CN105353272B - 一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电场单环网多点故障和接触不良/通信衰减快速定位方法，包括以下步骤：主站周期性的发送心跳报文，子站收到心跳报文后，将子站自身的状态信息加到心跳报文中，然后转发下一级子站；直到带有所有子站状态信息的心跳报文返回主站；若主站收到含有所有子站状态信息的心跳报文，则网络正常；若主站未收到所有子站状态信息心跳报文，则单环网发生故障；未返回心跳报文中最后1个子站为第1个故障点；去第1个故障点读取该子站中记录的心跳报文记录,快速定位下一个故障点，重复此步骤定位多个故障节点；根据子站返回的心跳报文中数据丢包数等信息，定位接触不良/通信衰减子站。

Description

一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术，具体涉及一种在风力发电场单环网在出现多点故障、时好时坏、网络衰减或接触不良等问题时快速定位方法，减少维护人员工作量，更快的定位恢复故障点，保障环网风力发电机组监控。

背景技术

随着传统化石能源带来的环境污染，绿色能源风电装机容量在电网比例的越来越高。必须根据国内设备的特性设计优化的控制策略，才能提高机组利用率，减少机组停机时间，增加发电量，减少传统能源使用。

国内风力发电开发初期，由于诸多原因，很多风场还在采用单环光纤组网通信方式。每个风场的风力发电机组（子站）数量少则33台，多则100余台以上，如何保障每台风力发电机组的实时信息安全可靠传送到远程集控室（主站），对采用单环网通信的网络来说，难度更大。

单环网内任意一台机组断电或者通信子站损坏，整条通信环路都将无法通信。或者单环网光纤有接触不良/信号衰减，环网通信就会时断时续。对于在环网通信中断后，风力发电机组的主控制器增加主动发送机制，值班人员通过后台监控系统定位故障节点的方法。此方法无法快速定位多个故障节点，只能在解决完一个故障点后，才能定位下一个故障点，增加了故障处理时间；也无法快速定位通信衰减故障点，对于网络衰减导致的通信丢包很难快速定位；必须借助于风电机组的主控制器，使得处理方法复杂，容易造成定位故障点不准确。

网络断网后，无法及时监控风力发电机组的状态，容易引起安全事故；同时无法快速定位故障，也引起人力物力的浪费。

另有中国专利号为201220736106.4，公开了一种用于风力发电场的监控系统，包括风电场现场通讯网络、风电场环网交换机、风电场内网交换机、SCADA系统服务器；所述风电场现场通讯网络、所述风电场环网交换机、所述风电场内网交换机和所述SCADA系统服务器顺序连接。所述风电场现场通讯网络包括多个独立的运行回路；一台以上所处地理位置相临的风机单元相互网络连接形成所述运行回路。上述描述的是一种基于双环网组成的风场监控系统，不涉及单环网，同时也没有说明如何定位环网故障。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，其目的是在不更换网络设备前提下，利用现有单环网设备进行技术升级，以极低的成本提供一种风力发电单环网多点出现故障时，仍能快速定位多个故障节点；在网络出现衰减导致丢包，也可以快速定位故障点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 主站周期性的（参数可设）发送心跳报文，子站收到心跳报文后，将子站自身的状态信息加到心跳报文中，然后转发下一级子站；下一级子站继续将自身的状态信息加到心跳报文中，然后向下转发，直到带有所有子站状态信息的心跳报文返回主站；所述状态信息包括包含子站ID，子站的各通信端口数据丢包数，接收数据和完整数据包计数；所述的主站为远程集控室通讯站，子站为风力发电机组通讯站；

（2）子站有2种状态：状态1（转发心跳报文）和状态2（主动发心跳报文），子站接收心跳报文超时（参数可设）从状态1切换到状态2，然后主动发起心跳报文。收到上一级心跳报文，则回到状态1；

（3）主站收到含有所有子站状态信息的心跳报文，则网络正常；主站未收到所有子站状态信息心跳报文，则单环网发生故障；网络时断时续，则环网有接触不良或通信衰减

（4）当网络发生故障时，采取下述步骤对故障定位：

a. 未返回心跳报文中最后1个子站为故障点；

b. 去第1个故障点读取该子站中记录的心跳报文记录,重复步骤a确定网络是否还有其他故障点，并快速定位下一个故障点。

其中，状态信息：包括子站地址，实时时钟，所有通信端口数据丢包数，接收数据和接收完整数据包。心跳报文：用于监视环网所有主站和子站运行状态，心跳报文的发送周期可由用户在配置软件上设定，普通心跳报文，每个子站或主站固定周期主动发送，主站必须接收到所有子站心跳报文才能获取网络状态。本文所说的心跳报文，经过设计改进，子站接收到心跳报文后，在接收到心跳报文上加上自己的状态信息组成新的心跳报文，记录并转发下一级子站或主站，因此在正常的环网中，只有1个心跳报文在发送，降低通信数据量，主站只需要接收1个心跳报文就可以获取网络状态，提高了网络实时响应速度。一旦存在接触不良或通信衰减，就会发生数据丢包，因此存在数据丢包就可以认为有接触不良或通信衰减。

