CN105137350B - 一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法。硬件结构包括现场侧，现场侧与集控中心侧连接；所述的现场侧包括OPC服务器，OPC服务器与通讯管理机连接，通讯管理机与第一三层交换机连接，第一三层交换机与纵向加密装置连接；所述的集控中心侧包括纵向解密装置，纵向解密装置与第二三层交换机连接，第二三层交换机与实时数据库及控制服务器集群连接，第二三层交换机还连接有系统监视终端；所述的纵向加密装置与纵向解密装置连接。本发明具有对风电机组进行精细化管理及监控，提高工作效率，提高风电机的可利用率及降低劳动强度的特点。

Description

一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测方法，特别是一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法。

背景技术

随着我国计算机技术和通信技术的迅猛发展，计算机监控技术应用于电力行业自动化控制的可靠性越来越高，已实现了机组自动化由现场集中自动化控制到远方自动化控制的飞跃。远方计算机监控(集控中心)目前在国内的电力行业在大力推广，并且已成为趋势。但目前的集控中心主要存在以下缺点：目前电力行业的集控中心对发电机组的运行状态划分不够细致，其主要划分为运行、停止和故障，该划分不能精细化地对发电机组进行管理监控，在发电机出现其他异常状况时，不能及时进行处理，还需技术人员到现场逐步排查，不仅效率低，而且劳动强度大。

发明内容

本发明的目的，是提供一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法。本发明具有对风电机组进行精细化管理及监控，提高工作效率，提高风电机的可利用率及降低劳动强度的特点。

本发明是这样实现的。一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，硬件结构包括现场侧，现场侧与集控中心侧连接；所述的现场侧包括OPC服务器，OPC服务器与通讯管理机连接，通讯管理机与第一三层交换机连接，第一三层交换机与纵向加密装置连接；所述的集控中心侧包括纵向解密装置，纵向解密装置与第二三层交换机连接，第二三层交换机与实时数据库及控制服务器集群连接，第二三层交换机还连接有系统监视终端；所述的实时数据库及控制服务器集群包括实时服务器，实时服务器旁设有应用服务器，应用服务器旁设有远控服务器；所述的实时服务器与磁盘阵列连接；所述的实时服务器，应用服务器和远控服务器均与第二三层交换机连接；所述的纵向加密装置与纵向解密装置连接。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的应用服务器用于对风电机状态进行划分和风电机的技术性能指标计算；所述的远控服务器用于执行风电机的启动、停止、复位命令和风场群负荷控制命令；所述的OPC服务器用于采集风电机参数。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风电机状态包括正常运行、故障停机、自身限负荷、检修停机、通讯中断、待机、调度限负荷和调度停机八个状态。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的调度限负荷包括风电机调度限负荷及标杆风电机调度限负荷；所述的标杆风电机调度限负荷状态的判断公式为，杆风风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且杆风风电机的有功功率>0。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风电机的技术性能指标计算包括远动率，可利用率和能量利用率；所述的远动率和可利用率以风电机状态持续时间进行计算，具体的计算公式如下：

所述的可利用率计算公式为：

其中T为统计时间，T＝T₁+T₂+T₃+T₄+T₅+T₆+T₇+T₈；所述的T₁＝正常运行时间，T₂＝故障停机时间，T₃＝自身限负荷时间，T₄＝检修停机时间，T₅＝通讯中断时间，T₆＝待机时间，T₇＝调度限负荷时间，T₈＝调度停机时间；

所述的能量利用率计算公式如下：

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风场群负荷控制命令是通过风场级控制点控制整个风场的风电机负荷的命令；所述的风场群负荷控制命令包括已下达状态码和未下达状态码；所述的已下达状态码的值为1，未下达状态码的值为0。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风电机参数包括风机状态码、风机测点、风机故障码和风机故障总测点状态及风场群负荷控制命令；所述的风电机故障总测点状态通过风机故障码进行分析，风电机故障总测点状态包括正常状态和故障状态；所述的正常状态的值为0，故障状态的值为1。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风机状态码包括运行状态码、停机状态码、服务/检修状态码、通讯中断状态码和待机状态码。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风机测点包括风速、有功功率、机舱方位、风向、变桨角度、发电量、功率因素、发电机转速和齿轮箱油温。

