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专利号: 2024101072814
申请人: 南京工业职业技术大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:

基于风电机组的设计参数和实时运行数据,采用数据融合技术,通过对来自传感器、操作日志和历史维护记录的数据进行格式化处理、去除噪声和缺失值处理,生成综合数据集;

基于所述综合数据集,采用图神经网络算法,通过构建节点表示风电机组的多个组件,边表示组件间的动态连接和影响力度,进而在图结构中映射出组件间的相互关系,生成组件互动关系图谱;

基于所述组件互动关系图谱,采用长短期记忆网络,对组件特征随时间变化的序列数据进行分析,识别潜在的变化趋势和周期性模式,进而预测未来时间段内的性能变化和故障发生点,生成性能趋势预测分析;

基于所述性能趋势预测分析,运用孤立森林算法,构建多个决策树并评估每个数据点到树叶的路径长度,区分正常数据和异常数据,进而识别关键异常模式;

将所述关键异常模式通过贝叶斯网络进行分析,利用网络的条件概率分布对故障原因进行概率推断,同时参照历史故障数据和实时观测值,进行故障原因和故障位置的预测,生成故障原因深度分析;

利用所述故障原因深度分析,采用遗传算法,通过模拟自然选择和遗传过程中的交叉和变异机制,对故障诊断系统的参数进行迭代优化,捕捉最优参数组合,生成诊断策略优化;

基于所述诊断策略优化,采用决策支持系统算法,在云平台上整合风电机组的实时运行数据和优化后的诊断策略,包括对实时数据的持续监控、故障预测结果的实时更新,根据故障预测和历史维护数据制定维护计划和应急响应措施,生成维护决策方案。

2.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,所述综合数据集包括传感器读数的温度、振动频率、电流强度,以及操作日志的时间标记、维护历史和设备状态记录,所述组件互动关系图谱包括组件间的作用力度、作用频率和作用模式,以及组件间的相依性和相互影响的概率估计,所述性能趋势预测分析包括多组件未来时间段内运行状态的预测、潜在故障点的识别和预期维护时间的估计,所述关键异常模式包括异常振动模式、温度异常和能耗偏差的目标异常指标,所述故障原因深度分析包括故障发生的概率评估、故障原因的类别划分和故障影响的严重程度预测,所述诊断策略优化包括诊断阈值的调整、模型参数的调整和诊断流程的效率优化,所述维护决策方案包括维护任务的优先级排序、资源分配方案和应急响应方案。

3.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,基于风电机组的设计参数和实时运行数据,采用数据融合技术,通过对来自传感器、操作日志和历史维护记录的数据进行格式化处理、去除噪声和缺失值处理,生成综合数据集的步骤具体为:基于风电机组的设计参数和实时运行数据,采用Z分数标准化算法,通过计算每个数据点与平均值的偏差并除以标准差,将数据转换成具有统一尺度和度量的格式,生成标准化数据集;

基于所述标准化数据集,应用箱型图方法识别和过滤数据中的异常值和噪声,通过比较数据点与四分位数间的偏差来确定异常值,剔除扭曲分析结果的错误数据点,生成异常值过滤数据;

基于所述异常值过滤数据,使用K‑最近邻填充法对数据集中的缺失值进行填补,通过分析缺失点关联的K个最近数据点平均值估算缺失值,生成缺失值处理数据;

基于所述缺失值处理数据,采用特征级数据融合法,对多源数据进行深度分析和融合,通过统一差异化数据源的格式和结构,消除数据间的差异性,综合多类特征信息,包括传感器读数、操作日志和历史维护记录,生成综合数据集。

4.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,基于所述综合数据集,采用图神经网络算法,通过构建节点表示风电机组的多个组件,边表示组件间的动态连接和影响力度,进而在图结构中映射出组件间的相互关系,生成组件互动关系图谱的步骤具体为:基于所述综合数据集,利用实体识别算法对风电机组中的多个组件进行辨识,对组件的特性、操作参数和运行状态进行分析,对每个物理组件进行识别并建立独立实体,生成组件实体映射;

