(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109115529 A(43)申请公布日 2019.01.01
(21)申请号 201710479303.X(22)申请日 2017.06.22
(71)申请人 首帆动力科技股份有限公司
地址 201209 上海市浦东新区金海路2449
弄宝龙城市广场1号楼303室(72)发明人 刘晓霞 杜剑峰 马云忠 (74)专利代理机构 深圳壹舟知识产权代理事务
所(普通合伙) 44331
代理人 骆顺耀 何凌(51)Int.Cl.
G01M 99/00(2011.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种用于柴油发电机组设备的健康检测方法及其装置(57)摘要
一种用于柴油发电机组设备的健康检测方法(100)，包括以下步骤：获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量(101)；对所述获取的特征参量进行归一化处理(102)；对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理(103)；对所述经加权处理的特征参量进行求和(104)，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。
CN 109115529 ACN 109115529 A
权 利 要 求 书
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1.用于柴油发电机组设备的健康检测方法(100)，包括以下步骤：获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量(101)；对所述获取的特征参量进行归一化处理(102)；
对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理(103)；对所述经加权处理的特征参量进行求和(104)，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，在所述对特征参量进行加权(103)之后，通过雷达图对其进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，在所述归一化处理步骤(102)之后的各特征参量与相应的第一阈值范围进行比较，如果位于在所述第一阈值范围之外，则得出所述柴油发电机组设备不健康。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其特征在于，如果所述归一化处理步骤(102)之后的各特征参量位于在所述第一阈值范围之内，那么将其分别与第二阈值范围比较，如果位于在所述第二阈值范围之外，则得出所述柴油发电机组设备亚健康，否则，则得出所述柴油发电机组健康。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其特征在于，所述第一阈值范围包括相应的第一上阈值和第一下阈值。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其特征在于，所述第二阈值范围包括相应的第二上阈值和第二下阈值。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其特征在于，还包括通过相应显示技术显示所述健康检测结果。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述健康检测结果的显示包括显示经雷达图处理的特征参量、所述相应的第一阈值范围和第二阈值范围以及监控指数。
9.用于柴油发电机组设备的健康检测装置(200)，包括：获取单元(201)，用于获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量；归一化单元(202)，用于对所述获取的特征参量进行归一化处理；加权单元(203)，用于对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理；求和单元(204)，对所述经加权处理的特征参量进行求和，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。
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说 明 书
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一种用于柴油发电机组设备的健康检测方法及其装置
技术领域
[0001]本发明涉及检测技术，具体地涉及一种用于柴油发电机组设备的健康检测方法及其装置。
背景技术
