賈建華

（山西同煤新能源有限公司，山西太原030000）

能源危機(jī)、環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題的不斷加重，使得可持續(xù)發(fā)展成為社會(huì)發(fā)展的主旋律，各國(guó)都開始重視對(duì)于清潔可再生能源的開發(fā)應(yīng)用，太陽能發(fā)電、水電和風(fēng)電等得到了迅速發(fā)展，不過同時(shí)也暴露出一些技術(shù)方面的問題。以風(fēng)電為例，機(jī)組本身極高的運(yùn)行維護(hù)成本，對(duì)于其經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生的巨大影響，而且風(fēng)電設(shè)備一般設(shè)置在偏遠(yuǎn)、不存在高大建筑遮擋的區(qū)域，機(jī)艙位置處于70－90m的高空，運(yùn)行維護(hù)難度大，一旦出現(xiàn)故障，很難及時(shí)進(jìn)行處理。想要對(duì)風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，可以引入大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過遠(yuǎn)程診斷的方式，預(yù)測(cè)設(shè)備故障趨勢(shì)，降低故障維護(hù)費(fèi)用。

1 相關(guān)研究

現(xiàn)階段，一般在設(shè)置大型風(fēng)電機(jī)組時(shí)，從保障機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行、降低風(fēng)險(xiǎn)隱患的角度，需要為機(jī)組配備專門的控制器，在實(shí)現(xiàn)就地控制的同時(shí)，也具備相應(yīng)的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)采集以及故障告警信息傳輸功能，通過就地控制器與中央控制系統(tǒng)的可靠連接，還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況。通過設(shè)置專家系統(tǒng)以及智能診斷系統(tǒng)的方式，可以對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障進(jìn)行有效診斷，但是無論是專家系統(tǒng)還是智能診斷，在實(shí)施應(yīng)用中都存在推理過程困難的問題，實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。對(duì)此，有研究人員提出，可以在風(fēng)電機(jī)組故障診斷中，引入相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，借助該技術(shù)挖掘出機(jī)組故障的特征參數(shù)，然后對(duì)照故障數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的故障規(guī)則，實(shí)施機(jī)組故障的遠(yuǎn)程診斷，可以將故障診斷的過程看作是一種特殊的模式獲取及匹配過程，借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，針對(duì)故障診斷中遇到的各種問題進(jìn)行分析和解決。在這個(gè)過程中，技術(shù)人員需要重視相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際情況來對(duì)風(fēng)險(xiǎn)機(jī)組故障診斷方案進(jìn)行相應(yīng)的完善。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

數(shù)據(jù)挖掘需要以相應(yīng)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)作為對(duì)象和平臺(tái)，其本身屬于一種比較特殊的數(shù)據(jù)分析手段，以人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科理論為支撐，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以反映不同數(shù)據(jù)所具備的特征，將數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的有用信息提取出來。數(shù)據(jù)挖掘的過程包含了幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)處理等能夠完成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的構(gòu)建，為后續(xù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)做好準(zhǔn)備，目標(biāo)確定、算法確定、數(shù)據(jù)挖掘以及模式識(shí)別則能夠挖掘出有用信息。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘之間存在得十分密切的聯(lián)系，典型的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)需要具備數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)集市和訪問工具。將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到故障遠(yuǎn)程診斷中，能夠提升數(shù)據(jù)分析的效率，實(shí)現(xiàn)故障診斷的智能化。在對(duì)基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建時(shí)，需要關(guān)注幾個(gè)核心內(nèi)容。

2．1 確定決策模型

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)必須能夠從相應(yīng)的監(jiān)測(cè)信息，找出信息所具備的潛在規(guī)律性，將有用數(shù)據(jù)局提取出來，借助這些數(shù)據(jù)來判斷風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，看機(jī)組是否存在故障或者隱患。在該系統(tǒng)中，采用的決策模型是 RDDM＝｛M，K，D，E，P｝模型，在該模型中，M表示診斷技術(shù)方法集合，K表示故障診斷所需的知識(shí)集合，D表示設(shè)備原始信息數(shù)據(jù)集合，E表示實(shí)驗(yàn)設(shè)施，P表示專家知識(shí)集合。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠通過對(duì)診斷知識(shí)和技術(shù)方法的不斷完善，從海量數(shù)據(jù)信息中，找出與真實(shí)情況最接近故障原因，選擇科學(xué)的診斷方法來對(duì)故障進(jìn)行診斷。