前述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法中，所述的风电机状态的判断公式为，

1)正常运行状态：风机状态码＝运行状态码，且风电机的有功功率>70％风电机理论功率；

2)故障停机状态：风机状态码＝停机码，且风电机故障总测点状态＝故障状态；

3)自身限负荷状态：风机状态码＝运行状态码，风场群负荷控制命令＝未下达状态，风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且风电机的有功功率>0；

4)检修停机状态：风机状态码＝服务/检修状态码；

5)通讯中断状态：风机状态码＝通讯中断状态码；

6)待机状态：风机状态码＝待机状态码，且风电机的有功功率<＝0；

7)调度限负荷状态：风机状态码＝运行状态码，风电机的有功功率>0，且风场群负荷控制命令＝已下达状态；

8)调度停机状态：风机状态码＝停机码，且风场群负荷控制命令＝已下达状态。

与现有技术比较，本发明通过对风电机运行时的参数的采集，再经过一系列判断公式将风电机运行状况细分为八个状态，该八个状态较原有的运行、停止和故障三个状态更准确地反应了风电机的运行状况，实现了对风电机组的精细化管理及监控；本发明将通过对风电机的运行状态详细划分为八个状态，并将该八个状态实时的反映在系统监视终端，技术人员可直观快速地知晓风电机的运行状况，并可通过运行状况快速地进行风电机故障处理，如复位、停止或通知检修人员到场维修，不再需要仔细查询相关具体参数后才进行进一步动作，不仅提高了工作效率，还极大地减少了工作量及劳动强度。由于提高了风电机的故障处理效率，缩短了风电机的停机时间，提高了风电机的可利用率，让风机的发电效率有了进一步的提升。在未采用本发明时，一名操作员最多可监测30台风电机；使用本发明后，一名操作员最多可监测150台风电机，其工作工作效率提升5倍。本发明通过八个状态的划分，首次对提出了远动率指标，该指标确切的统计了现场风电机对于集控中心可控时间的百分比，填补了集控中心对于现场管理的空缺；在未划分八个状态，且未提出远动率指标时，集控中心无法监测到现场风机的通讯中断状态时间，单一地通过可利用率监测，无法对风机的运行情况做出准确判断；在划分八个状态，且提出远动率指标后，通过远动率，可考核现场风机的远动状态，精确测算出了现场风机的通讯中断时间，进一步实现了集控中心的的远程精细化管理。本发明首次提出了能量利用率指标，从该指标可清晰、直观的展现现场风电机对于风资源的利用情况，在未提出能量利用率指标前，是通过风速功率曲线进行监测，但该监测方法较为单调，查询时较为繁琐，在能量利用率指标提出后，通过一个数值即可展现出单台风机、风场、区域的风资源利用情况，大大的提高了工作效率。本发明通过有针对性地采集10余项风电机参数，并通过该10余项参数对风电机状态判断后划分为八个状态，取代传统需采集100余项参数对风电机进行监测的方法，极大的降低了服务器的计算负担，提升了系统的效率。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图。

附图标记为：1-现场侧，2-集控中心侧，3-OPC服务器，4-通讯管理机，5-第一三层交换机，6-纵向加密装置，7-纵向解密装置，8-第二三层交换机，9-实时数据库及控制服务器集群，10-实时服务器，11-应用服务器，12-远控服务器，13-磁盘阵列，14-系统监视终端。

具体实施方式

实施例。一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法硬件结构如图1所示，包括现场侧1，现场侧1与集控中心侧2连接；所述的现场侧1包括OPC服务器3，OPC服务器3与通讯管理机4连接，通讯管理机4与第一三层交换机5连接，第一三层交换机5与纵向加密装置6连接；所述的集控中心侧2包括纵向解密装置7，纵向解密装置7与第二三层交换机8连接，第二三层交换机8与实时数据库及控制服务器集群9连接，第二三层交换机8还连接有系统监视终端14；所述的实时数据库及控制服务器集群9包括实时服务器10，实时服务器10旁设有应用服务器11，应用服务器11旁设有远控服务器12；所述的实时服务器10与磁盘阵列13连接；磁盘阵列13用于存储从现场侧1接收的所有数据；所述的实时服务器10，应用服务器11和远控服务器12均与第二三层交换机8连接；所述的纵向加密装置6与纵向解密装置7连接。

前述的应用服务器11用于对风电机状态进行划分和风电机的技术性能指标计算；所述的远控服务器12用于执行风电机的启动、停止、复位命令和风场群负荷控制命令；所述的OPC服务器3用于采集风电机参数。

