CN113937880A - 一种基于风力发电机组的管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于风力发电机组的管理系统，包括：用于控制风力发电机组的机侧控制系统，用于监控风力发电场的场侧智能监控系统，用于调度风力发电区域内各个风力发电场功率的区域侧调度系统和用于管理各个风力发电区域的云端管理系统。本发明通过对机侧控制系统、场侧智能监控系统、区域侧调度系统和云端管理系统的改造，形成了“机侧控制系统—场侧智能监控系统—区域侧调度系统—云端管理系统”四级互联互通，有效打破了数据的壁垒，提高了管理效率，优化了风力发电机组的利用率。

Description

一种基于风力发电机组的管理系统
技术领域
本发明涉及电力管理技术领域，尤其是指一种基于风力发电机组的管理系统。
背景技术
目前的电力管理系统存在机侧控制系统开放度低；场侧智能监控系统缺少设备的优化和运维增效；区域侧调度系统的设备分散、难以获取调度权，且不具备参与电力市场化交易的能力；同时目前的电力管理系统还缺少云端管理系统。对于风力发电机组，在役的风力发电机组主要控制部件开放程度低、智能化低，随着大数据和边缘计算应用需求提高，数据复杂处理功能需求逐渐增多，现有控制器难以同时满足开放、高效、安全的要求。基于此，本发明设计了一种基于风力发电机组的管理系统。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电力管理系统存在机侧控制系统开放度低；场侧智能监控系统缺少设备的优化和运维增效；区域侧调度系统的设备分散、难以获取调度权，且不具备参与电力市场化交易的能力；同时缺少云端管理系统的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于风力发电机组的管理系统，包括：用于控制风力发电机组的机侧控制系统，用于监控风力发电场的场侧智能监控系统，用于调度风力发电区域内各个风力发电场功率的区域侧调度系统和用于管理各个风力发电区域的云端管理系统；
其中，所述机侧控制系统包括自适应优化模块，所述场侧智能监控系统包括设备劣化预警模块，所述区域侧调度系统包括功率调度模块和电力市场交易模块，所述云端管理系统包括区域电力市场交易模块；
所述自适应优化模块，用于根据风速风向仪记录和所述风力发电机组的功率曲线进行自适应对风优化和偏航优化；
所述设备劣化预警模块，用于监控所述风力发电场内各个风力发电机组的故障情况和寿命情况，并显示告警检修信息；
所述功率调度模块，用于根据所述各个风力发电场的实时可调有功功率进行最优功率分配，将预先分配完成的功率下发至所述各个风力发电场；
所述电力市场交易模块，用于实现所述各个风力发电场的电力市场交易和合约管理；
所述区域电力市场交易模块，用于追踪所述各个风力发电区域的电力交易价格和查看所述各个风力发电区域的电力交易合约，还用于进行跨区域电力交易。
在本发明的一个实施例中，所述机侧控制系统包括：
安全链模块，用于当安全链中任意安全设备断开时，控制所述机侧控制系统进入紧急停机状态，并在所述安全链模块中断点位置显示告警信息，以确保所述风力发电机组的安全性；
机侧设备监测模块，用于监测所述风力发电机组的状态参数；
变桨控制模块，用于根据风速和所述自适应优化模块的实时优化结果，调整桨距角，追踪最佳Cp值；
功率管理模块，用于管理所述风力发电机组发出的有功功率，将有功功率调整至预设值；
故障记录模块，用于以时间戳为顺序记录所述风力发电机组所触发的各项故障事件及告警事件。
在本发明的一个实施例中，所述场侧智能监控系统包括：
场侧设备监控模块，用于监测所述风力发电场内风力发电机组的状态参数；
尾流控制模块，用于根据尾流模型和实时风况调整对风策略，提升电量；
运维指导模块，用于巡检任务和分级处理故障任务，显示故障处理所需的工器具备件，当工器具备件库的工器具备件低于设定值时提示采购。
在本发明的一个实施例中，所述尾流控制模块包括：