2．2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

風(fēng)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中，下位機(jī)的主要作用，是利用相應(yīng)的傳感器設(shè)備來對(duì)風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)信息進(jìn)行收集，然后運(yùn)用數(shù)據(jù)采集模塊，將信息放大，同時(shí)進(jìn)行濾波處理，再結(jié)合相應(yīng)的特征信號(hào)，初步完成故障診斷工作。在這個(gè)過程中，下位機(jī)會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖镜卦\斷中心，由上位機(jī)進(jìn)行同步分析和處理。本地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器在完成下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息后，會(huì)將其寫入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)機(jī)組故障征兆信息進(jìn)行備份，同時(shí)也能夠?yàn)閃EB應(yīng)用服務(wù)器和推理診斷服務(wù)器的正常運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)支持，在實(shí)際運(yùn)行中，通過故障診斷軟件與監(jiān)測(cè)分析軟件的相互配合，診斷服務(wù)器可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，用于風(fēng)電機(jī)組的故障診斷工作，在得到診斷結(jié)果后，會(huì)對(duì)其進(jìn)行初步檢驗(yàn)，然后傳輸為風(fēng)電場(chǎng)工作人員，幫助其對(duì)故障進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和處理。即便故障本身比較復(fù)雜，在遠(yuǎn)程診斷中心的協(xié)助下本地中心也能夠進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程故障診斷中心中各個(gè)服務(wù)器的功能與本地診斷中心的服務(wù)器類似，數(shù)據(jù)服務(wù)器中保存有不同風(fēng)電場(chǎng)不同類型風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。

2．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2．3．1 平臺(tái)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)是一種基于征兆事實(shí)庫(kù)以及數(shù)據(jù)挖掘診斷規(guī)則的混合系統(tǒng)，不同診斷機(jī)制之間可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。在系統(tǒng)中，征兆事實(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的是經(jīng)過數(shù)據(jù)庫(kù)處理后提取出的能夠用于系統(tǒng)推理的征兆事實(shí)。經(jīng)過授權(quán)的用戶可以利用HTML，在平臺(tái)中輸入相應(yīng)的故障診斷信息，相關(guān)功能模塊會(huì)自動(dòng)完成故障診斷工作，然后對(duì)照所有的診斷方法，得到綜合決策，對(duì)故障類型進(jìn)行判斷。風(fēng)電機(jī)組故障遠(yuǎn)程在線診斷能夠從大量的機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測(cè)信息中，找出潛在規(guī)律，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)做出智能判斷，從而找出隱含或者已經(jīng)存在的故障。數(shù)據(jù)挖掘能夠不斷充實(shí)診斷知識(shí)庫(kù)，以先進(jìn)算法為支撐，對(duì)故障的原理以及診斷規(guī)則進(jìn)行明確，而在這個(gè)過程中，系統(tǒng)會(huì)在整理好的原始數(shù)據(jù)中，對(duì)主體相關(guān)信息進(jìn)行挖掘，同時(shí)做好算法設(shè)計(jì)工作，針對(duì)提取出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢驗(yàn)，和預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，若結(jié)果偏差較大，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)返回到算法設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，重新選擇算法，若結(jié)果比較理想，則系統(tǒng)會(huì)直接返回?cái)?shù)據(jù)整理環(huán)節(jié)，擴(kuò)大數(shù)據(jù)集的同時(shí)，開展新一輪數(shù)據(jù)挖掘。

2．3．2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

在風(fēng)電機(jī)組故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中，軟件采用的是B／S模式，該模式包含了表示層、功能層和數(shù)據(jù)層三層結(jié)構(gòu)，其中，表示層的核心功能是用戶接入，表現(xiàn)為客戶端瀏覽器。功能層包含了WEB服務(wù)器和推理服務(wù)器，是應(yīng)用的主體部分，能夠連接用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)，在用戶發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，功能層的作用，是與數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序連接，然后對(duì)照用戶的實(shí)際需求，面向數(shù)據(jù)庫(kù)，提出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理申請(qǐng)，將數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇蛻舳?，?shù)據(jù)層的主要作用，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和提取。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，將現(xiàn)場(chǎng)分析系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)結(jié)合，借助設(shè)置在本地服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)分析系統(tǒng)，可以幫助運(yùn)行管理人員對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的波形、頻譜等進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，利用設(shè)置在遠(yuǎn)程服務(wù)器中的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，可以為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷等功能。授權(quán)用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，也可以對(duì)機(jī)組運(yùn)行的歷史狀態(tài)進(jìn)行查看。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行中存在數(shù)據(jù)異常時(shí)，可以啟動(dòng)相應(yīng)的故障診斷軟件，配合專家數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)組狀態(tài)的遠(yuǎn)程診斷，診斷的結(jié)果被反饋到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行分析系統(tǒng)中。

3 結(jié)束語

總而言之，通過將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電設(shè)備故障診斷領(lǐng)域的方式，能夠?qū)ΜF(xiàn)有故障診斷方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷和問題進(jìn)行彌補(bǔ)，提升現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的使用效率?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的風(fēng)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠面向?qū)I(yè)工程技術(shù)人員和領(lǐng)域?qū)＜?，在具備?shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)據(jù)的完備性，有著更好的分析診斷功能。系統(tǒng)采用的是B／S三層開放模式，配合軟件復(fù)用技術(shù)編程模式，集成性和安全性良好，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的遠(yuǎn)程診斷，在推動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的發(fā)展方面，具備一定的參考價(jià)值。