CN109854447A - 风电机组的高温智能运行控制系统及方法 - Google Patents

风电机组的高温智能运行控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组的高温智能运行控制系统及方法。所述系统包括：温度传感器，用于采集不同部位的温度数据；数据处理和控制单元，用于将温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式；通讯控制单元，用于将运行模式切换信息传输给PLC。本发明提供的风电机组的高温智能运行控制系统及方法遇到高温情况不再采用停机的控制模式，降低了机组运维成本，提高了机组可利用率。

Description

风电机组的高温智能运行控制系统及方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组的高温智能运行控制系统及方法。
背景技术
目前，风力发电机组的设计基本都只考虑常温或低温状态下运行模式，很少考虑风电机组高温状态下或部件温度高温状态下的运行模式的实现。而随着风电机组分布地区、运维成本、对发电量和可利用率要求的提高，风电机组高温和部件温度高温状态下的运行模式的实现就变得尤其迫切和重要。
目前风电机组在温度超过一定阈值或部件温度超过一定阈值时大都采用停机的控制模式，这样一方面会增加机组运维成本的增加，另一方面也会降低机组可利用率，同时也会造成发电量的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组的高温智能运行控制系统及方法，遇到高温情况不再采用停机的控制模式，降低了机组运维成本，提高了机组可利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组的高温智能运行控制系统，所述系统包括：温度传感器，分布于风电机组的不同部位，用于采集不同工况下不同部位的温度数据；数据处理和控制单元，连接至所述温度传感器，用于将温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式；通讯控制单元，连接至所述数据处理和控制单元，用于将运行模式切换信息传输给PLC，以便将风电机组切换至高温运行模式，其中，在高温运行模式下风电机组根据温度和机组运行状态控制模型进行降功率运行。
作为本发明技术方案的一种改进，不同部位的温度数据包括：风力发电机组整机内外环境温度、大部件所处的小环境的内外温度、关键部件和关键部位的部件内部温度、冷却系统的温度和冷却介质的温度。
作为本发明技术方案的一种改进，所述数据处理和控制单元还用于，为所述数字温度数据增加时间轴。
作为本发明技术方案的一种改进，所述数据处理和控制单元还用于，对所述数字温度数据的有效性进行判断，以便判断是否需要对所述数字温度数据进行异常处理。
作为本发明技术方案的一种改进，所述数据处理和控制单元通过判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，从而判断机组是否需要进入高温运行模式。
作为本发明技术方案的一种改进，通讯控制单元采用CANopen和TCP/IP双模式。
作为本发明技术方案的一种改进，还包括：数据存储单元，用于将温度数据按照时间标签进行存储。
作为本发明技术方案的一种改进，还包括：配电单元，用于为整个装置提供配电和必要的保护。
此外，本发明提供了一种风电机组的高温智能运行控制方法，所述方法包括：采集不同工况下不同部位的温度数据；将温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式；将运行模式切换信息传输给PLC，以便将风电机组切换至高温运行模式，其中，在高温运行模式下风电机组根据温度和机组运行状态控制模型进行降功率运行。
作为本发明技术方案的一种改进，将数字温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式，包括：将数字温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，以判断机组是否需要进入高温运行模式。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
遇到高温情况不再采用停机的控制模式，降低了机组运维成本，提高了机组可利用率。
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是本发明风电机组的高温智能运行控制系统的结构示意图；
图2是本发明风电机组温度采集传感器的布置示意图；
图3是本发明数据处理和控制装置的结构示意图；
图4是本发明通讯控制装置的逻辑结构示意图；
图5是本发明风电机组的高温智能运行控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的风电机组的高温智能运行控制系统的结构。风电机组的高温智能运行控制系统包括：温度传感器11、数据转换单元12、数据处理和控制单元13以及通讯控制单元。
温度传感器11布置在风电机组的多个不同的需要采集温度数据的位置上，用来采集风电机组运行过程中不同位置的温度数据。
图2示出了风电机组中需要采集温度数据的不同位置。参见图2，在风电机组中，需要采集温度数据的温度采集点包括：轮毂温度采集点21、机舱温度采集点22、塔底温度采集点23。它们分别设置在轮毂中，机舱内以及塔底位置。可以理解的是，轮毂温度采集点21、机舱温度采集点22及塔底温度采集点23的数目均可以有多个。也就是说，设置在轮毂位置、机舱位置及塔底位置的温度传感器11的数目均可以是多个。
