(shè)計階段，調(diào)整并重新設(shè)計；如果偏差較小，需要返回到設(shè)計階段調(diào)整算法；如果結(jié)果是理想的，則需要擴大數(shù)據(jù)集，重新開始挖掘。重復(fù)上述步驟可以進一步驗證結(jié)果的準確性。

2.2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

在軟件系統(tǒng)中，遠程診斷軟件主要采取瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式。這種模式是一種3層結(jié)構(gòu)，它們分別為表示層、功能層和數(shù)據(jù)層。表示層是整個系統(tǒng)的用戶接口，即通過客戶瀏覽器得以應(yīng)用和監(jiān)測。功能層是整個應(yīng)用的主體內(nèi)容，由推理服務(wù)器和WEB應(yīng)用架構(gòu)服務(wù)器構(gòu)成。其根本功能是連接用戶與數(shù)據(jù)庫，當用戶提出請求時，根據(jù)應(yīng)用程序的要求完成連接和運行，并向數(shù)據(jù)庫提交處理申請，最終將數(shù)據(jù)以HTML的形式反饋到客戶瀏覽器。數(shù)據(jù)層則是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為處理數(shù)據(jù)的存取提供保障。

3 結(jié)論

綜上所述，針對目前的發(fā)展情況，風力發(fā)電設(shè)備的良好運行能夠為電力系統(tǒng)的運行奠定基礎(chǔ)。構(gòu)建在線故障診斷平臺是風力發(fā)電設(shè)備可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，而硬件與軟件的結(jié)合能夠為平臺的穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