显示单元，用于显示风能玫瑰图及风向玫瑰图；
尾流三维模型单元，用于根据实时风况模拟显示尾流状态和尾流所影响的区域；
控制单元，用于根据尾流优化结果对所述风力发电机组下发偏航指令，并实时显示所述风力发电机组的朝向与风向偏离角度。
在本发明的一个实施例中，所述运维指导模块包括：
分级单元，用于按紧急程度对巡检和消缺的任务进行分级，根据任务紧急程度的分级对当班人员进行排班，并提示完成任务所需的工器具及安全措施；
调阅单元，用于调阅工作历史记录，显示工作内容及完成情况；
备件库单元，用于查找工器具备件的领用记录，显示所述工器具备件的取用数量、取用人员与人员的入库时间和出库时间。
在本发明的一个实施例中，所述区域侧调度系统包括：区域侧设备监控模块，用于监控所述风力发电场区域内风力发电机组的运行状态与参数，显示所述各个风力发电场的总上网电量和可调度电量。
在本发明的一个实施例中，所述云端管理系统包括：
云端设备监控模块，用于监测所述各个风力发电区域内风力发电机组的实时上网电量；
专家支持模块，用于向专家发送故障工单，更新故障库。
在本发明的一个实施例中，所述设备劣化预警模块包括：传感器单元，用于计算部件寿命，实时显示部件动态预期寿命，当动态预期寿命低于安全寿命时，显示告警检修信息。
在本发明的一个实施例中，所述功率调度模块包括:调取单元，用于调取以时间戳为顺序的调度历史记录，并对所述调度历史记录进行查看和查询。
在本发明的一个实施例中，所述区域电力市场交易模块包括：
显示单元，用于显示所述各个风力发电区域的电力实时交易价格和所述各个风力发电区域的电力实时可交易量；
交易单元，用于进行跨区域的电力实时交易；
交易库单元，用于查看所述各个风力发电区域内的实时电力市场交易合约、即将到期的电力交易合约和已交割完成的电力交易合约，但不可进行合约交易。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的基于风力发电机组的管理系统，通过机侧控制系统的自适应优化模块自主优化控制参数，提高了风力发电机组的发电效率；通过场侧智能监控系统的设备劣化预警模块提高了风力发电机组的运维水平；通过区域侧调度系统的功率调度模块和电力市场交易模块增强了风力发电机组的可利用率，实现了风力发电区域内各个风力发电场的电力市场交易；通过云端管理系统的区域电力市场交易模块实现了各个风力发电区域内的电力市场交易。本发明所述的系统，通过对机侧控制系统、场侧智能监控系统、区域侧调度系统和云端管理系统的改造，形成了“机侧控制系统—场侧智能监控系统—区域侧调度系统—云端管理系统”四级互联互通，有效打破了数据的壁垒，提高了管理效率，优化了风力发电机组的利用率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所提供的一种基于风力发电机组的管理系统的第一种具体实施例的结构框图；
图2为本发明所提供的机侧控制系统示意图；
图3为本发明所提供的场侧智能监控系统示意图；
图4为本发明所提供的区域侧调度系统示意图；
图5为本发明所提供的云端管理系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，图1为本发明所提供的一种基于风力发电机组的管理系统的第一种具体实施例的结构框图，本实施例提供的一种基于风力发电机组的管理系统，包括：用于控制风力发电机组的机侧控制系统，用于监控风力发电场的场侧智能监控系统，用于调度风力发电区域内各个风力发电场功率的区域侧调度系统和用于管理各个风力发电区域的云端管理系统；
其中，所述机侧控制系统包括自适应优化模块，所述场侧智能监控系统包括设备劣化预警模块，所述区域侧调度系统包括功率调度模块和电力市场交易模块，所述云端管理系统包括区域电力市场交易模块；
所述自适应优化模块，用于根据风速风向仪记录和所述风力发电机组的功率曲线进行自适应对风优化和偏航优化；
所述设备劣化预警模块，用于监控所述风力发电场内各个风力发电机组的故障情况和寿命情况，并显示告警检修信息；
