CN108301989A - 一种风电机组故障记录方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源风力发电系统领域，具体涉及一种风电机组故障记录方法，所述可编程逻辑控制器设有储存模块，所述储存模块包括循环缓存池，包括如下步骤：(1)风电机组监控数据的采集：可编程逻辑控制器实时接收风电机组内部及外部传感器检测采集的数据信号，并将接收的数据按预定的数据结构进行采集；(2)监控数据的缓存：将步骤(1)中采集的风电机组监控数据采用循环覆盖的形式缓存于所述循环缓存池中；(3)风电机组故障触发缓存数据的保存：风机发生故障触发数据保存。本发明简单实用，经济环保，可以弥补目前风机故障分析与诊断所面临的关键数据缺失、数据采集频率太低、风机额外加装传感器带来整机结构变化与经济成本增加等不足。

Description

一种风电机组故障记录方法
技术领域
本发明涉及新能源风力发电系统领域，具体涉及一种风电机组故障记录方法。
背景技术
风力发电作为一种可再生的清洁能源，越来越受到世界各国的重视，在全世界范围内得到了广泛应用，由于大型风力发电机组一般位于条件恶劣、人烟稀少的偏远地区，风电机组发生故障时的故障数据记录是风电行业的重点关注点。
目前风机的故障数据记录大多采用数据采集与监视控制(SCADA)系统实现，SCADA系统在包含风电在内的多个工控领域有着广泛应用，技术成熟，对增加风电机组运行的可靠性与安全性、降低人力成本、提高风电场调度效率与经济效益有着重要作用。SCADA系统通过在中控室架设服务器，集中接收来自整个风电场所有风电机组主控PLC的数据，具有实时监控、故障报警、数据存储、历史数据查询等一系列功能。另外目前也有一些针对单个部件的风机黑匣子，如风机齿轮箱状态监测黑匣子等，此类黑匣子通过加装温度、振动等各类传感器，使用仿真模型和算法对特定的部件进行实时数据采集与分析，具有风机特定部件故障预测与报警等功能。
现有的SCADA系统采集数据的频率低(大多在秒级)、需要联网，在数据传输过程中往往存在数据丢失等情况；专用的部件黑匣子往往只能记录单个部件的数据，且需要加装传感器和存储设备等，导致造价高昂，且可能会对风机整体结构造成影响。因此针对风机整机的故障数据存储仍没有数据高频、采集全面、安全可靠灵活经济的方法。
综上所述，亟需提供一种在风机主控内部以高频实时采集并保存风机故障停机时刻前后若干时间内的数据的风电机组故障记录方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在风机主控内部以高频实时采集并保存风机故障停机时刻前后若干时间内的数据的风电机组故障记录方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种风电机组故障记录方法，所述风电机组采用可编程逻辑控制器作为主控，所述可编程逻辑控制器设有储存模块，所述储存模块包括循环缓存池，所述循环缓存池包括多个缓冲区间，所述风电机组故障记录方法包括如下步骤：
(1)风电机组监控数据的采集：可编程逻辑控制器实时接收风电机组内部及外部传感器检测采集的数据信号，并将接收的数据按预定的数据结构进行采集；
(2)监控数据的缓存：以预定的时间间隔作为单位时间，将步骤(1)中采集的风电机组监控数据采用循环覆盖的形式缓存于所述循环缓存池中，其中，每个缓冲区间内缓存所述单位时间内的风电机组监控数据；
(3)风电机组故障触发缓存数据的保存：风机发生故障时作为故障时刻，此时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的所有数据导出保存成以预定方式进行命名的文件并存储至存储单元内。
本发明实现对风机组整机所有外部传感器以及内部传感器采集的物理数据和通信数据在风机主控PLC内部以高频实时采集，并保存风机故障停机时刻前后若干时间的数据以供故障分析，相较于现有风机黑匣子，本方法不需额外增加传感器，且数据采集全面；由于本发明实现于可编程控制器内部，数据采集频率可达到10ms级，可以实时存储高分辨率风机运行数据，不受风场组网等外界传输介质干扰，可以最大限度的可靠保存风机故障时刻附件的关键数据。综上，本发明简单实用，经济环保，可以弥补目前风机故障分析与诊断所面临的关键数据缺失、数据采集频率太低、风机额外加装传感器带来整机结构变化与经济成本增加等不足。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤(3)中将缓存故障时刻的数据的缓冲区间进行标记作为数据保存的触发点，在故障时刻后的一个缓存周期内，当进行标记的缓冲区间内再次缓存数据时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的数据追加保存至上次故障时刻保存的文件中，并清除上述缓冲区间的标记。如此，通过上述操作，可以分别缓存故障时刻前后各一个缓存周期内的数据并进行保存，这样在后期的分析过程中通过故障时刻以及故障时刻前后的数据进行对比分析，更能准确找到故障发生的原因。
更进一步的技术方案是：所述步骤(3)中故障时刻从循环缓存池中导出的文件以故障时刻进行命名。如此，有利于后期读取并分析故障时刻的数据，准确找到故障原因。
更进一步的技术方案是：所述储存模块为铁电存储器，所述步骤(3)中当可编程逻辑控制器发生掉电故障或其他异常导致数据在故障时刻未能正常导出时，可编程逻辑控制器上电后缓存在铁电存储器的循环缓存池中的数据继续步骤(3)中主动保存缓存数据的步骤或者被动读出保存。如此，本方法的数据存储缓存在可掉电保持的存储介质内，可以最大限度的可靠保存风机故障时刻附件的关键数据。