所述步骤a中若所有子站都没用返回心跳报文，则单环网最后1个子站为故障点。

所述步骤(3)中，主站收取子站心跳报文包括主动读取，或由主站/子站主动发送环网状态和故障等信息，或通过本地web服务器或其他方式展示。

（5）当网络发生时断时续时，采取下述步骤定位衰减点：

c. 时断时续意味着网络存在接触不良或通信衰减，此时主站可以读取所有子站状态信息。

d. 根据每个子站返回的心跳报文中各通信端口数据丢包数信息，定位接触不良或通信衰减子站的通信端口。

本发明具有以下优点：

1、本发明在单环网出现多点故障或接触不良/通信衰减后，可快速定位多个故障点，快速定位故障端口/网络衰减等故障问题，有效节省调试人员的工作量。本发明单环网多点故障和接触不良/通信衰减快速定位方法，不依赖于风电机组主控制器，同时避免必须先解决一个故障点然后才能定位下一个故障点，在不解决故障情况下快速定位所有故障点，并且还可以定位环网通信衰减子站。一旦网络故障需要更换设备或光纤时，准确定位所有故障可以节省采购和处理故障时间。

2、本发明中主站周期性的发送心跳报文，在子站加入自身状态信息。相比专利申请号：201310383978.6来说，不需要风力发电机组主控制器和监控软件参与，集控室减少1个监控软件环节，每个子站减少风力发电机组主控制器环节，少了2个定位故障环节，防止引入故障点误判因数，提高了网络故障点定位准确性。

附图说明

图1：为主站或子站各通信端口数据通信衰减率统计。当1个通信端口接收到1个字节数据，接收数据统计加1，当判定接收到1个完整数据包并且校验通过后，接收完整数据包统计加1，当接收到1个完整数据包超时或校验未通过后，接收不完整数据包统计加1，同时更新丢包率统计。各个通信端口的接收数据统计全部放到心跳报文中传到主站，因此通过读取主站各子站的心跳报文记录，就可以定位接触不良或通信衰减的故障点。

图2为单环网多点网络故障运行示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明旨在提供一种不需要主控制器干预，只需要主站和子站周期通过心跳报文送递状态信息，在不解决环网故障情况下就可以快速准确定位环网多个故障点和通信衰减点。

实施例1

风力发电环网通信，一般由集控室：监控电脑+主站，风机侧：风机主控制器+子站，通信链路由监控电脑经主站->子站到风机主控制器和风机主控制器经子站->主站到监控电路组成，所述的主站为远程集控室通讯站，子站为风力发电机组通讯站。

一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，通过以下步骤完成：

如图2所示，(1) 主站0以固定周期（参数可设）发送心跳报文，子站1收到心跳报文后，将子站自身的状态信息加到心跳报文中，记录然后转发下一级子站2；下一级子站2继续将自身的状态信息加到心跳报文中，然后向下转发，直到带有所有子站1-9状态信息的心跳报文返回主站0；（状态信息包括包含子站地址，子站当前时间，子站的各通信端口数据丢包数，接收数据和完整数据包计数；心跳报文用于监视环网所有主站和子站运行状态的数据通信报文，普通心跳报文，每个子站或主站固定周期主动发送，主站必须接收到所有子站心跳报文才能获取网络状态。本文所说的心跳报文，经过设计改进，子站接收到心跳报文后，在接收到心跳报文上加上自己的状态信息组成新的心跳报文，记录并转发下一级子站或主站，因此在正常的环网中，只有1个心跳报文在发送，降低了通信数据量，主站只需要接收1个心跳报文就可以获取网络状态，提高了网络实时响应速度）。

（2）在步骤(1)中，若子站接收心跳报文超时，则子站主动发起心跳报文，然后向下转发。即：子站有2种状态：状态1（转发心跳报文）和状态2（主动发心跳报文），子站接收心跳报文超时（参数可设，设定时间可以是几个周期或一段时间）从状态1切换到状态2，然后主动发起心跳报文。收到上一级心跳报文，则回到状态1。网络出现多个故障点，接收心跳报文超时的子站都遵循此模式。从子站读取心跳报文记录，可以读到此子站前端正常子站的状态信息，才能在不解决环网故障点情况下定位多个故障点，主站和所有子站，记录和读取心跳报文。可以在每个站判定通信衰减或网络接触不良等问题，同时可快速定位故障点。

（3）若主站收到含有所有子站状态信息的心跳报文，则网络正常；若主站未收到所有子站状态信息心跳报文，则单环网发生故障；

（4）当网各发生故障时，采取下述步骤对故障定位：

a. 主站读取心跳报文记录，获取环网所有子站状态信息，未返回心跳报文中的子站为故障点；所有子站都没用返回心跳报文，则单环网最后1个子站为故障点。

b. 去上述步骤确定的故障点读取该子站中记录的心跳报文记录，并快速定位是否存下一个故障点。其定位方法是：该心跳报文中如果记录了之前的所有的子站信息，则该故障点之前不存在故障；若该心跳报文存在没有记录的子站信息，则该子站存在故障，以此类推。

