CN104682566B - 一种新能源电站故障识别和状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种新能源电站故障识别和状态监测系统，包括采集层、通信层以及综合处理层，所述采集层通过所述通信层与所述综合处理层通信连接，所述综合处理层包括通过通信连接的综合应用模块和数据管理模块。使用本发明能够检测站内各个母线、线路及设备的电压电流的高频采样数据，从而能够智能判断振荡源、谐波源和短路故障，方便工作人员提供紧急反措方案，本发明还能够利用风电场内的历史运行数据和实时设备运行数据实现新能源电站设备运行的综合评估、智能预警等功能。

Description

一种新能源电站故障识别和状态监测系统

技术领域

本发明涉及新能源电站故障识别及状态监测领域，特别是涉及一种新能源电站故障识别和状态监测系统。

背景技术

截止2014年9月，中国风力发电全国累计并网容量达8497万千瓦，光伏发电全国累计装机容量超过2000万千瓦，风力发电及光伏发电已经成为具有相当规模的产业。随着风力发电以及光伏发电容量在区域电网中所占比例越来越大，为电力系统带来了发展机遇的同时也给其安全稳定运行和调度控制等诸多方面带来了新的挑战。大型风电场及光伏电站的接入点多为电网末端，其区域电网属于弱电网，电压稳定性差。

大量研究结果表明，电压稳定性越差的电网有功、无功的变化对系统电压的影响越加灵敏。在电压稳定性差的电网中易形成电压崩溃、电网振荡、谐振等问题，这些电网故障状态都将影响风机的正常运行，特别是电网振荡，不仅使风电及光伏逆变器等设备报出故障而停机，影响设备的可利用率，而且在电网振荡严重的地区甚至会影响到电站内的用电设备寿命。另外，风电场及光伏电站内的集电线路容易因为绝缘子等设备的质量因素发生短路故障，每次故障均会耗费变电人员大量时间巡检线路，由此产生的发电量损失亦是巨大的。

目前风电场及光伏电站升压站内均安装有电能质量及继电保护录播设备，但它们的监控范围仅在升压站内，未涉及到单台风机出口或光伏逆变器出口，因此，当集电线路发生故障后是无法判断故障点区域范围的。同时这些设备也不具备智能模式识别功能，而且在升压站中控室内也没有安装人机交互界面，无法快速的让值班人员知晓故障类型(电网振荡、谐振、短路故障等)，从而会导致升压站内的运行检修耗费大量人力物力，且无法提前预知设备运行状态，在诸类情况下往往都是在设备出现故障后才对其进行处理，不具有计划性。

专利CN103178617A提到了一种应用于电力系统的电网运行状态监控与分析系统，包括：采集客户端、终端服务器和数据存储器，其中采集客户端通过连接一个区域内各个电网变电设备来获取其220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，采集客户端连接至终端服务器，数据存储器与终端服务器连接。其改进设计在于:进一步包括与采集客户端连接的数据采集节点，它包括一个信号收发器，用于接收其周围的一个设定区域内的所述信号；一个地理信息处理器，用于确认设定区域内的新变电设备的位置信息；一个信号控制器，用于对来自预设区域内的全部变电设备的信号进行数据处理。其中，信号收发器分别连接至信号控制器和地理信息处理器，通过信号收发器获取所述设定区域内的若干个信号，通过地理信息处理器中的信号强度最大值来决定此信号的位置信息，随后通过信号控制器来处理所接收到的信号并通过信号收发器发送至采集客户端。

上述专利中所提到的方法需利用采集客户端通过连接一个区域内各个电网变电设备来获取其220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，并通过对线路及主变等设定相应的不同程度的报警门槛值实现状态监测，提供紧急情况下的限电策略。但该状态监测系统主要针对于输电网，而非风电场或光伏电站内系统，且该方法没有检测风电场及光伏电站内各条集电线路，若发生电网故障如振荡、谐振、短路故障等，无法智能判断振荡源、谐波源及短路故障点，也未将运行数据存储，无法进行风电场或光伏电站运行智能评估及智能预警。