由温度传感器11采集到的温度数据可以被分为：环境温度数据以及部件温度数据。环境温度数据是指风电机组运行环境的温度。环境温度数据的采集位置通常在空间上与风电机组的关键部件有一定的距离。部件温度数据则是指风电机组中各种运行部件本身的温度。与环境温度数据相比，部件温度数据的采集位置与风电机组的各个部件的距离较近。
而且，由于温度传感器11被设置在轮毂、机舱及塔底的多个位置，由它们采集回传的温度数据更为全面。这也使得对风电机组何时应该进入高温运行状态的判断更为精准。
而且，由于温度传感器11所采集的温度数据通常是时间连续数据，而在不同的时间段上，风电机组运行于不同的工况下，所以温度传感器11所采集的温度数据是在不同工况下的温度数据。
数据转换单元12与上述的温度传感器11相连接。数据转换单元12的功能在于对温度传感器11采集到的温度数据进行模数转换。模数转换的结果是将由温度传感器11直接采集到的模拟温度数据转换为数字温度数据。
实际应用中，可以为每一个温度传感器11配备一个数据转换单元12，也可以为所有温度传感器11配备一个集中的数据转换单元12。并且，当配备一个集中的数据转换单元12，这个集中的数据转换单元12对各个温度传感器11采集到的各路模拟温度数据进行并行的模数转换。
数据处理和控制单元13是整个系统的控制核心。它分别与数据转换单元12以及通讯控制单元相连接。数据处理和控制单元13能够通过与数据转换单元12之间的物理连接，获取到经过模数转换后的数字温度数据。
接收到经过模数转换的数字温度数据之后，数据处理和控制单元13需要对数字温度数据进行相应的处理。数据处理和控制单元13对数字温度数据所执行的处理包括：数据有效性判定、有效数据处理、数据比对及迭代，以及机组温度状态判定。
数据有效性判定是指判断接收到的数字温度数据是否是有效的温度数据。可以根据数字温度数据是否在可用的温度数据范围内，判断接收到数字温度数据是否为有效的数字温度数据。
一旦在数据有效性判定过程出现无效温度数据，需要进入异常处理程序，对异常温度数据进行处理。
通过数据有效性判定之后，数据处理和控制单元13对识别的有效温度数据进行有效数据处理。
完成有效数据处理之后，数据处理和控制单元13接着执行数据比对及迭代。具体来说，数据比对及迭代是指将温度相关信息和预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代。在比对和迭代过程中，一旦判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，则可以判断机组需要进入高温运行模式。
举例来说，风电机组温度可以是正常运行时的温度范围的范围界限值。在比对和迭代过程中使用的机组运行状态控制模型可以是关于各种机组运行状态参数的决策树模型。机组运行状态切换专家经验阈值是涉及风电机组的状态切换的各种专家经验阈值。比如，机组运行状态切换专家阈值可以是机组运行状态控制模型中涉及状态切换的专家经验阈值。如果机组运行状态控制模型是决策树模型，则机组运行状态切换专家经验阈值就是决策树模型中蕴含的分类规则中的各个判断阈值。
需要说明的是，在不同的工况下，风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值应该是不同的。因此，针对不同的工况，优选的，可以训练不同的风电机组温度、机组运行状态控制模型，以及机组运行状态切换专家经验阈值。
数据处理和控制单元13得到是否进入高温运行模式的判断结果之后，将上述的判断结果通过通讯控制单元，传输至PLC。同时将比对和迭代结果传输至SCADA，以便通知相关人员进行制定维护计划。
通讯控制单元通过双通讯模式将是否进入高温运行模式的判断结果传输至PLC。换言之，通讯控制单元同时通过CANopen协议及TCP/IP协议将上述判断结果数据传输至风电机组的PLC。
如果上述判断结果是需要进入高温运行模式，PLC在接收到判断结果之后，不再对风电机组进行停机，而是将风电机组的各个系统部件进行降功率运行。
另外，数据处理和控制单元13还用于对数字温度数据添加时间轴。所谓添加时间轴，也就是为不同时间点上的数字温度数据添加时间标签。
还有，在实际的风电机组的运行过程中，上述的由温度传感器11执行的温度数据采集，由数据处理和控制单元13执行的比对和迭代，以及其他系统部件的降功率运行有可能是同时发生的，虽然上述几种操作在逻辑上存在先后顺序。
通讯控制单元还通过通讯进行时钟校正，从而保证温度信息的时间标签和风电机组控制系统的时间标签一致。保证二者的时间标签的一致性的优点在于，能够更好的保证控制系统所执行的控制动作的实时性，避免出现控制动作在时间上的超前或者滞后的情况。
风电机组的高温智能运行控制系统还包括配电单元。配电单元主要为整个装置提供配电和必要的保护，其中包括配电部分的浪涌保护和通讯控制单元的浪涌保护。
图3示出了数据处理和控制单元的结构。参见图3，数据处理和控制单元13分别与配电单元31、数据转换单元12，以及数据存储控制单元32相连接。配电单元31为数据处理和控制单元提供配电控制。数据转换单元12对采集到的温度数据进行模数转换，并将完成模数转换后的数字温度数据向数据处理和控制单元的传输。数据存储控制单元32用于对数据处理和控制单元处理完成的温度数据的存储。而且，由数据存储控制单元32存储的温度数据时带有时间标签的温度数据。