[0002]柴油发电机组是金融系统大型数据中心、移动通讯系统、武器装备系统和消防系统的重要应急电力设备，已经成为基础设施和工程建设的必备设备。柴油发电机组主要由柴油发动机、交流发电机、机组控制器、底盘和连接件组成，是典型的机电自动化成套设备。设备健康检测是衡量复杂机电设备健康水平，保障成套设备可靠启停和稳定运行、保障电力供应、提升设备管控水平和预防设备潜在隐患的前瞻性技术。[0003]目前，尚未出现对于柴油发电机组的设备健康检测技术，多数技术研究仍停留在机组运行保护和评价阶段，主要包括两个方向：一方面，基于机组控制器数据传感的故障报警与保护，该技术较为成熟和普遍；此外还有，基于静态数据统计的设备可靠性度量,基于建筑电气设计规范的各类继电保护软硬件管控措施以及发电机组在线频率特性。综上所述，尚未见较为成熟的机组设备在线健康检测技术。
[0004]国内外柴油发电机组的运行保护和评价技术所存在的不足目前主要在于：[0005]依赖控制器的故障报警和保护，控制器通过传感器直接采集发动机和发电机运行状态数据，通过在控制器内设置每一个机组状态特征物理量的警告或者报警停机的上下限。确定物理量的运行范围，超出运行范围后，则给出警告提示或者报警停机。该技术停留在故障保护阶段，无法有效反映机组的设备健康程度；[0006]柴油发电机组可靠性度量技术缺乏在线时变性。现有的机组可靠性度量是基于发动机、发电机、控制箱、电压调节器(AVR)、机组保护控制器等主要部件的静态可靠性数值的乘积，不具备实时在线计算和时变特性，无法满足大型柴油发电机组可靠性度量的实时性技术要求。
发明内容
[0007]本发明提出一种用于柴油发电机组设备的健康检测方法，包括以下步骤：[0008]获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量；[0009]对所述获取的特征参量进行归一化处理；
[0010]对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理；[0011]对所述经加权处理的特征参量进行求和，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。
[0012]本发明的构思在于，通过对柴油发电机组实时检测到的多个特征参量的实时获取，然后对其进行归一化处理，归一化处理的作用在于消除物理量纲的影响。然后，各个特征参量在对柴油发电机组设备的健康方面的影响的权重是不同的，因此对其进行加权然后求和的方式，可以获得比较客观的机组设备的健康指数。
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说 明 书
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有利地，在对特征参量进行加权之后，通过雷达图对其进行处理。通过雷达图对特
征参量的可视化表示，可以非常直观地提供柴油发电机组设备的健康指数的判断。[0014]有利地，在所述归一化处理步骤之后的各特征参量与相应的第一阈值范围进行比较，如果位于在所述第一阈值范围之外，则得出所述柴油发电机组设备不健康。[0015]有利地，如果所述归一化处理步骤之后的各特征参量位于在所述第一阈值范围之内，那么将其分别与第二阈值范围比较，如果位于在所述第二阈值范围之外，则得出所述柴油发电机组设备亚健康，否则，则得出所述柴油发电机组健康。[0016]有利地，所述第一阈值范围包括相应的第一上阈值和第一下阈值。[0017]有利地，所述第二阈值范围包括相应的第二上阈值和第二下阈值。[0018]有利地，还包括通过相应显示技术显示所述健康检测结果。[0019]有利地，所述健康检测结果的显示包括显示经雷达图处理的特征参量、所述相应的第一阈值范围和第二阈值范围以及监控指数。
[0020]按照本发明提出的用于柴油发电机组设备的健康检测方法的优点在于：[0021]通过引入健康指数的概念对在线运行的柴油发电机组进行健康评估。传统的评估方法往往只是针对单个特征物理量与相应阈值比如报警值的比较进行评估，例如也就是说通常往往只有当某一特征参量超过报警值之时才报警并停止机组运行，这种评估是相当粗略的并且不够准确。通过按照本发明提出的检测方法所提出的健康指数概念可以实时、准确并且全面地从多个方面评估计算柴油发电机组的健康状态；同时还可以实现实时向用户展示健康指数值和组态可视化效果。用户基本上无需掌握机组的具体、专业的技术知识，就能够实时了解机组的健康程度；[0022]此外，传统大多数的柴油发电机组的在线运行状况评估在针对单个系统特征参量(主要是物理量)的评估时并没有考虑各个物理量之间的关系。按照本发明的方法的一个实施方案中通过雷达图反映特征参量即物理量之间的相互影响，综合考虑若干个主要特征物理量对在线运行机组的评估，考虑因素更为全面，更能反映实际的运行状况。另外，通过雷达图这样的单独的展示界面直观形象、清晰易懂，能达到非常好的评估效果。[0023]此外，本发明还提出一种用于柴油发电机组设备的健康检测装置，包括：获取单元，用于获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量；归一化单元，用于对所述获取的特征参量进行归一化处理；加权单元，用于对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理；求和单元，对所述经加权处理的特征参量进行求和，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅描述本发明的一部分实施例。这些附图对于本发明来说并不是限制性的，而是起示例性的作用。其中：