前述的风电机状态包括正常运行、故障停机、自身限负荷、检修停机、通讯中断、待机、调度限负荷和调度停机八个状态。

前述的调度限负荷包括风电机调度限负荷及标杆风电机调度限负荷；所述的标杆风电机调度限负荷状态的判断公式为，杆风风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且杆风风电机的有功功率>0。上述的标杆风电机是各风场经过长时间观测，对比选出来的最具代表性的风机，其特点是：风况较好，出力较高和故障率低。

前述的风电机的技术性能指标计算包括远动率，可利用率和能量利用率；所述的远动率和可利用率以风电机状态持续时间进行计算，具体的计算公式如下：

所述的可利用率计算公式为：

其中T为统计时间，T＝T₁+T₂+T₃+T₄+T₅+T₆+T₇+T₈；所述的T₁＝正常运行时间，T₂＝故障停机时间，T₃＝自身限负荷时间，T₄＝检修停机时间，T₅＝通讯中断时间，T₆＝待机时间，T₇＝调度限负荷时间，T₈＝调度停机时间；

所述的能量利用率计算公式如下：

上述能量利用率公式用于计算单台风电机时，“发电量”为单台风电机发电量，“标杆发电量”为标杆风电机发电量；用于计算风场能量利用率时，“发电量”为风场中所有风电机发电量总和，“标杆发电量”为标杆风电机发电量×风场的风电机总数。

前述的风场群负荷控制命令是通过风场级控制点控制整个风场的风电机负荷的命令；所述的风场群负荷控制命令包括已下达状态码和未下达状态码；所述的已下达状态码的值为1，未下达状态码的值为0。

前述的风电机参数包括风机状态码、风机测点、风机故障码和风机故障总测点状态及风场群负荷控制命令；所述的风电机故障总测点状态通过风机故障码进行分析，风电机故障总测点状态包括正常状态和故障状态；所述的正常状态的值为0，故障状态的值为1。

前述的风机状态码包括运行状态码、停机状态码、服务/检修状态码、通讯中断状态码和待机状态码。

前述的风机测点包括风速、有功功率、机舱方位、风向、变桨角度、发电量、功率因素、发电机转速和齿轮箱油温。上述的风机测点是现有的用来监测风机的必要参数，通过这些参数即可了解现场风电机是否具备相应的控制条件。

前述的风电机状态的判断公式为，

1)正常运行状态：风机状态码＝运行状态码，且风电机的有功功率>70％风电机理论功率；

2)故障停机状态：风机状态码＝停机码，且风电机故障总测点状态＝故障状态；

3)自身限负荷状态：风机状态码＝运行状态码，风场群负荷控制命令＝未下达状态，风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且风电机的有功功率>0；

4)检修停机状态：风机状态码＝服务/检修状态码；

5)通讯中断状态：风机状态码＝通讯中断状态码；

6)待机状态：风机状态码＝待机状态码，且风电机的有功功率<＝0；

7)调度限负荷状态：风机状态码＝运行状态码，风电机的有功功率>0，且风场群负荷控制命令＝已下达状态；

8)调度停机状态：风机状态码＝停机码，且风场群负荷控制命令＝已下达状态。

本发明的工作原理为：通过现场侧1的OPC服务器3采集风电机参数，并将采集的参数经通讯管理机4传送给第一三层交换机5，第一三层交换机5又传递给纵向加密装置6，经纵向加密装置6加密后传送到集控中心侧2的纵向解密装置7进行经解密，解密后又经第二三层交换机8传给实时服务器10，此时，应用服务器11又通过第二三层交换机8调取实时服务器10的这些参数进行分析、计算，将发电机组运行情况分为正常运行、故障停机、自身限负荷、检修停机、通讯中断、待机、调度限负荷和调度停机八个状态，并对风电机的各项技术性能指标如远动率、能量利用率等进行计算，之后经第二三层交换机8反映在系统监视终端14，技术员根据系统监视终端14监测各风电机的运行状况，并根据运行状况通过远控服务器12对风电机进行远端控制，远端控制如执行风电机的启动、停止、复位命令和风场群负荷控制命令，或根据监测情况通知检修人员到现场检修。

Claims (9)