基于所述组件实体映射,采用关系网络分析方法确定组件间的动态连接和相互影响,通过评估组件间的功能联系、信号交互和控制依赖关系,构建出相互作用的网络连接,生成组件交互网络;

基于所述组件交互网络,使用图构建方法将组件及其相互关系转换成图结构,同时将每个组件视为节点,组件间的相互作用视为边,生成初步互动图谱;

基于所述初步互动图谱,应用图神经网络对图中的节点和边进行学习,识别并提取组件间互动的关键特征和模式,优化图谱并反映组件间的关系,生成组件互动关系图谱。

5.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,基于所述组件互动关系图谱,采用长短期记忆网络,对组件特征随时间变化的序列数据进行分析,识别潜在的变化趋势和周期性模式,进而预测未来时间段内的性能变化和故障发生点,生成性能趋势预测分析的步骤具体为:基于所述组件互动关系图谱,运用统计学方法进行时间序列分析,通过对多组件的运行数据进行趋势分析、周期性检测和关联性评估,包括计算时间序列的移动平均、季节性分解和自相关系数,识别组件行为的时间依赖模式,生成时间序列特性分析;

基于所述时间序列特性分析,采用长短期记忆网络模型,对识别的时间依赖模式进行深度学习,通过网络层捕捉长期依赖关系,学习时间序列中的隐藏模式和趋势,生成LSTM学习结果;

基于所述LSTM学习结果,进行未来时间段性能变化和故障点的预测,利用LSTM模型的输出进行预测分析,同时评估组件的未来时间段内运行状态、预测潜在的性能下降区域和故障发生时刻,生成未来性能故障预测;

基于所述未来性能故障预测,对整个风电机组的未来时间段内运行状态进行多维分析,包括将预测结果与历史维护记录结合,评估潜在的维护需求并提供风险管理策略,生成性能趋势预测分析。

6.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,基于所述性能趋势预测分析,运用孤立森林算法,构建多个决策树并评估每个数据点到树叶的路径长度,区分正常数据和异常数据,进而识别关键异常模式的步骤具体为:基于所述性能趋势预测分析,使用孤立森林算法构建多个独立的决策树,通过随机选择数据子集和特征,为每个子集构建一个决策树,通过随机选择的特征分割数据,生成决策树森林;

基于所述决策树森林,评估每个数据点在决策树中到达叶节点的路径长度,通过计算从根节点到叶节点的分裂步骤数量,基于路径距离分析数据孤立风险,生成路径长度分析;

基于所述路径长度分析,区分数据集中的正常点和异常点,通过比较路径长度与预设阈值,基于数据点的路径长度,识别并标记异常,挖掘潜在的故障或性能问题,生成异常点检测结果;

基于所述异常点检测结果,分析被标记为异常的数据点,捕捉异常数据点的共同特性和行为模式,识别出导致性能问题或故障的异常模式,生成关键异常模式分析。

7.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,将所述关键异常模式通过贝叶斯网络进行分析,利用网络的条件概率分布对故障原因进行概率推断,同时参照历史故障数据和实时观测值,进行故障原因和故障位置的预测,生成故障原因深度分析的步骤具体为:基于所述关键异常模式,利用贝叶斯网络构建方法,创建网络模型表征异常模式之间的关系,通过基于异常模式设定网络中的节点,并根据模式关联性定义边,进而形成一个网络,反映差异化异常模式之间的概率关系,生成贝叶斯网络结构;

基于所述贝叶斯网络结构,执行条件概率推理,通过计算给定异常模式存在时其他模式出现的概率,并分析和量化异常模式之间的依赖关系,生成条件依赖分析结果;

基于所述条件依赖分析结果,结合历史故障数据和实时观测值,对故障原因进行推断,通过使用贝叶斯网络评估多种异常模式与历史故障案例之间的相似性,生成故障原因推理结果;

