CN108107791B - 风电场控制装置、方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种风电场控制装置、方法和系统。该风电场控制装置包括：数据服务模块、第一调度模块和多个决策器；其中，数据服务模块用于获取并存储与风电场中的风力发电机组相关的运行工况数据；第一调度模块用于根据运行工况数据获取待处理事件，并向与待处理事件对应的决策器输出启动控制信号；决策器用于响应于启动控制信号，获取事件处理需要的运行工况数据，并根据需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与事件相关的变量进行参数修改的决策。采用本发明实施例中的技术方案能够对风电场控制系统进行充分解耦，从而避免处理资源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场控制装置、方法和系统。
背景技术
为对风电场中的多台风力发电机组进行统一控制，风电场中设置有风电场控制系统。现有技术中的风电场控制系统由一套完整的程序软件实现，由于各功能模块之间相互耦合，使得各功能模块的安装、卸载和升级必须一并进行，操作不便；且当其中一个功能模块进行运算时，其他功能模块也必然需要参与运算并同步输出控制信号，容易造成处理资源的浪费。
发明内容
本发明实施例提供了一种风电场控制装置、方法和系统，能够使得风电场控制系统中的各功能模块充分解耦，从而能够避免处理资源的浪费。
第一方面，本发明实施例提供了一种风电场控制装置，该装置包括：数据服务模块、第一调度模块和多个决策器；其中，
数据服务模块，用于获取并存储与风电场中的风力发电机组相关的运行工况数据；
第一调度模块，用于根据运行工况数据获取待处理事件，并向与待处理事件对应的决策器输出启动控制信号；
决策器，用于响应于启动控制信号，获取待处理事件需要的运行工况数据，并根据待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
在第一方面的一些实施例中，第一调度模块具体用于判断运行工况数据是否处于对应的阈值范围内，若运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
在第一方面的一些实施例中，决策器具有相同规约格式的数据接口，决策器通过数据接口从数据服务模块中获取事件处理需要的运行工况数据。
在第一方面的一些实施例中，该装置还包括第二调度模块，用于接收决策器的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将当前决策发送至对应的风力发电机组。
在第一方面的一些实施例中，该装置还包括：第一配置模块，用于为决策器配置第一预定数目的被控风力发电机组；或者/并且，第二配置模块，用于为数据服务模块配置运行工况数据的采集信息。
在第一方面的一些实施例中，该装置还包括日志管理模块，用于接收并解析决策器发送的具有相同规约格式的行为日志，并对解析后的行为日志按照预设的分类规则进行存储。
在第一方面的一些实施例中，数据服务模块包括具有不同数据存储结构的多个存储单元，每个存储单元用于存储具有对应结构的运行工况数据。
在第一方面的一些实施例中，数据服务模块为SCADA系统。
第二方面，本发明实施例提供了一种风电场控制方法，该方法包括：获取并存储与风电场中各台风力发电机组相关的运行工况数据；根据运行工况数据获取待处理事件，并向与待处理事件对应的决策器输出启动控制信号；响应于启动控制信号，由决策器获取待处理事件需要的运行工况数据，并根据待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
在第二方面的一些实施例中，根据运行工况数据获取待处理事件，包括：判断运行工况数据是否处于对应的阈值范围内；若运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
在第一方面的一些实施例中，该方法还包括：接收决策器的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将当前决策发送至对应的被控风力发电机组。
第三方面，本发明实施例提供一种风电场控制系统，该系统包括：风电场总控制器和多个集群控制器；其中，集群控制器包括如上所述的风电场控制装置，每个集群控制器用于控制第二预定数目的风力发电机组。风电场总控制器，用于将风电场中的与所有风力发电机组相关的运行工况数据分发至各个集群控制器中进行存储；和/或，用于判断每个集群控制器的剩余计算资源是否低于预定阈值，为剩余资源量低于预定阈值的集群控制器调配其他集群控制器中的计算资源。
如上所述，由于本发明实施例中的风电场控制装置能够将风力场控制系统的功能充分解耦为由各决策器来执行，且能够通过第一调度模块对各决策器进行调度，使各决策器能够执行独立执行逻辑运算，因此，与现有技术中的当其中一个功能模块进行运算时，其他功能模块也必然需要参与运算并同步输出控制信号相比，本发明实施例中的风电场控制装置能够避免处理资源的浪费，且能够单独进行安装、卸载、升级，不需要与其他功能算法捆绑在一起，操作十分简便