图4示出了通讯控制装置的逻辑结构。参见图4，通讯控制装置包括：CANopen通讯控制41，以及TCP/IP通讯控制42。其中，CANopen通讯控制负责完成根据CANopen协议的通讯过程的控制，而TCP/IP通讯控制则负责完成根据TCP/IP协议的通讯过程的控制。
图5示出了风电机组的高温智能运行控制方法的流程。参见图5，风电机组的高温智能运行控制方法包括：
S51，分布于风力发电机组不同部位的温度传感器进行温度信息采集，主要包括风力发电机组整机内外环境温度、大部件所处的小环境的内外温度、关键部件和关键部位的部件内部温度、冷却系统的温度和冷却介质的温度等。
S52，数据转换单元首先将采集到的温度信号进行处理，然后进行A/D转换，将采集到的温度信号按照转换算法转换为数字量信号。
S53，数据处理和控制单元将转换完成的数据进一步处理，首先给数据增加时间轴，从而获取风电机组环境和主要部件的温度数据。
S54，数据处理和控制单元将获取的数据进一步处理，然后将温度相关信息和预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代。
S55，根据比对和迭代的结果，从而判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，从而判断机组是否需要进入高温运行模式。
S56，数据存储单元将温度相关信息按照时间标签进行存储。
S57，通讯控制单元采用独立于风电机组的通讯控制单元，通讯模式采用Canopen和TCP/IP双模式，以增通讯装置的可靠性。通讯控制单元通过Canopen通讯和主控PLC进行信息交互，以获取风电机组运行工况相关数据，同时将运行模式切换信息传输给PLC，以便风电机组切换至高温运行模式。同时将比对和迭代结果传输至SCADA，以便通知相关人员进行制定维护计划。
S58，通讯控制单元还通过通讯进行时钟校正，从而保证温度信息的时间标签和风电机组控制系统的时间标签一致。
S59，配电单元主要为整个装置提供供配电和必要的保护，其中包括配电部分的浪涌保护和通讯控制单元的浪涌保护。
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 (10)

1.一种风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，包括：
温度传感器，分布于风电机组的不同部位，用于采集在不同工况下不同部位的温度数据；
数据处理和控制单元，连接至所述温度传感器，用于将温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式；
通讯控制单元，连接至所述数据处理和控制单元，用于将运行模式切换信息传输给PLC，以便将风电机组切换至高温运行模式，其中，在高温运行模式下风电机组根据温度和机组运行状态控制模型进行降功率运行。
2.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，不同部位的温度数据包括：风力发电机组整机内外环境温度、大部件所处的小环境的内外温度、关键部件和关键部位的部件内部温度、冷却系统的温度和冷却介质的温度。
3.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，所述数据处理和控制单元还用于，为所述数字温度数据增加时间轴。
4.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，所述数据处理和控制单元还用于，对所述数字温度数据的有效性进行判断，以便判断是否需要对所述数字温度数据进行异常处理。
5.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，所述数据处理和控制单元通过判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，从而判断机组是否需要进入高温运行模式。
6.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，通讯控制单元采用CANopen和TCP/IP双模式。
7.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，还包括：
数据存储单元，用于将温度数据按照时间标签进行存储。
8.根据权利要求1所述的风电机组的高温智能运行控制系统，其特征在于，还包括：
数据转换单元，连接至所述温度传感器，用于将采集到的模拟温度数据转换为数字温度数据。
9.一种风电机组的高温智能运行控制方法，其特征在于，包括：
采集不同工况下不同部位的温度数据；
将温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式；
将运行模式切换信息传输给PLC，以便将风电机组切换至高温运行模式，其中，在高温运行模式下，在高温运行模式下风电机组根据温度和机组运行状态控制模型进行降功率运行。
10.根据权利要求9所述的风电机组的高温智能运行控制方法，其特征在于，将数字温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断机组是否需要进入高温运行模式，包括：
将数字温度数据与预先存储的风电机组不同工况下的风电机组温度、机组运行状态控制模型和机组运行状态切换专家经验阈值进行比对和迭代，根据比对和迭代的结果，判断风电机组环境和部件温度是否超出风电机组正常运行时的温度范围，以判断机组是否需要进入高温运行模式。
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