所述功率调度模块，用于根据各个风力发电场的实时可调有功功率进行最优功率分配，将预先分配完成的功率下发至所述各个风力发电场；
所述电力市场交易模块，用于实现所述各个风力发电场的电力市场交易和合约管理；
所述区域电力市场交易模块，用于追踪所述各个风力发电区域的电力交易价格和查看所述各个风力发电区域的电力交易合约，还用于进行跨区域电力交易。
本发明通过云端管理系统将专家生成的故障处理意见返回给现场技术人员，现场技术人员通过机侧控制系统的控制器、场侧智能监控系统的监控优化、区域侧调度系统的调度监控和云端管理系统的交易监控对故障进行处理。
本实施例提供的系统，通过对机侧控制系统、场侧智能监控系统、区域侧调度系统和云端管理系统的改造，实现了机侧到云端的开放安全、调度充分、区域互联、全局优化，管理层级清晰，提高了发电效率与管理水平。
基于上述实施例，本实施例是对上述实施例作近一步说明；参照图2所示，所述机侧控制系统，搭载于机侧控制器，用户可根据自身需求，在不影响安全性与可靠性的前提下，使用编译软件对功能模块进行自定义添加、修改、删除。所述机侧控制系统包括主界面显示单元及各分子模块，所述主界面显示单元，用于显示风速、风向、实时功率、故障代码等主要状态参数，并可进行启停机、复位、安全链复位操作，可点击进入各子模块。所述机侧控制系统的子模块可以包括：安全链模块、机侧设备监测模块、变桨控制模块、自适应优化模块、功率管理模块和故障记录模块；
所述安全链模块，用于保障风力发电机组的安全性，当安全链中任意安全设备断开时，系统进入紧急停机程序，并在模块中断点位置显示告警；
所述机侧设备监测模块，用于监测各主要及辅助设备温度、转速、角度等状态参数，参数偏离正常值即触发告警；
所述变桨控制模块，用于根据风速及自适应优化模块实时优化结果，对变桨系统发出变桨指令，调整桨距角，追踪最佳Cp值；
所述自适应优化模块，用于根据风速风向仪记录及功率曲线自动进行对风优化及偏航优化，达到可利用率最大化；
所述功率管理模块，用于管理风力发电机组发出的有功功率，并根据场侧功率管理系统下发的指令，改变转速转矩，调整有功功率至设定值；
所述故障记录模块，用于以时间戳为顺序记录风力发电机组触发的各项故障事件及告警事件，并上传至场侧服务器，机侧本地记录保存三天。
参照图3所示，所述场侧智能监控系统包括：场侧设备监控模块、尾流控制模块、设备劣化与预警模块和运维指导模块；
所述场侧设备监控模块包括：显示风力发电机组的发电状态，包括风速、有功功率、运行状态和实时功率曲线与给定功率曲线等；显示的实时功率曲线与给定功率曲线可进行实时比对，并定期生成报告；
控制单台风力发电机组的系统和子模块，可登入单台风力发电机组控制系统，对各部件参数进行查看，登录对高权限对定值进行修改，可启停、复位风力发电机组，权限低于机组侧登入权限；
导出秒级、分钟级SCADA记录和一年内任意时间段故障日志，导出文件格式为.xls、.csv中任意一种。
所述尾流控制模块包括：显示该场风能玫瑰图及风向玫瑰图；
尾流三维模型，根据实时风况模拟显示尾流状态、影响区域；
根据尾流优化计算结果对单台风力发电机组下发偏航指令，并实时显示风力发电机组朝向与风向偏离角度。
所述设备劣化与预警模块包括：接入视频、压力、声音、激光等传感器模块，显示相应图像、图表和曲线，并可增添传感器进行功能扩展；后端根据传感器信息动态计算部件寿命，并通过前端界面实时显示，当动态预期寿命低于安全寿命时，显示告警信息提醒人员前往检修。
所述运维指导模块包括：对巡检、消缺内容按紧急程度进行分级，输入当班人员名单，按任务紧急程度对人员进行排班，并提示完成任务所需工器具及安全措施；
调阅工作历史记录，具备以日期、任务或人员名称进行搜索的功能，显示工作内容及完成情况；
进入备件库，备件库按工具、备件类型进行分类，具备查找功能，行信息显示名称、规格、数量、若该器具有质检规定则显示本次质检及下次质检时间。进入备件库历史记录选项可查看备件领用记录，以时间或备件名称进行查找，显示取用数量、取用人、入库时间及出库时间。