此外，由于本发明实施例中的决策器能够执行独立执行逻辑运算，即能够独立进行某种工况或者事件的逻辑运算，如此设置，当一个决策器在运算时，其他决策器是不需要参与运算的，从而能够提高硬件的资源利用率，进而使得本发明实施例中风电场控制装置能够执行大数据、大运算量的复杂逻辑运算。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一实施例提供的风电场控制装置的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的风电场控制装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的风电场控制系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的风电场控制方法的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的风电场控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。
本发明实施例提供了一种风电场控制装置、方法和系统，用于风力发电领域。采用本发明实施例中的风电场控制装置，能够使得风电场控制系统中的各功能模块充分解耦，从而避免处理资源的浪费，且能够分别对各功能模块安装、卸载和升级，具有操作简便的优点。
通常，风电场控制系统(Wind Farm Controller，WFC)部署于风电场的中央控制室，风电场控制系统可同时对风电场内的多台风力发电机组发出控制指令，也称作风电场控制器(Wind Park Controller)。风电场控制系统的具体实现形式可以是软件程序或者具有逻辑计算功能的硬件。
图1为本发明一实施例提供的风电场控制装置的结构示意图。图1中示出的风电场系统包括数据服务模块101、第一调度模块102和多个决策器103。
其中，数据服务模块101用于获取并存储与风电场中的风力发电机组相关的运行工况数据。风力发电机组相关的运行工况数据包括气象数据、风力发电机组运行数据和电网运行数据等。
具体地，数据服务模块101可以从风电场中的多个数据测量单元接收风力发电机组相关的运行工况数据。
图1中示出数据测量单元包括气象数据测量单元104和电网数据测量单元105。其中，气象数据测量单元104包括风速仪、风向仪和温湿度测量装置等，用于测量风力发电机组的气象数据。风速仪和风向仪可以是位于每台风力发电机组的机舱气象架上。电网数据测量单元105用于测量电网的运行数据，比如电网电压、无功电流、有功电流和负载阻值等。
图1中还示出了多台风力发电机组，数据采集单元可以从风力发电机组的主控制器中获取风力发电机组的转速、扭矩和功率等数据。
在一些实施例中，数据采集单元和各数据测量单元之间可以使用标准的或非标准的通讯协议，这些通信协议包括但不限于以下几种：Modbus、OPC、Profinet、TCP/IP、FTP和ADS。
在另一些实施例中，风电场控制装置还可以包括第二配置单元202(请参阅图2)，用于为数据服务模块101配置运行工况数据的采集信息，比如运行工况数据的变量名称和采样频率等。
在又一些实施例中，数据服务模块101可以包括具有不同数据存储结构的多个存储单元，每个存储单元用于存储具有对应结构的运行工况数据。存储方式包括但不限于以下几种：内存数据库、关系型数据库、文件数据库和实时数据库等。本发明实施例将不同业务需求的运行工况数据分别存入不同的存储单元，即对运行工况数据进行了归类处理，能够提高信息获取时的运算速度。
在又一些实施例中，数据服务模块101还可以为数据采集与监视控制SCADA系统。
第一调度模块102用于根据运行工况数据获取待处理事件，并向与待处理事件对应的决策器103输出启动控制信号。其中，待处理事件可以是风力发电机组的扭矩或者转速控制事件、也可以是风力发电机组的除冰控制事件，或者风力发电机组的并网功率控制事件等风力发电机组相关的控制事件。
具体地，第一调度模块102用于判断运行工况数据是否处于对应的阈值范围内，若运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
在一些实施例中，第一调度模块102可以每10分钟或24小时执行一次判断，比如当前风速大于预定风速10m/s时，向与该风速事件对应的一个或多个决策器103输出启动控制信号。
决策器103用于响应于启动控制信号，获取待处理事件处理需要的运行工况数据，并根据待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
其中，决策器103指的是为实现风电场控制系统的某一事件而开发的功能模块化的独立软件程序或硬件。在一些实施例中，决策器103可以由多种高级计算机语言编程实现，高级计算机语言包括但不限于以下几种：C语言、C++语言、C#语言、Java语言、Python语言、R语言、.Net语言和Go语言。决策器103的具体实现形式可以为封装为可在风电场中的操作系统中运行的可执行程序。