由此可见，上述现有的应用在电力系统中的电网运行状态监控与分析系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的新能源电站故障识别和状态监测系统,实属当前重要研发课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新能源电站故障识别和状态监测系统，使其能够通过监控风电场电网工作数据及设备运行数据，确定风电场内故障类型和设备健康状态，并在中控的人机交互界面发出告警并提供应急解决方案，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种新能源电站故障识别和状态监测系统，包括采集层、通信层以及综合处理层，所述采集层通过所述通信层与所述综合处理层通信连接，所述综合处理层包括通过通信连接的综合应用模块和数据管理模块。

作为本发明的一种改进，所述采集层包括相互独立设置且与新能源电站连接的升压站电网检测模块、新能源设备单机并网检测模块以及设备运行状态监测模块。

所述通信层为有线通信信道。

所述的通信层包括RS485/232/422以及TCP/IP规约转换器，所述RS485/232/422与所述TCP/IP规约转换器串行连接。

所述综合处理层还包括关系数据库模块，所述数据管理模块与所述关系数据库模块通信连接。

所述采集层还包括相互独立设置且对新能源电站起保护作用的线路保护模块、主变保护模块、110V或220V保护模块以及35kV保护模块。

所述线路保护模块为线路继电保护装置，所述主变保护模块为主变继电保护装置，所述110kV或220kV保护模块以及所述35kV保护模块为母线继电保护装置。

所述综合处理层还包括与综合应用模块通信连接的前置端人机交互控制模块。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明可以适用在风电场和光伏电站中；

2、本发明可以通过检测新能源电站站内各个母线、线路及设备的电压电流高频采样数据智能判断出振荡源、谐波源以及短路故障，方便工作人员提供紧急反措方案；

3、本发明可以利用风电场内的历史运行数据和实时运行数据实现新能源电站运行的综合评估、智能预警等功能。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明新能源电站电网故障识别和设备状态监测系统的硬件逻辑构架框图。

具体实施方式

本发明主要针对大规模并网风电场或光伏电站，通过检测站内各个设备及集电线路的电网运行数据智能判断电站运行状态。另外，本发明可以通过检测新能源电站站内各个母线、线路及设备的电压电流高频采样数据智能判断出振荡源、谐波源以及短路故障，方便工作人员提供紧急反措方案。总的来说，本发明可以利用风电场内的历史运行数据和实时运行数据实现新能源电站运行的综合评估、智能预警等功能。

请参阅图1所示的具体实施例，这种具体的新能源电站故障识别和状态监测系统在逻辑上分为综合处理层、通信层、采集层三个层次，在每个层次中又可划分为若干子层次和模块，各层次和模块形成统一的整体，协调完成系统完整的功能。采集层通过所述通信层与综合处理层通信连接，综合处理层包括通过通信连接的综合应用模块和数据管理模块，采集层包括相互独立设置且与新能源电站连接的升压站电网检测模块、新能源设备单机并网检测模块以及设备运行状态监测模块。

通信层为有线通信信道，具体地，通信层包括RS485/232/422以及TCP/IP规约转换器，RS485/232/422与TCP/IP规约转换器串行连接。

综合处理层还包括关系数据库模块与前置端人机交互控制模块，数据管理模块与关系数据库模块通信连接，前置端人机交互控制模块与综合应用模块通信连接。

采集层还包括相互独立设置且对新能源电站起保护作用的线路保护模块、主变保护模块、110V或220V保护模块以及35kV保护模块，线路保护模块为线路继电保护装置，主变保护模块为主变继电保护装置，110kV或220kV保护模块以及35kV保护模块为母线继电保护装置。

采集层是采集系统的信息底层，负责采集和提供整个新能源电站的原始数据，并执行采集动作请求，反馈执行结果。

通信层是采集层和综合处理层的纽带，提供有线通信信道，为综合处理层和采集层的信息交互提供链路基础，用于设备数据传输、控制命令传输及GPS对时。

升压站电网检测模块的功能是检测升压站内外输送线路及集电线路的电流、功率，检测升压站内主变高压侧及电压侧的电流、功率，检测升压站的母线电压，同时，在升压站内的二次回路上利用高频采样系统对上述检测值进行采样检测。