更进一步的技术方案是：所述步骤(2)中所述单位时间的时间间隔设定为10ms。如此，由于本发明实现于可编程控制器内部，数据采集频率可达到10ms级，将单位时间的时间间隔设定的越短，这样数据采集全面准确，更有利于准确找到对故障时刻以及故障时刻前后的数据进行对比分析，准确找到故障发生的原因。
更进一步的技术方案是：所述步骤(2)中所述循环缓存池包括1024个缓冲区间，在循环缓存池初始化后开始从第一个缓存区间填充缓存单位时间内的风电机组监控数据，并且将第一个时刻的位置标记为最老时刻点tOldest，然后依次填充至第1024个缓冲区间，tOldest+1时刻的数据将标记的tOldest时刻的数据覆盖并缓存至第一个缓存区间，依次循环覆盖进行缓存。
更进一步的技术方案是：单个所述缓存区间的储存空间为1kB。
更进一步的技术方案是：所述可编程逻辑控制器按功能划分多个模块，每个模块的长度为36字节，其中，每个模块前面的4个字节用以存储通信状态、模块供电及接线状态，后面的32个字节用以存储通过总线上报给可编程逻辑控制器主模块的数据，缓冲区间存储28个模块的数据，每个缓存区间的前面包含16个字节的时间戳用以标识数据缓存的时刻。如此，缓冲区间的合理利用组成一个1kB的单时刻点的缓存数据。
更进一步的技术方案是：所述步骤(3)后还包括故障数据读取和解析的步骤：采用可编程逻辑控制器配套的管理软件直接使用读取保存在存储单元内的故障数据文件，并将故障数据解析成多个单时刻点的数据块，并将单数据块按模块解析为模块状态和模块数据，并根据故障点前后的数据进行故障分析。
更进一步的技术方案是：所述可编程逻辑控制器按功能至少划分为数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式下所涉及的风电机组故障记录方法工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1，一种风电机组故障记录方法，所述风电机组采用可编程逻辑控制器作为主控，所述可编程逻辑控制器设有储存模块，所述储存模块包括循环缓存池，所述循环缓存池包括多个缓冲区间，所述风电机组故障记录方法包括如下步骤：
(1)风电机组监控数据的采集：可编程逻辑控制器实时接收风电机组内部及外部传感器检测采集的数据信号，并将接收的数据按预定的数据结构进行采集；
(2)监控数据的缓存：以预定的时间间隔作为单位时间，将步骤(1)中采集的风电机组监控数据采用循环覆盖的形式缓存于所述循环缓存池中，其中，每个缓冲区间内缓存所述单位时间内的风电机组监控数据；
(3)风电机组故障触发缓存数据的保存：风机发生故障时作为故障时刻，此时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的所有数据导出保存成以预定方式进行命名的文件并存储至存储单元内。
本发明实现对风机组整机所有外部传感器以及内部传感器采集的物理数据和通信数据在风机主控PLC内部以高频实时采集，并保存风机故障停机时刻前后若干时间的数据以供故障分析，相较于现有风机黑匣子，本方法不需额外增加传感器，且数据采集全面；由于本发明实现于可编程控制器内部，数据采集频率可达到10ms级，可以实时存储高分辨率风机运行数据，不受风场组网等外界传输介质干扰，可以最大限度的可靠保存风机故障时刻附件的关键数据。综上，本发明简单实用，经济环保，可以弥补目前风机故障分析与诊断所面临的关键数据缺失、数据采集频率太低、风机额外加装传感器带来整机结构变化与经济成本增加等不足。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(3)中将缓存故障时刻的数据的缓冲区间进行标记作为数据保存的触发点，在故障时刻后的一个缓存周期内，当进行标记的缓冲区间内再次缓存数据时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的数据追加保存至上次故障时刻保存的文件中，并清除上述缓冲区间的标记。如此，通过上述操作，可以分别缓存故障时刻前后各一个缓存周期内的数据并进行保存，这样在后期的分析过程中通过故障时刻以及故障时刻前后的数据进行对比分析，更能准确找到故障发生的原因。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(3)中故障时刻从循环缓存池中导出的文件以故障时刻进行命名。如此，有利于后期读取并分析故障时刻的数据，准确找到故障原因。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述储存模块为铁电存储器，所述步骤(3)中当可编程逻辑控制器发生掉电故障或其他异常导致数据在故障时刻未能正常导出时，可编程逻辑控制器上电后缓存在铁电存储器的循环缓存池中的数据继续步骤(3)中主动保存缓存数据的步骤或者被动读出保存。如此，本方法的数据存储缓存在可掉电保持的存储介质内，可以最大限度的可靠保存风机故障时刻附件的关键数据。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)中所述单位时间的时间间隔设定为10ms。如此，由于本发明实现于可编程控制器内部，数据采集频率可达到10ms级，将单位时间的时间间隔设定的越短，这样数据采集全面准确，更有利于准确找到对故障时刻以及故障时刻前后的数据进行对比分析，准确找到故障发生的原因。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)中所述循环缓存池包括1024个缓冲区间，在循环缓存池初始化后开始从第一个缓存区间填充缓存单位时间内的风电机组监控数据，并且将第一个时刻的位置标记为最老时刻点tOldest，然后依次填充至第1024个缓冲区间，tOldest+1时刻的数据将标记的tOldest时刻的数据覆盖并缓存至第一个缓存区间，依次循环覆盖进行缓存。