此外，出于系统安全性和稳定性的考虑，由于Windows系统作为场级控制平台的操作系统，被病毒侵袭后容易造成全场瘫痪，用于运行决策器103的操作系统优先为非Windows操作系统。
如上所述，由于本发明实施例中的风电场控制装置能够将风力场控制系统的功能充分解耦为由各决策器103来执行，且能够通过第一调度模块102对各决策器103进行调度，使各决策器103能够执行独立执行逻辑运算，因此，与现有技术中的当其中一个功能模块进行运算时，其他功能模块也必然需要参与运算并同步输出控制信号相比，本发明实施例中的风电场控制装置能够避免处理资源的浪费，且能够单独进行安装、卸载、升级，不需要与其他功能算法捆绑在一起，操作十分简便
此外，由于本发明实施例中的决策器103能够执行独立执行逻辑运算，即能够独立进行某种工况或者事件的逻辑运算，如此设置，当一个决策器103在运算时，其他决策器103是不需要参与运算的，从而能够提高硬件的资源利用率，进而使得本发明实施例中风电场控制装置能够执行大数据、大运算量的复杂逻辑运算。
优选地，可以为决策器103配置相同规约格式的数据接口，使决策器103通过数据接口从数据服务模块101中获取事件处理需要的运行工况数据。比如可以采用规约格式访问数据模块中存储的运行工况数据，规约格式包括但不限于以下几种：SQL语言、文件读写、内存读写等。对应地，数据服务模块101可以解读规范格式的数据查询语句并在数据库中做数据查询，以规范格式返回查询结果。
如图2所示，本发明实施例中的风电场控制装置还包括第二调度模块203，用于接收决策器103的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将当前决策发送至对应的风力发电机组。如此设置，由于第二调度模块203能够正确解析各决策器103发送的具有相同规约格式的决策信息，排除不同决策器103对同一台风力发电机组同一变量进行修改的冲突决策，按照配置参数中所定义的决策优先级对决策的执行顺序进行管控，从而保证决策的合理有效。
如图2所示，本发明实施例中的风电场控制装置还包括第二配置单元201，用于为决策器103配置第一预定数目的被控风力发电机组。比如，可通过修改配置参数调整每个决策器103所控制的风力发电机组的编号，实现决策器103的控制机组数量可变。
如图2所示，本发明实施例中的风电场控制装置还包括日志管理模块204，用于接收并解析决策器103发送的具有相同规约格式的行为日志，并对解析后的行为日志按照预设的分类规则进行分类存储。
其中，决策器103的行为日志可体现出哪个决策器103在什么时间进行了什么运算，预设的分类规则可以规定了决策器103输出日志信息的格式，规定了日志类型，如系统日志、决策器103日志，也规定了日志级别，如正常、错误、警告，由日志管理模块204对这些日志信息分类统一存储，以方便需要时能够查询。
此外，本发明实施例中的风电场控制装置可以通过扩展硬件增强运算性能。请参阅图3，图3为本发明实施例提供的风电场控制系统的结构示意图。该风电场控制系统包括风电场总控制器301和多个集群控制器302。风电场总控制器301与各集群控制器302之间可以直接通过高速以太网络连接，以实现高速数据交互。
其中，每个集群控制器302包括如上所述的风电场控制装置，即每个集群控制器302具有上文中的风电场控制装置的控制功能。每个集群控制器302对应的决策器103数量不限制，但限制其接入的风机数量，也就是说每个集群控制器302的机组控制数量有限，以保证集群控制器302所处理的数据量和运算量不超出硬件极限，提高运算效率，保证风电场控制系统稳定。
风电场总控制器301可以协调各集群控制器302实现分布式存储功能，即将风电场中的与所有风力发电机组相关的运行工况数据分发至各个集群控制器302中进行存储。各集群控制器302中的数据库结构相同并可相互访问，相比所有数据集中存储于一个硬件中，这样效率更高，存储容量更大。
风电场总控制器301还可以协调各集群控制器302实现分布式计算功能，即判断每个集群控制器302的剩余计算资源是否低于预定阈值，为剩余资源量低于预定阈值的集群控制器302调配其他集群控制器302中的计算资源。其中，分布式计算指的是：风电场总控制器301可调配各集群控制器302(比如，中央处理器或内存空间)的计算资源，当其中一个集群控制器302进行大运算量的决策器103运算时，风电场总控制器301可将运算任务小的其他集群控制器302的计算资源调配给其使用，提高运算速度，运算结束后再释放资源。
图4为本发明一实施例提供的风电场控制方法的流程示意图。图4中示出的风电场控制方法包括步骤401至步骤403。
步骤401中，获取并存储与风电场中各台风力发电机组相关的运行工况数据。
具体地，根据运行工况数据获取待处理事件的过程为：判断运行工况数据是否处于对应的阈值范围内；若运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
步骤402中，根据运行工况数据获取待处理事件，并向与待处理事件对应的决策器103输出启动控制信号。
步骤403中，响应于启动控制信号，由决策器103获取待处理事件需要的运行工况数据，并根据待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