设备运行状态监测模块的功能是检测升压站主变油温、站内开关以及线路温度。

新能源设备单机并网检测模块的功能是检测新能源电站设备并网点的电压、电流以及功率。

线路保护模块、主变保护模块、110kV或220kV保护模块以及35kV保护模块通过TCP/IP规约转换器将保护动作信号发送给综合应用模块，用于高频采样故障录播触发及告警。

综合应用模块的功能是实现系统的各种采集管理功能，包括升压站运行评估、电网稳定性评估、电网稳定预警分析、设备运行预警分析、电网故障智能识别及告警、运行设备监控告警等基于所采集原始数据的各类统计分析应用的业务逻辑。具体包括对电网故障时所记录的高采样频率数据进行分析，用于故障模式识别和故障点的判断；对低采样频率的运行数据进行分析，用于风电场运行评估、电网稳定预警分析；对升压站设备运行状态监测数据进行分析，用于升压站设备运行预警分析。

前置端人机交互模块包括风电场电网运行状态界面、实时告警及历史告警记录界面、故障警告及智能识别界面、风电场运行评估界面、电网稳定预警分析界面、设备运行预警分析界面、设备运行状态监控界面、设备异常状态告警界面。前置端人机交互控制模块用于人机交互，通知风电场变电人员相关告警信息并方便其实施相关紧急反措方案，具体地，负责设备管理、综合查询、人工触发采集业务指令的下发，并接收终端控制执行指令对带控制功能的设备执行结果的相关反馈信号。

数据管理模块的功能是根据采集任务调度机制进行设备状态信息、操作信息等的采集，负责多种通信方式采集设备的网络接入和通信报文的规约解析和转换，完成数据入库和转发等功能。

关系数据库模块包括升压站电网高频采样数据库、新能源设备单机并网高频采样数据库、升压站低频采样运行数据库、新能源设备单机并网低频采样运行数据库、升压站设备运行状态监测数据库。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于包括采集层、通信层以及综合处理层，所述采集层通过所述通信层与所述综合处理层通信连接，所述采集层包括相互独立设置且与新能源电站连接的升压站电网检测模块、新能源设备单机并网检测模块以及设备运行状态监测模块；所述综合处理层包括通过通信连接的综合应用模块和数据管理模块；

其中，所述升压站电网检测模块，用于检测升压站内外输送线路及集电线路的电流、功率，检测升压站内主变电压侧的电流、功率，检测升压站的母线电压，同时在升压站内的二次回路上利用高频采样系统对上述检测值进行采样检测；

所述新能源设备单机并网检测模块，用于检测新能源电站设备并网点的电压、电流以及功率；

所述设备运行状态监测模块，用于检测升压站主变油温、站内开关以及线路温度；

所述通信层，用于所述采集层和综合处理层之间的设备数据传输、控制命令传输及GPS对时；

所述综合应用模块，用于实现整个系统的各种采集管理功能，包括升压站运行评估、电网稳定性评估、电网稳定预警分析、设备运行预警分析、电网故障智能识别及告警、运行设备监控告警；

所述数据管理模块，用于根据采集任务调度机制进行设备状态信息、操作信息的采集，负责多种通信方式采集设备的网络接入和通信报文的规约解析和转换，完成数据入库和转发功能。

2.根据权利要求1所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述通信层为有线通信信道。

3.根据权利要求2所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述的通信层包括RS485/232/422以及TCP/IP规约转换器，所述RS485/232/422与所述TCP/IP规约转换器串行连接。

4.根据权利要求1所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述综合处理层还包括关系数据库模块，所述数据管理模块与所述关系数据库模块通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述采集层还包括相互独立设置且对新能源电站起保护作用的线路保护模块、主变保护模块、110V或220V保护模块以及35kV保护模块。

6.根据权利要求5所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述线路保护模块为线路继电保护装置，所述主变保护模块为主变继电保护装置，所述110kV或220kV保护模块以及所述35kV保护模块为母线继电保护装置。

7.根据权利要求1所述的一种新能源电站故障识别和状态监测系统，其特征在于所述综合处理层还包括与综合应用模块通信连接的前置端人机交互控制模块。