CN103117597A - 风力发电箱式变压器智能监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电箱式变压器智能监控系统。本发明可以解决现有技术存在只能进行部分电气参数和状态的监控、不能进行综合、智能管理的问题，其技术方案要点是：一种风力发电箱式变压器智能监控系统，适用于配设有第三方监控设备的风力发电箱式变压器，包括监控处理终端、检测传感器系统和后台计算机，所述的检测传感器系统配设在风力发电箱式变压器上，检测传感器系统的输出端与监控处理终端电连接，所述的监控处理终端与所述的后台计算机通讯连接，监控处理终端还与风力发电箱式变压器的控制继电器以及第三方监控设备连接。本发明能进行多种变量数据同步监控、安全数据获取充分。

Description

风力发电箱式变压器智能监控系统及其控制方法

技术领域

本发明是一种变压器智能监控系统及其控制方法，特别是涉及一种风力发电箱式变压器智能监控系统及其控制方法。

背景技术

近年来关于风电场智能化的研究主要集中在风力感应发电机的保护、间歇性能源的控制和存储、风电场综合保护建模以及其可靠性研究等方面，主要体现其技术先进性的研究。示范工程主要作用在于对智能电网概念和先进技术的理解和示范，而这些成果对电力生产运行的可操作性或推广性的考虑相对少， 尤其是关于结合风电厂实际运行环境的保护和监控的研究和产品并不多见。在我国风厂大多集中于西北和内蒙等人烟稀少的沙漠或荒漠、半荒漠地带，自然条件恶劣，风厂内风机数量多、分布广，这就使得对风变远程监控和维护尤其重要。事实证明， 电网智能化的理论研究和相关技术已经成熟，如后台计算机CPU 的处理能力、海量数据的存储、通讯技术、交换机技术、IEC61850的正式发布等。然而，如何使得产品具有实用性和先进性，既符合目前大系统现状又能满足智能电网的发展方向，既不落后又不太超前，生产一种能够准确把握电网智能化的“脉搏”、协调发展，使得设备在电网智能化的发展进程中具有正常的使用寿命，提高设备、系统的经济效益的风力发电箱式变压器智能监控系统势在必行。

中国专利公开号：CN101159387A，公开日2008年4月9日，公开了智能监控风力箱式变电站，该变电站依据箱式变电站基础技术，在各箱式变电站和风电厂主控室均设置信号接发转换器，通过有线或无线通讯的方式相通讯，实现遥控、遥测、遥讯、遥调的功能，并可对变压器内部故障进行自诊断及出线回路的故障排除。通讯方式采用有线或无线通讯方式，或者两者结合的通讯方式。有线通讯方式是通过设置PROFIBUS工业现场总线实现；无线通讯方式是通过无线通讯基站实现。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的现有技术存在部分电气参数和状态的监控、不能进行综合、智能管理的问题, 提供一种包括电气量、非电气量和开光状态信息的采集、计算、分析监控功能的智能综合管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风力发电箱式变压器智能监控系统，适用于风力发电箱式变压器，其特征在于：包括监控处理终端、检测传感器系统和后台计算机，所述的检测传感器系统配设在风力发电箱式变压器上，检测传感器系统的输出端与监控处理终端电连接，所述的监控处理终端与所述的后台计算机通讯连接，监控处理终端还与风力发电箱式变压器的控制继电器连接。本发明通过检测传感器系统将风力发电箱式变压器的运行数据进行采集，通过监控处理终端进行直接现场反馈，同时也输出至后台计算机进行存储和图形化显示，本发明能进行多种变量数据同步监控、安全数据获取充分。

作为优选，所述的监控处理终端包括电源模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、CPU模块、通讯模块和电路连接模块，所述的模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通讯模块均通过电路连接模块与CPU模块电连接。本发明通过电源模块给其他模块供电；模拟量输入模块采集4-20mA的直流信号、低压侧三相电流信号、低压侧三相电压信号；开关量输入模块采集油位状态、压力释放阀状态、轻瓦斯状态、重瓦斯状态、油温过高信号；电源模块为该终端供电；CPU模块为智能中端的核心模块，对采集数据进行计算、分析和传输；通讯模块负责将智能终端的数据传送到后台计算机，同时接受后台计算机的命令，电路连接模块将以上所有模块的电连接， 实现各模块之间的通讯。