图5为本发明一实施例提供的风电场控制方法的流程示意图。图5与图4的不同之处在于，在步骤403之后，图5中还包括步骤404。
在步骤404中，接收决策器103的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将当前决策发送至对应的被控风力发电机组。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。
Claims (12)
1.一种风电场控制装置，其特征在于，包括：数据服务模块、第一调度模块和多个决策器；其中，
所述数据服务模块，用于获取并存储与风电场中的风力发电机组相关的运行工况数据；
所述第一调度模块，用于根据所述运行工况数据获取待处理事件，并向与所述待处理事件对应的决策器输出启动控制信号；
所述决策器，用于响应于所述启动控制信号，获取待处理事件需要的运行工况数据，并根据所述待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与所述待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
2.根据权利要1所述的装置，其特征在于，所述第一调度模块具体用于，判断所述运行工况数据是否处于对应的阈值范围内，若所述运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与所述未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
3.根据权利要1所述的装置，其特征在于，所述决策器具有相同规约格式的数据接口，所述决策器通过所述数据接口从所述数据服务模块中获取事件处理需要的运行工况数据。
4.根据权利要1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二调度模块，用于接收所述决策器的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若所述当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将所述当前决策发送至对应的风力发电机组。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一配置模块，用于为所述决策器配置第一预定数目的被控风力发电机组；或者/并且，
第二配置模块，用于为所述数据服务模块配置所述运行工况数据的采集信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括日志管理模块，用于接收并解析所述决策器发送的具有相同规约格式的行为日志，并对解析后的行为日志按照预设的分类规则进行存储。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据服务模块包括具有不同数据存储结构的多个存储单元，每个存储单元用于存储具有对应结构的运行工况数据。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据服务模块为SCADA系统。
9.一种风电场控制方法，其特征在于，包括：
获取并存储与风电场中各台风力发电机组相关的运行工况数据；
根据所述运行工况数据获取待处理事件，并向与所述待处理事件对应的决策器输出启动控制信号；
响应于所述启动控制信号，由所述决策器获取待处理事件需要的运行工况数据，并根据所述待处理事件需要的运行工况数据做出是否需要对被控风力发电机组的与所述待处理事件相关的变量进行参数修改的决策。
10.根据权利要9所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行工况数据获取待处理事件，包括：
判断所述运行工况数据是否处于对应的阈值范围内；
若所述运行工况数据未处于对应的阈值范围内，则获取与所述未处于对应的阈值范围内的运行工况数据对应的待处理事件。
11.根据权利要10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述决策器的决策，并按照预设的与各决策关联的优先级排序和处于待执行状态的各决策，判断当前决策是否为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，若所述当前决策为处于待执行状态的所有决策中优先级最高的决策，则将所述当前决策发送至对应的被控风力发电机组。
12.一种风电场控制系统，其特征在于，包括：风电场总控制器和多个集群控制器；其中，
所述集群控制器包括如权利要求1-8任意一项所述的风电场控制装置，每个集群控制器用于控制第二预定数目的风力发电机组；
所述风电场总控制器，用于将风电场中的与所有风力发电机组相关的运行工况数据分发至各个集群控制器中进行存储；和/或，用于判断每个集群控制器的剩余计算资源是否低于预定阈值，为剩余资源量低于预定阈值的集群控制器调配其他集群控制器中的计算资源。
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