具体，从n时刻开始缓存，设tOldest＝n，n+1023时刻数据缓存示意表如下，
从n时刻开始缓存，n+1024时刻数据缓存示意表如下，
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，单个所述缓存区间的储存空间为1kB。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中所述可编程逻辑控制器按功能划分多个模块，每个模块的长度为36字节，其中，每个模块前面的4个字节用以存储通信状态、模块供电及接线状态，后面的32个字节用以存储通过总线上报给可编程逻辑控制器主模块的数据，缓冲区间存储28个模块的数据，每个缓存区间的前面包含16个字节的时间戳用以标识数据缓存的时刻。如此，缓冲区间的合理利用组成一个1kB的单时刻点的缓存数据。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(3)后还包括故障数据读取和解析的步骤：采用可编程逻辑控制器配套的管理软件直接使用读取保存在存储单元内的故障数据文件，并将故障数据解析成多个单时刻点的数据块，并将单数据块按模块解析为模块状态和模块数据，并根据故障点前后的数据进行故障分析。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述可编程逻辑控制器按功能至少划分为数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组故障记录方法，所述风电机组采用可编程逻辑控制器作为主控，其特征在于，所述可编程逻辑控制器设有储存模块，所述储存模块包括循环缓存池，所述循环缓存池包括多个缓冲区间，所述风电机组故障记录方法包括如下步骤：
(1)风电机组监控数据的采集：可编程逻辑控制器实时接收风电机组内部及外部传感器检测采集的数据信号，并将接收的数据按预定的数据结构进行采集；
(2)监控数据的缓存：以预定的时间间隔作为单位时间，将步骤(1)中采集的风电机组监控数据采用循环覆盖的形式缓存于所述循环缓存池中，其中，每个缓冲区间内缓存所述单位时间内的风电机组监控数据；
(3)风电机组故障触发缓存数据的保存：风机发生故障时作为故障时刻，此时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的所有数据导出保存成以预定方式进行命名的文件并存储至存储单元内。
2.根据权利要求1所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述步骤(3)中将缓存故障时刻的数据的缓冲区间进行标记作为数据保存的触发点，在故障时刻后的一个缓存周期内，当进行标记的缓冲区间内再次缓存数据时触发数据保存事件，将当前循环缓存池的数据追加保存至上次故障时刻保存的文件中，并清除上述缓冲区间的标记。
3.根据权利要求2所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述步骤(3)中故障时刻从循环缓存池中导出的文件以故障时刻进行命名。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述储存模块为铁电存储器，所述步骤(3)中当可编程逻辑控制器发生掉电故障或其他异常导致数据在故障时刻未能正常导出时，可编程逻辑控制器上电后缓存在铁电存储器的循环缓存池中的数据继续步骤(3)中主动保存缓存数据的步骤或者被动读出保存。
5.根据权利要求4所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述单位时间的时间间隔设定为10ms。
6.根据权利要求5所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述循环缓存池包括1024个缓冲区间，在循环缓存池初始化后开始从第一个缓存区间填充缓存单位时间内的风电机组监控数据，并且将第一个时刻的位置标记为最老时刻点tOldest，然后依次填充至第1024个缓冲区间，tOldest+1时刻的数据将标记的tOldest时刻的数据覆盖并缓存至第一个缓存区间，依次循环覆盖进行缓存。
7.根据权利要求6所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，单个所述缓存区间的储存空间为1kB。
8.根据权利要求6所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器按功能划分多个模块，每个模块的长度为36字节，其中，每个模块前面的4个字节用以存储通信状态、模块供电及接线状态，后面的32个字节用以存储通过总线上报给可编程逻辑控制器主模块的数据，缓冲区间存储28个模块的数据，每个缓存区间的前面包含16个字节的时间戳用以标识数据缓存的时刻。
9.根据权利要求8所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述步骤(3)后还包括故障数据读取和解析的步骤：采用可编程逻辑控制器配套的管理软件直接使用读取保存在存储单元内的故障数据文件，并将故障数据解析成多个单时刻点的数据块，并将单数据块按模块解析为模块状态和模块数据，并根据故障点前后的数据进行故障分析。
10.根据权利要求9所述的风电机组故障记录方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器按功能至少划分为数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。
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