作为优选，所述的检测传感器系统包括压力释放阀传感器、油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器、油温传感器、电流互感器和电压器互感器，所述的油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器和油温传感器均与所述的开关量输入模块电连接，所述的电流互感器和电压器互感器均与模拟量输入模块电连接。

作为优选，所述的监控处理终端中的开关量输出模块与风力发电箱式变压器的控制继电器电连接，所述的模拟量输出模块与第三方监控设备电连接。开关量输出模块输出继电器信号，用于控制变压器高低压侧的断路器；模拟量输出模块输出4-20mA直流信号，将油温和电流信号传输至第三方监控设备。

作为优选，所述的监控处理终端还包括模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块，所述的模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块均通过电路连接模块与CPU 模块电连接。模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块的设置，帮助了后续功能的扩展，可以适应更多的外加接口。

作为优选，所述的模拟量输入模块包括带有模数转换功能的4ma至20ma的直流模拟量输入模块、带有模数转换功能的620V或690V的交流模拟量输入模块和带有模数转换功能的1A或5A的交流模拟量输入模块。这样设置，可以直接与一些模拟量输出的监测器进行直接连接，省去了模拟量的变换。

作为优选，所述的监控处理终端还包括人机交互模块，所述的人机交互模块通过与所述的电路连接模块与CPU模块电连接。

一种风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法，适用于本权利要求7所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，所述的风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法包括以下控制方法：

步骤一：对风力发电箱式变压器进行本地控制方式或远程控制方式进行选择；

步骤二：进行数据采集，采样内容包括：风力发电箱式变压器油温、油位、压力释放阀状态、轻重瓦斯继电器状态、高低压侧断路器状态、高低压侧熔断器状态、低压侧电流、低压侧电压；

步骤三：判断压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态，当压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态为真时，发出低压侧断路器跳闸命令；当轻瓦斯继电器状态和油温超温状态为真时，则发出告警命令；若压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态均为假，则读取并执行设定则读取并执行参数设定或操作命令并执行这些命令，如过没有该类命令，进入下一步；

步骤四：判断电气量保护是否符合设定要求：保护元素有过流保护、过压保护、过低压保护和零序电流保护是否符合设定要求，当保护元素超过设定值时发出保护跳闸命令； 

步骤五：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统记录采样原始数据，包括故障前数据、故障数据和故障后数据三个阶段；

步骤六：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统将步骤三中的所有采样数据主动发送到后台计算机， 同时在远程和本地显示告警或保护跳闸信息；

步骤七：智能监控终端存储各中采样数据和计算数据，其中采样数据包括步骤1中采集的所有数据，计算数据包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电流和电压，后台计算机周期性地调取所有存储数进行分析、备份。

作为优选，所述的步骤三中，读取并执行设定或操作命令，分为两种情况：参数设置和操作开关：

参数设置：将新参数写入配置文件，确认后生效；

操作开关：立即将开关操作命令发送到开关量输出模块，执行命令。

本发明的实质性效果是：本发明通过检测传感器系统将风力发电箱式变压器的运行数据进行收集，通过监控处理终端进行直接现场反馈，执行保护和告警动作，同时也输出至后台计算机进行存储和图形化显示，本发明能进行多种变量数据同步监控、安全数据获取充分。

附图说明

图1为本发明的一种电路原理示意图。

图中：1、后台计算机，2、检测传感器系统，3、监控处理终端，4、风力发电箱式变压器，5、第三方监控设备，6、控制继电器，7、电源模块，8、电路连接模块，9、CPU模块，10、人机交互模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