参照图4所示，区域侧调度系统包括区域侧设备监控模块，功率调度模块和电力市场交易模块；
所述区域侧设备监控模块包括：显示区域内各场的实时上网电量，点击进入各场子界面查看场内风力发电机组实时状态参数，不可登入单台风力发电机组控制系统。
所述功率调度模块包括：主界面显示该区域内电网总上网电量，总可调度容量以及各场实时可调度有功功率；
当电网下发提升功率指令时，功率调度模块弹出指令提醒，并立即进行功率分配。手动模式下，可提前设置调度场站，当指令下发时，系统优先在设置场站内分配功率，超出部分将自动分配至非设置场站。自动模式下，系统接收到调度指令后将根据算法智能分配功率至各场站；
当电网下发限功率指令时，功率调度模块弹出指令提醒，并立即进行功率分配。手动模式下，可提前设置保护场站，当指令下发时系统优先在保护范围外调整功率，不足部分在保护场站范围内智能分配；
调取调度历史记录进行查看，以时间戳为顺序查询，显示调度时间、调度容量、具体分配场站及具体分配容量、响应速率及分配完成时长。
所述电力市场交易模块包括：实时显示当前交易价格，手动模式下可设置买入及卖出交易价格，当触发交易价格时将自动买入或卖出；自动模式下根据历史记录经智能动态计算得出实时较优交易价格区间，当实时价格进入最优区间，系统将自动进行买入、卖出操作；
在合约库可查看现有合约，以合约到期时间顺序显示各项合约，进入单项时间可显示合约名称、建立时间、交易数量以及到期时间等，合约到期前7日、3日提醒交割。
参照图5所示，所述云端管理系统包括云端设备监控模块、专家支持模块和区域电力市场交易模块；
所述云端设备监控模块包括：显示全平台总上网电量，可进入各区域查看区域下辖各场风力发电机组，不可进入单台风力发电机组控制系统，可调取任意时间段内SCADA记录及故障日志并下载；
显示各场在上期考核时段内各项电量损失比例，将最主要损失作高亮警示显示。
所述专家支持模块包括：新工单提醒，当有现场人员上传新故障工单时，弹出提醒提示专家进行查看处理；
进入未完成任务，专家可查看现场人员上传的文字、图片、视频，可调取设备监控模块的SCADA记录及故障日志，生成处理意见返回技术人员，任务未完成状态可补充材料，已完成任务进入任务库，可以时间戳进行任务浏览，点击可调阅任务处理记录。
所述区域电力市场交易模块包括：主界面显示各区域电力市场实时交易价格以及各区域实时可交易量；
进入跨区域交易模式，人员可登入权限进行手动跨区域交易，生成交易订单后需要交易区域人员进行放行处理；
进入交易库查看全区域内电力市场交易合约，可查看即将到期交易合约以及已交割完成交易合约，但不可进行合约交易
本实施例提供的系统，实现了机侧控制系统的智能开放，场侧智能监控系统的发电策略及运维策略优化，区域侧调度系统的调度优化和各个风力发电场的电力市场交易，云端管理系统的集中管控和各个风力发电区域的电力交易；形成了多级的互联协同，优化了风力发电机组的利用率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于风力发电机组的管理系统，其特征在于，包括：用于控制风力发电机组的机侧控制系统，用于监控风力发电场的场侧智能监控系统，用于调度风力发电区域内各个风力发电场功率的区域侧调度系统和用于管理各个风力发电区域的云端管理系统；
其中，所述机侧控制系统包括自适应优化模块，所述场侧智能监控系统包括设备劣化预警模块，所述区域侧调度系统包括功率调度模块和电力市场交易模块，所述云端管理系统包括区域电力市场交易模块；
所述自适应优化模块，用于根据风速风向仪记录和所述风力发电机组的功率曲线进行自适应对风优化和偏航优化；
所述设备劣化预警模块，用于监控所述风力发电场内各个风力发电机组的故障情况和寿命情况，并显示告警检修信息；
所述功率调度模块，用于根据所述各个风力发电场的实时可调有功功率进行最优功率分配，将预先分配完成的功率下发至所述各个风力发电场；
所述电力市场交易模块，用于实现所述各个风力发电场的电力市场交易和合约管理；
