[发明专利]风电机组振动智能实时监测系统

权利要求书

1.风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，包括用于采集风电机组振动数据的数据采集模块、用于存储风电机组振动数据的存储模块和用于显示所述风电机组振动数据的显示模块；所述数据采集模块、显示模块皆与所述存储模块连接；所述数据采集模块包括汇聚节点和多个传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中根据低功耗自适应集簇分层型协议对传感器节点进行分簇并选取簇首；簇首主要用于收集簇内传感器节点采集的风电机组振动数据并发送至汇聚节点；汇聚节点主要用于将各簇首发送的风电机组振动数据汇总发送至存储模块；在无线传感器网络的链路构建阶段，根据传感器节点的位置和当前剩余能量在簇首的通信范围内选择2个传感器节点作为该簇首所在簇的中继节点，并确定传感器节点到所在簇中每个中继节点的最优路径；在数据发送阶段，传感器节点选择其中一个中继节点作为接收需要发送的风电机组振动数据的目的节点，进而沿着与目的节点对应的最优路径将需要发送的风电机组振动数据发送出去；中继节点接收各传感器节点发送的风电机组振动数据，将接收的风电机组振动数据和自身采集的风电机组振动数据一并发送至簇首；其中，根据传感器节点的位置和当前剩余能量在簇首的通信范围内选择2个传感器节点作为该簇首所在簇的中继节点，包括：

(1)对任意簇首e_i，定义簇首e_i通信范围内所有传感器节点为该簇首e_i的邻居节点，获取簇首e_i的各邻居节点的位置信息和当前剩余能量信息；

(2)根据邻居节点的位置信息和当前剩余能量信息，计算各邻居节点的第一权重：

式中，C_j¹表示簇首e_i的第j个邻居节点的第一权重，H(e_i，j)表示簇首e_i与其第j个邻居节点之间的距离，H(e_i，k)表示簇首e_i与其第k个邻居节点之间的距离，表示簇首e_i的邻居节点数量；Q_j为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，Q_min为设定的最小能量值；

(3)选取第一权重最大的邻居节点作为簇首e_i的第一中继节点，计算除第一中继节点外的其余邻居节点的第二权重：

式中，C_ρ²表示除第一中继节点外的第ρ个邻居节点的第二权重，C_ρ¹表示除第一中继节点外的第ρ个邻居节点的第一权重；e_i¹表示选取的簇首e_i的第一中继节点，H(e_i¹，ρ)为所述第ρ个邻居节点与第一中继节点e_i¹的距离，为除第一中继节点外的其余邻居节点与e_i¹的距离之和；

(4)选取第二权重最大的邻居节点作为簇首e_i的第二中继节点。

2.根据权利要求1所述的风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，所述传感器节点包括至少一个传感器，传感器节点还包括用于将传感器信号转换为对应的风电机组振动数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接。

3.根据权利要求2所述的风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，所述传感器节点还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

4.根据权利要求1所述的风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，所述显示模块包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

5.根据权利要求2所述的风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，所述传感器为低频振动传感器或者高频振动传感器；其中，低频振动传感器设置在风电机组的叶片上以采集叶片振动信号，或者设置在主轴上以采集主轴振动信号，或者设置在塔筒上以采集塔筒振动信号；所述高频振动传感器设置在风电机组的齿轮箱以采集齿轮箱振动信号，或者设置在发电机上以采集发电机振动信号。

6.根据权利要求1所述的风电机组振动智能实时监测系统，其特征是，基于蚁群优化算法确定传感器节点到所在簇中每个中继节点的最优路径，包括：

(1)定义产生前向蚂蚁报文的传感器节点为源节点，源节点产生设定数量的前向蚂蚁报文，选择簇内最近的传感器节点进行转发，并启动超时时钟，所述前向蚂蚁报文携带有源节点的标识信息和链路总开销，初始时链路总开销为0；

(2)当前向蚂蚁报文到达传感器节点i时，传感器节点i从位于同一簇且没有转发过前向蚂蚁报文的邻居节点中，概率地选择一个邻居节点作为下一跳节点，继续转发前向蚂蚁报文：

式中，F_iw表示传感器节点i选择第w个邻居节点作为下一跳节点的概率；m_i为在传感器节点i的邻居节点集中，与传感器节点i位于同一簇且没有转发过前向蚂蚁报文的邻居节点数量；L(i，w)为传感器节点i到所述第w个邻居节点的链路的信息素浓度，H(i，w)为传感器节点i到所述第w个邻居节点的距离，Q_w为所述第w个邻居节点的当前剩余能量，Q_min为所述设定的最小能量值；γ表示在传感器节点i的邻居节点集中，与传感器节点i位于同一簇且没有转发过前向蚂蚁报文的第γ个邻居节点，L(i，γ)为传感器节点i到所述第γ个邻居节点的链路的信息素浓度，H(i，γ)为传感器节点i到所述第γ个邻居节点的距离，Q_γ为所述第γ个邻居节点的当前剩余能量；λ₁、λ₂为设定的权重系数；

(3)若传感器节点j为选择的下一跳节点，则将自身的节点标识信息加入前向蚂蚁报文的地址链表，表示前向蚂蚁报文已经访问了传感器节点j，并按照下列公式更新前向蚂蚁报文携带的链路总开销：

V_t＝V_t-1+H(i，j)×V

式中，V_t表示更新后的链路总开销，V_t-1表示更新前的链路总开销，V为设定的单位距离链路开销值；H(i，j)为传感器节点i与传感器节点j之间的距离；

(4)按照(2)、(3)继续转发前向蚂蚁报文直至将其发送到任意一个中继节点；中继节点k收到源节点α产生的前向蚂蚁报文时启动超时时钟，在超时时钟超时后不再接收源节点α产生的前向蚂蚁报文，对于收到的源节点α产生的所有前向蚂蚁报文，中继节点k只选择携带的链路总开销最小的前向蚂蚁报文来产生对应的后向蚂蚁报文，并沿着所述携带的链路总开销最小的前向蚂蚁报文的逆路径，将该对应的后向蚂蚁报文发送出去，所述对应的后向蚂蚁报文携带中继节点k的节点标识信息，以及所述携带的链路总开销最小的前向蚂蚁报文的地址链表；

(5)当传感器节点i收到传感器节点j发送的后向蚂蚁报文时，提取传感器节点j的节点标识信息以及后向蚂蚁报文携带的中继节点标识信息，并保存在本地，传感器节点i按照下列公式更新自身至传感器节点j的链路的信息素浓度：

式中，L(i，j)′表示更新后的传感器节点i到传感器节点j的链路的信息素浓度，L(i，j)为更新前的传感器节点i到传感器节点j的链路的信息素浓度，初始时链路信息素浓度为0，τ为信息素的挥发度，S为将后向蚂蚁报文从中继节点发送至对应的源节点的总的跳数；ΔL为预设常量，表示一次更新中所释放的信息素的总量；

(6)当前传感器节点按照后向蚂蚁报文的地址链表指示的信息，继续转发后向蚂蚁报文，直至后向蚂蚁报文到达源节点；

(7)源节点收到两个中继节点产生的后向蚂蚁报文后，按照(5)提取、更新相应的信息，并保存在本地。