一种风力发电箱式变压器智能监控系统（参见附图1），适用于风力发电箱式变压器4，包括监控处理终端3、检测传感器系统2和后台计算机1，所述的检测传感器系统2配设在风力发电箱式变压器上，检测传感器系统2的输出端与监控处理终端3电连接，所述的监控处理终端3与所述的后台计算机1通讯连接，监控处理终端3还与风力发电箱式变压器4的控制继电器6。所述的监控处理终端3包括人机交互模块10、电源模块7、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、CPU模块9、通讯模块和电路连接模块8，所述的人机交互模块10、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通讯模块均通过电路连接模块8与CPU模块9电连接。监控处理终端3由电源模块7供电。电路连接模块8每个连接口之间均具有高低压和磁场隔离作用。检测传感器系统包括压力释放阀传感器、油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器、油温传感器、电流互感器和电压器互感器，所述的油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器和油温传感器均与所述的开关量输入模块电连接，所述的电流互感器和电压器互感器均与模拟量输入模块电连接。监控处理终端3中的开关量输出模块与风力发电箱式变压器的控制继电器6电连接，所述的模拟量输出模块与第三方监控设备5电连接。监控处理终端3还包括模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块，所述的模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块均通过电路连接模块与CPU 模块电连接。模拟量输入模块包括带有模数转换功能的4ma至20ma的直流模拟量输入模块、带有模数转换功能的620V或690V的交流模拟量输入模块和带有模数转换功能的1A或5A的交流模拟量输入模块。

一种风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法，适用于本权利要求7所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，所述的风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法包括以下控制方法：

步骤一：对风力发电箱式变压器进行本地控制方式或远程控制方式进行选择；

步骤二：进行数据采集，采样内容包括：风力发电箱式变压器油温、油位、压力释放阀状态、轻重瓦斯继电器状态、高低压侧断路器状态、高低压侧熔断器状态、低压侧电流、低压侧电压；

步骤三：判断压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态，当压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态为真时，发出低压侧断路器跳闸命令；当轻瓦斯继电器状态和油温超温状态为真时，则发出告警命令；若压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态均为假，则读取并执行设定则读取并执行参数设定或操作命令并执行这些命令，如过没有该类命令，进入下一步；

步骤四：判断电气量保护是否符合设定要求：保护元素有过流保护、过压保护、过低压保护和零序电流保护是否符合设定要求，当保护元素超过设定值时发出保护跳闸命令； 

步骤五：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统记录采样原始数据，包括故障前数据、故障数据和故障后数据三个阶段；

步骤六：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统将步骤三中的所有采样数据主动发送到后台计算机， 同时在远程和本地显示告警或保护跳闸信息；

步骤七：智能监控终端存储各中采样数据和计算数据，其中采样数据包括步骤1中采集的所有数据，计算数据包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电流和电压，后台计算机周期性地调取所有存储数进行分析、备份。

所述的步骤一中，如果选择本地控制方式，用户只能通过人机交互模块设置参数、操作控制继电器，风力发电箱式变压器智能监控系统的异步输入按优先级从高到低依次为：模拟量输入模块和开关量输入模块、人机交互模块和内部时钟；如果选择远程控制方式，用户只能通过后台计算机设置参数、操作控制继电器，风力发电箱式变压器智能监控系统的异步输入按优先级从高到低依次为：模拟量输入模块和开关量输入模块、后台计算机和内部时钟。

本实施例集风电变压器的电气量保护和非电气量保护、监测、故障记录、事件记录、电能质量监测于一体，大大地节省了用户的采购成本，提高了经济效益。此外，在硬件设计方面， 模拟量输入模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输入模块分别为单独模块，从装置的背面插入，拥有独立的通讯模块。 电路连接模块上有冗余I/O插槽，这样奠定了系统扩展性的基础。用户可以根据现场需要扩大或缩小监控范围，可增加或减少I/O模块，然后通过软件管理系统配置所需功能和参数。该系统接线简单，每台智能终端只需一条光纤于主控室通讯，避免了传统监控系统采用大量通讯线，信号线（4-20mA）所带来的复杂性和经济成本。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种风力发电箱式变压器智能监控系统，适用于风力发电箱式变压器，其特征在于：包括监控处理终端、检测传感器系统和后台计算机，所述的检测传感器系统配设在风力发电箱式变压器上，检测传感器系统的输出端与监控处理终端电连接，所述的监控处理终端与所述的后台计算机通讯连接，监控处理终端还与风力发电箱式变压器的控制继电器连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的监控处理终端包括电源模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、CPU模块、通讯模块和电路连接模块，所述的模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通讯模块均通过电路连接模块与CPU模块电连接。