[0025]图1示出按照本发明提出的用于柴油发电机组设备的健康检测方法的流程图；[0026]图2示出一个示例性的柴油发电机组设备状态的原始数值的雷达图；[0027]图3示出一个示例性的柴油发电机组设备状态的归一化数值的雷达图；
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图4示出示出按照本发明提出的用于柴油发电机组设备的健康检测方法运行的相
应装置的方框图。
具体实施方式
[0029]图1示出按照本发明提出的用于柴油发电机组设备的健康检测方法100的流程图。方法100通常包括以下步骤：获取用于所述发电机组设备的多个特征参量101；对所述获取的特征参量进行归一化处理102；对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理103；对所述经加权处理的特征参量进行求和104，从而获得用于所述发电机组设备的健康指数。[0030]以下根据一个柴油发电机组设备的健康检测方法的具体实施例对本发明提出的方法进行阐明。
[0031]在示例性的柴油发电机组中，包括多个运行状态特征参量(即物理量)，其中包括的发动机测量参数有：发动机冷却水位，发动机冷却水温，润滑油压力，转速，燃油液位，电瓶电压等；其中包括的发电机测量参数有：发电机相电压，发电机相电压，发电机相电压，发电机线电压，发电机线电压，发电机线电压，负载电流，负载电流，负载电流，发电频率，功率因数，视在功率，有功功率和漏电电流等；其中包括的机组测量参数有：累计发电量，启动次数，启动成功率，维保次数，按时维保率以及运行小时数。[0032]在本实施例中抽取8个重要物理量进行阐明：启动成功率、润滑油压力、冷却水温度、燃油液位、发动机转速、发电频率、发电电压、电瓶电压。[0033]按照本发明提出的第一步骤101，首先获取上述用于示例性柴油发电机组设备的8个特征参量101。如图2可见上述8个特征参量在雷达图中的表示。
[0034]雷达图法可用图形的形式表达评估中各项指标的数量关系，评估的结果形象、直接，结合对图像特征的数学处理，可以客观地进行多物理量综合评估。其基本原理如下：[0035]假设评估对象(在此为柴油发电机组设备)的评估指标亦即特征参量(即物理量)为n个(在此n＝8)，传统的雷达图法首先作一个单位圆，并将其等分为8个扇形区域，以扇形半径作为各个指标对应的指标轴，然后将指标值向量归一化，并按比例与指标轴上距离圆心一定长度的点相对应，依次连接指标轴上各个点，获得的封闭多边形即为评估对象的雷达图。利用雷达图进行评估时，一般主要利用封闭多边形的面积、边长这两个量。封闭多边形的面积越大，评估结果越向指标值所代表的方向发展，面积相同时，多边形越接近于圆(即周长越小)，各指标发展越均衡。对比雷达图的面积和周长，通过一定的数学处理，可以得到最终的评估结果。如图2所示。
[0036]图2中示出按照本实施例的示例性的型号为NT855-G的重庆康明斯发动机的特征参数雷达图。其中，润滑油压力上限报警值是3.8bar，下限报警值是1.03bar；冷却水的温度上限报警值是110摄氏度，下限报警值是80摄氏度；燃油液位上限值是100％，下限报警值是10％；发动机转速上限报警值是1650r/min，下限报警值是1350r/min；发电频率上限报警值是52Hz，下限报警值是48Hz；发电电压上限报警值是437VAC，下限报警值是342VAC；电瓶电压上限报警值是29.5VDC，下限报警值是22VDC。其中，图2中示出的各参量的理想运行值分别为：启动成功率为100％，润滑油压力为2.5bar，冷却水温度为90摄氏度，燃油液位为90％，发动机转速为1500r/min，发电频率为50Hz,发电电压为380VAC，电瓶电压为24VDC。此外，图2中还示出在此获取的上述8个特征参量的实际值：启动成功率为100％，润滑油压力
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为2.6bar，冷却水温度为92摄氏度，燃油液位为80％，发动机转速为1520r/min，发电频率为50.1Hz,发电电压为381VAC，电瓶电压为26VDC。表示实际值的各个点连接在一起，形成一个多边形。