主站收取子站心跳报文包括主动读取，还可以由主站/子站主动发送环网状态和故障等信息，也可以通过本地web服务器或其他方式展示。

其中，状态信息：包括子站地址，子站当前时间，子站各通信端口数据丢包数，接收数据和接收完整数据包。心跳报文：用于监视环网所有主站和子站运行状态，心跳报文的发送周期可由用户在配置软件上设定，普通心跳报文，每个子站或主站固定周期主动发送，主站必须接收到所有子站心跳报文才能获取网络状态。本文所说的心跳报文，经过设计改进，子站接收到心跳报文后，在接收到心跳报文上加上自己的状态信息组成新的心跳报文，记录并转发下一个子站或主站，因此在正常的环网中，只有1个心跳报文在发送，降低通信数据量，主站只需要接收1个心跳报文就可以获取网络状态，提高了网络实时响应速度。

所述步骤a中若所有子站都没用返回心跳报文，则单环网最后1个子站为故障点。

图2所示，网络出现3个故障点，子站接收心跳报文超时，则子站1/4/9主动以固定周期发起心跳报文，收到心跳报文后恢复转发心跳报文。

（5）当网络发生时断时续时，采取下述步骤定位衰减点：

c. 时断时续意味着网络存在接触不良或通信衰减，此时主站可以读取所有子站状态信息。状态信息如各通信端口数据丢包数，接收数据和接收完整数据包，根据心跳报文记录的丢包数是否变化，则可判断某子站接触不良或通信衰减。

d. 根据每个子站返回的心跳报文中各通信端口数据丢包数信息，定位接触不良或通信衰减子站的通信端口。

（6）所有主站和子站的每个通信端口，都实现了自身接收数据记录、接收完整包和丢包数记录以及接收的心跳报文记录。

定位故障点和通信衰减点原则：先读取主站心跳报文纪录，如只有1个故障点，主站心跳报文纪录没有收到的子站心跳报文就是故障点，如存在多个故障点，需要根据主站心跳报文记录，在故障子站读取心跳报文记录定位下一故障点。

如图2，给出的具体实例：网络出现故障或通信衰减后，采取的快速定位故障步骤如下：

步骤1：读取主站0心跳报文记录，获取网络所有子站状态；

步骤2：根据读取的子站状态，查到子站9，快速定位第1个网络故障点-子站8和子站9之间；

步骤3：去子站9前1个子站8，读取子站8的心跳报文；

步骤4：根据子站8的心跳报文，可以读取到子站4~8心跳报文，子站3的心跳报文没有收到，因此定位下一个故障点-子站3和子站4之间。

步骤5：同步骤4，定位最后1个故障点-主站0和子站1之间。

步骤6：对于环网故障点，首先检查光纤通断。光纤正常情况下，可以根据故障子站心跳报文中包含每个通信端口通信状态，定位设备故障原因。以最小的人力物力，快速定位网络故障点，对于多个故障点也可快速定位响应。

Claims (3)

1.一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 主站周期性的发送心跳报文，子站收到心跳报文后，将子站自身的状态信息加到心跳报文中，然后转发下一节点子站；下一节点子站继续将自身的状态信息加到心跳报文中，然后向下转发，直到带有所有子站状态信息的心跳报文返回主站；所述状态信息包含子站地址，子站当前时间，子站各通信端口数据丢包数，接收数据和完整数据包计数；所述的主站为远程集控室通讯站，子站为风力发电机组通讯站；

（2）在步骤(1)中，若子站接收心跳报文超时，则子站主动发起心跳报文，然后向下转发；

（3）若主站收到含有所有子站状态信息的心跳报文，则网络正常；若主站未收到所有子站状态信息心跳报文，则单环网发生故障；

（4）当网络发生故障时，采取下述步骤对故障定位：

a. 主站显示未返回心跳报文的最后一个子站为故障点；

b. 去a步骤确定的故障点读取该子站中记录的心跳报文记录，并定位是否存在下一个故障点，其定位方法是：该心跳报文中如果记录了之前的所有的子站信息，则该故障点之前不存在故障；若该心跳报文中存在没有记录的之前的子站信息，则没有记录的子站信息的最后一个子站为故障点，以此类推；

（5）当网络发生时断时续时，采取下述步骤定位衰减点：

c. 时断时续意味着网络存在接触不良或通信衰减，此时主站可以读取所有子站状态信息；

d. 根据每个子站返回的心跳报文中各通信端口数据丢包数信息，定位接触不良或通信衰减子站的通信端口。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，其特征在于：所述步骤a中若所有子站都没有返回心跳报文，则单环网最后1个子站为故障点。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电场单环网多点故障快速定位方法，其特征在于：所述步骤（1）中，心跳报文返回主站包括主动读取，或由主站/子站主动发送环网状态和故障信息，或通过本地web服务器展示。