3.根据权利要求2所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的检测传感器系统包括压力释放阀传感器、油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器、油温传感器、电流互感器和电压器互感器，所述的油位过低传感器、油位过高传感器、轻瓦斯传感器、重瓦斯传感器和油温传感器均与所述的开关量输入模块电连接，所述的电流互感器和电压器互感器均与模拟量输入模块电连接。

4.根据权利要求3所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的监控处理终端中的开关量输出模块与风力发电箱式变压器的控制继电器电连接，所述的模拟量输出模块与第三方监控设备电连接。

5.根据权利要求2或3或4所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的监控处理终端还包括模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块，所述的模拟量输入备用模块、开关量输入备用模块和开关量输出备用模块均通过电路连接模块与CPU 模块电连接。

6.根据权利要求2或3或4所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的模拟量输入模块包括带有模数转换功能的4ma至20ma的直流模拟量输入模块、带有模数转换功能的620V或690V的交流模拟量输入模块和带有模数转换功能的1A或5A的交流模拟量输入模块。

7.根据权利要求4所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的监控处理终端还包括人机交互模块，所述的人机交互模块通过与所述的电路连接模块与CPU模块电连接。

8.一种风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法，适用于本权利要求7所述的风力发电箱式变压器智能监控系统，其特征在于：所述的风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法包括以下控制方法：

步骤一：对风力发电箱式变压器进行本地控制方式或远程控制方式进行选择；

步骤二：进行数据采集，采样内容包括：风力发电箱式变压器油温、油位、压力释放阀状态、轻重瓦斯继电器状态、高低压侧断路器状态、高低压侧熔断器状态、低压侧电流、低压侧电压；

步骤三：判断压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态，当压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态为真时，发出低压侧断路器跳闸命令；当轻瓦斯继电器状态和油温超温状态为真时，则发出告警命令；若压力释放阀、重瓦斯继电器状态和油温超高温状态均为假，则读取并执行设定则读取并执行参数设定或操作命令并执行这些命令，如过没有该类命令，进入下一步；

步骤四：判断电气量保护是否符合设定要求：保护元素有过流保护、过压保护、过低压保护和零序电流保护是否符合设定要求，当保护元素超过设定值时发出保护跳闸命令； 

步骤五：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统记录采样原始数据，包括故障前数据、故障数据和故障后数据三个阶段；

步骤六：如果步骤三或四中的任何一种跳闸命令发生，风力发电箱式变压器智能监控系统将步骤三中的所有采样数据主动发送到后台计算机， 同时在远程和本地显示告警或保护跳闸信息；

步骤七：智能监控终端存储各中采样数据和计算数据，其中采样数据包括步骤1中采集的所有数据，计算数据包括有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电流和电压，后台计算机周期性地调取所有存储数进行分析、备份。

9.根据权利要求4所述的风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法，其特征在于：所述的步骤一中，如果选择本地控制方式，用户只能通过人机交互模块设置参数、操作控制继电器，风力发电箱式变压器智能监控系统的异步输入按优先级从高到低依次为：模拟量输入模块和开关量输入模块、人机交互模块和内部时钟；如果选择远程控制方式，用户只能通过后台计算机设置参数、操作控制继电器，风力发电箱式变压器智能监控系统的异步输入按优先级从高到低依次为：模拟量输入模块和开关量输入模块、后台计算机和内部时钟。

10.根据权利要求9所述的风力发电箱式变压器智能监控系统控制方法，其特征在于：所述的步骤三中，读取并执行设定或操作命令，分为两种情况：参数设置和操作开关：

参数设置：将新参数写入配置文件，确认后生效；

操作开关：立即将开关操作命令发送到开关量输出模块，执行命令。