[0037]此外图2中还示出包括作为第一上阈值和第一下阈值的上限报警值和下限报警值的第一阈值范围以及包括作为第二上阈值和第二下阈值的上限警告值和下限警告值的第二阈值范围。通常，如果特征参数位于在第一阈值范围之外，则得出上述柴油发电机组设备不健康；如果特征参量位于在第一阈值范围之内但是在第二阈值范围之外，则得出发电机组设备亚健康，否则得出发电机组健康。
[0038]在此按照本发明提出的健康检测方法的示例性实施例将对上述雷达图法进行改进。在此就是在上述第一步骤101之后，对所述获取的八个特征参量进行归一化处理102。具体来说，将柴油发电机组的8项特征参量v＝(v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8)归一化为同一量纲，得到v'＝(v1',v'2,v'3,v'4,v'5,v'6,v'7,v'8)。[0039]归一化是一种无量纲处理手段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，是简化计算，缩小量值的有效办法。在此对提取出的特征物理量进行归一化处理，将这些物理量转化为无量纲的参量，便于进行后续的健康系数的计算。计算公式如下：[0040]Qi＝(Qreal-Qmin)/(Qmax-Qmin) (1)[0041]其中，Qi是第i个特征物理量归一化之后的值。例如，发动机冷却水温值从最低温度80℃到最高温度110℃作归一化为0到1，水温都转化为无量纲的相对值，当实际水温值为95℃时,归一化的参数值为0.5。[0042]随后，在步骤103中对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理。[0043]在该实施例中具体来说，运用专家打分法等赋权方法对电能质量各指标进行赋权，从而得到权值为α＝(αααααααα按照本实施例在此参照GJB450-1988《装1,2,3,4,5,6,7,8)。备研制与生产的可靠性通用大纲》的规定,可靠性的基本特征参量中的累积故障概率F(t)作为设备故障数据统计依据，在确保权值总和为1的前提下，将特征物理量对应的累计故障率线性映射计算得到权系数。当然，以其他任何适合的方式获得权值也是可以考虑的。[0044]将归一化的特征参量同样如上表示在雷达图中，以等角度显示原则，画出的经归一化的特征参量的雷达图如图3所示。其中，根据故障率线性映射方法，对于上述8个特征参量计算出的权系数分别为：0.12、0.15、0.1、0.08、0.05、0.1、0.2、0.2。[0045]最后，在步骤104中，对所述经加权处理的特征参量进行求和104，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。在本实施例中具体来说，通过报警上下限值和机组测得的实际值，将实际值进行归一化处理，再根据各权系数值将带入到健康指数公式，计算出健康指数为：0.92，状态指示为绿色，该机组目前的设备状况是健康的，各个点连接的多边形也位于在第二阈值范围之内也形象直观地说明了这一点。[0046]此外，本发明还提出一种用于实现上述用于柴油发电机组设备的健康检测方法的相应装置。
[0047]图4示出示出按照本发明提出的用于柴油发电机组设备健康检测方法运行的相应装置200的方框图。
[0048]该装置200包括：[0049]获取单元201，用于获取用于所述柴油发电机组设备的多个特征参量。该获取单元
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可以构成为包括相应的数据采集和传输装置，比如各种传感器以及相应的信号处理装置、滤波装置、专用电器件以及集成电路装置等等。[0050]归一化单元202，用于对所述获取的特征参量进行归一化处理。该归一化单元可以通过软件和/或硬件的方式实现，比如实现为各种软件模块或者专用运算装置或集成电路或者其中的一部分。[0051]加权单元203，用于对所述经归一化处理的特征参量进行加权处理。该加权单元同样可以通过软件和/或硬件的方式实现，比如实现为各种软件模块或者专用运算装置或集成电路或者其中的一部分。[0052]求和单元204，对所述经加权处理的特征参量进行求和，从而获得用于所述柴油发电机组设备的健康指数。该求和单元可以构成为专用加法器或者特定的数据处理器或控制器或者其中的组成部分，同样求和单元也可以以软件的形式实现。[0053]对所提出的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。应当理解，以上实施例中所公开的特征，除了有特别说明的情形外，都可以单独地或者相结合地使用。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本文所公开的本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是意在涵盖如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的修改。
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