1.一种基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：硬件结构包括现场侧(1)，现场侧(1)与集控中心侧(2)连接；所述的现场侧(1)包括OPC服务器(3)，OPC服务器(3)与通讯管理机(4)连接，通讯管理机(4)与第一三层交换机(5)连接，第一三层交换机(5)与纵向加密装置(6)连接；所述的集控中心侧(2)包括纵向解密装置(7)，纵向解密装置(7)与第二三层交换机(8)连接，第二三层交换机(8)与实时数据库及控制服务器集群(9)连接，第二三层交换机(8)还连接有系统监视终端(14)；所述的实时数据库及控制服务器集群(9)包括实时服务器(10)，实时服务器(10)旁设有应用服务器(11)，应用服务器(11)旁设有远控服务器(12)；所述的实时服务器(10)与磁盘阵列(13)连接；所述的实时服务器(10)，应用服务器(11)和远控服务器(12)均与第二三层交换机(8)连接；所述的纵向加密装置(6)与纵向解密装置(7)连接；通过现场侧(1)的OPC服务器(3)采集风电机参数，并将采集的参数经通讯管理机(4)传送给第一三层交换机(5)，第一三层交换机(5)又传递给纵向加密装置(6)，经纵向加密装置(6)加密后传送到集控中心侧(2)的纵向解密装置(7)进行解密，经解密后，又经第二三层交换机(8)传给实时服务器(10)，应用服务器(11)通过第二三层交换机(8)调取实时服务器(10)的解密后参数进行分析、计算，将发电机组运行情况分为正常运行、故障停机、自身限负荷、检修停机、通讯中断、待机、调度限负荷和调度停机八个状态，对风电机的技术性能指标进行计算。

2.如权利要求1所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的应用服务器(11)用于对风电机状态进行划分和风电机的技术性能指标计算；所述的远控服务器(12)用于执行风电机的启动、停止、复位命令和风场群负荷控制命令；所述的OPC服务器(3)用于采集风电机参数。

3.如权利要求2所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的调度限负荷包括风电机调度限负荷及标杆风电机调度限负荷；所述的标杆风电机调度限负荷状态的判断公式为，杆风风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且杆风风电机的有功功率＞0。

4.如权利要求2所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风电机的技术性能指标计算包括远动率，可利用率和能量利用率；所述的远动率和可利用率以风电机状态持续时间进行计算，具体的计算公式如下：

所述的可利用率计算公式为：

其中T为统计时间，T＝T₁+T₂+T₃+T₄+T₅+T₆+T₇+T₈；所述的T₁＝正常运行时间，T₂＝故障停机时间，T₃＝自身限负荷时间，T₄＝检修停机时间，T₅＝通讯中断时间，T₆＝待机时间，T₇＝调度限负荷时间，T₈＝调度停机时间；

所述的能量利用率计算公式如下：

5.如权利要求2所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风场群负荷控制命令是通过风场级控制点控制整个风场的风电机负荷的命令；所述的风场群负荷控制命令包括已下达状态码和未下达状态码；所述的已下达状态码的值为1，未下达状态码的值为0。

6.如权利要求2所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风电机参数包括风机状态码、风机测点、风机故障码和风机故障总测点状态及风场群负荷控制命令；所述的风电机故障总测点状态通过风机故障码进行分析，风电机故障总测点状态包括正常状态和故障状态；所述的正常状态的值为0，故障状态的值为1。

7.如权利要求6所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风机状态码包括运行状态码、停机状态码、检修状态码、通讯中断状态码和待机状态码。

8.如权利要求6所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风机测点包括风速、有功功率、机舱方位、风向、变桨角度、发电量、功率因素、发电机转速和齿轮箱油温。

9.如权利要求2所述的基于八个状态的风力发电机组性能监测方法，其特征在于：所述的风电机状态的判断公式为，

1)正常运行状态：风机状态码为运行状态码，且风电机的有功功率＞70％风电机理论功率；

2)故障停机状态：风机状态码为停机码，且风电机故障总测点状态＝故障状态；

3)自身限负荷状态：风机状态码为运行状态码，风场群负荷控制命令为未下达状态，风电机的有功功率<＝30％风电机理论功率，且风电机的有功功率＞0；

4)检修停机状态：风机状态码为检修状态码；

5)通讯中断状态：风机状态码为通讯中断状态码；

6)待机状态：风机状态码为待机状态码，且风电机的有功功率<＝0；

7)调度限负荷状态：风机状态码为运行状态码，风电机的有功功率＞0，且风场群负荷控制命令为已下达状态；

8)调度停机状态：风机状态码为停机码，且风场群负荷控制命令为已下达状态。