所述区域电力市场交易模块，用于追踪所述各个风力发电区域的电力交易价格和查看所述各个风力发电区域的电力交易合约，还用于进行跨区域电力交易。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机侧控制系统包括：
安全链模块，用于当安全链中任意安全设备断开时，控制所述机侧控制系统进入紧急停机状态，并在所述安全链模块中断点位置显示告警信息，以确保所述风力发电机组的安全性；
机侧设备监测模块，用于监测所述风力发电机组的状态参数；
变桨控制模块，用于根据风速和所述自适应优化模块的实时优化结果，调整桨距角，追踪最佳Cp值；
功率管理模块，用于管理所述风力发电机组发出的有功功率，将有功功率调整至预设值；
故障记录模块，用于以时间戳为顺序记录所述风力发电机组所触发的各项故障事件及告警事件。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述场侧智能监控系统包括：
场侧设备监控模块，用于监测所述风力发电场内风力发电机组的状态参数；
尾流控制模块，用于根据尾流模型和实时风况调整对风策略，提升电量；
运维指导模块，用于巡检任务和分级处理故障任务，显示故障处理所需的工器具备件，当工器具备件库的工器具备件低于设定值时提示采购。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述尾流控制模块包括：
显示单元，用于显示风能玫瑰图及风向玫瑰图；
尾流三维模型单元，用于根据实时风况模拟显示尾流状态和尾流所影响的区域；
控制单元，用于根据尾流优化结果对所述风力发电机组下发偏航指令，并实时显示所述风力发电机组的朝向与风向偏离角度。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述运维指导模块包括：
分级单元，用于按紧急程度对巡检和消缺的任务进行分级，根据任务紧急程度的分级对当班人员进行排班，并提示完成任务所需的工器具及安全措施；
调阅单元，用于调阅工作历史记录，显示工作内容及完成情况；
备件库单元，用于查找工器具备件的领用记录，显示所述工器具备件的取用数量、取用人员与人员的入库时间和出库时间。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述区域侧调度系统包括：区域侧设备监控模块，用于监控所述风力发电场区域内风力发电机组的运行状态与参数，显示所述各个风力发电场的总上网电量和可调度电量。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云端管理系统包括：
云端设备监控模块，用于监测所述各个风力发电区域内风力发电机组的实时上网电量；
专家支持模块，用于向专家发送故障工单，更新故障库。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设备劣化预警模块包括：传感器单元，用于计算部件寿命，实时显示部件动态预期寿命，当动态预期寿命低于安全寿命时，显示告警检修信息。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率调度模块包括:调取单元，用于调取以时间戳为顺序的调度历史记录，并对所述调度历史记录进行查看和查询。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述区域电力市场交易模块包括：
显示单元，用于显示所述各个风力发电区域的电力实时交易价格和所述各个风力发电区域的电力实时可交易量；
交易单元，用于进行跨区域的电力实时交易；
交易库单元，用于查看所述各个风力发电区域内的实时电力市场交易合约、即将到期的电力交易合约和已交割完成的电力交易合约，但不可进行合约交易。
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