基于所述故障原因推理结果,进行故障位置和类型的预测,并分析故障原因与风电机组中目标组件的相关性,选定出现问题的部分和潜在故障类型,生成故障原因深度分析。

8.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,利用所述故障原因深度分析,采用遗传算法,通过模拟自然选择和遗传过程中的交叉和变异机制,对故障诊断系统的参数进行迭代优化,捕捉最优参数组合,生成诊断策略优化的步骤具体为:基于所述故障原因深度分析,采用遗传算法初始化故障诊断系统的参数,通过算法模拟自然选择机制,从多种参数组合中随机生成初始种群,每个参数组合代表一个解决方案,生成初始参数种群;

基于所述初始参数种群,执行遗传算法的交叉操作,通过交换多种解决方案的参数部分,组成新的参数集合,生成交叉生成的参数组合;

基于所述交叉生成的参数组合,进行遗传算法的变异操作,通过随机改变部分参数值引入新的变异操作,避免算法局部最优解,生成变异后的参数组合;

基于所述变异后的参数组合,通过遗传算法的选择操作确定最终的优化参数组合,评估多个解集的适应度,基于适应度选定最优参数配置,生成诊断策略优化。

9.根据权利要求1所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,其特征在于,基于所述诊断策略优化,采用决策支持系统算法,在云平台上整合风电机组的实时运行数据和优化后的诊断策略,包括对实时数据的持续监控、故障预测结果的实时更新,根据故障预测和历史维护数据制定维护计划和应急响应措施,生成维护决策方案的步骤具体为:基于云平台整合风电机组的实时运行数据和所述诊断策略优化,采用数据仓库构建方法,从多数据源提取数据,统一数据格式,清洗去除不一致或错误的数据,再将处理后的数据加载到集中的数据仓库中,生成实时数据集;

基于所述实时数据集,采用时间序列分析,通过识别数据中的时间相关模式和趋势,结合长短期记忆网络算法,对数据点之间长期依赖关系的学习,进而预测未来时间段内数据走向,生成故障预测模型输出;

基于所述故障预测模型输出和历史维护数据,采用多准则决策分析方法,综合参照多种决策因素,包括成本、风险、效益,运用层次分析法对多决策因素进行权重分配和综合评估,进而生成维护计划方案;

基于所述维护计划方案,采用资源优化和线性规划算法,对维护活动的资源需求进行分析,通过建立资源分配和成本的数学模型,计算所需的人力、物资和时间成本,随后调整和优化资源配置,生成维护决策方案。

10.一种基于云平台的风电机组远程故障诊断系统,其特征在于,根据权利要求1‑9任一项所述的基于云平台的风电机组远程故障诊断方法,所述系统包括数据集成模块、互动关系建模模块、性能趋势分析模块、异常模式探测模块、原因分析与预测模块、维护策略决策模块;

所述数据集成模块基于风电机组的设计参数和实时运行数据,采用ETL算法对多源数据进行提取,转换数据格式匹配多数据源的差异,并加载到统一的数据平台中,通过数据清洗和格式标准化,生成综合数据环境;

所述互动关系建模模块基于综合数据环境,使用图神经网络算法构建风电机组的组件关系图谱,通过分析组件特征和互动,将组件及其关系映射为图中的节点和边,揭示组件间的动态相互作用,生成组件互动图谱;

所述性能趋势分析模块基于组件互动图谱,应用长短期记忆网络对组件的时间序列数据进行深度学习,分析变化趋势和周期性模式,预测未来时间段内性能波动和潜在故障点,生成性能趋势预测;

所述异常模式探测模块基于性能趋势预测,运用孤立森林算法进行异常模式检测,通过构建多个决策树来孤立数据点,分析数据点的路径长度识别异常模式,生成异常模式分析;

所述原因分析与预测模块基于异常模式分析,采用贝叶斯网络算法对故障原因进行推断,通过概率模型分析异常模式之间的关联和影响,结合历史故障数据,生成故障推断结果;

所述维护策略决策模块基于故障推断结果,使用遗传算法和多准则决策分析来优化维护策略,通过模拟自然选择机制和交叉变异操作,捕捉最优的维护计划和应急响应方案,建立维护策略方案。