CN207586388U - 风电机组监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风电机组监测系统，包括：用于将风电机组变流器输出的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号的采集器；用于根据所述采集器上传的录波信号监测风电机组工作状态的集中器；所述采集器与所述风电机组变流器的输出端连接，所述集中器通过网络与所述采集器连接。该风电机组监测系统可以通过集中器进行录波分析，实时精确监测风电机组涉网信息并实时上传至稳控系统或调度后台，从而可以协助进行单台风机故障的定位与分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及风电机技术领域，尤其涉及一种风电机组监测系统。
背景技术
在风电集中地区，一般建设有高压直流等配套设施，网架结构相对复杂而且薄弱。当某一环节有故障发生时，容易造成系统连锁故障，导致事故扩大化。
传统风电机组监测系统一般分成两种：对单机的监测多采用有效值的方式，不能对电压电流等工频信号实现全息监测；对风电厂级别的检测设备受限于体积，接口，通讯等因素，不能应对单台风机监测。因此，传统的风电机组监测系统不能精确地对单台风机进行监测。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种风电机组监测系统。该风电机组监测系统使用采集器对单台风机连续录波，使用集中器监测风电机组工作状态，从而实现对单台风机的监测。
本实用新型实施例采用以下技术方案：
一种风电机组监测系统，包括：用于将风电机组变流器输出的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号的采集器；用于根据所述采集器上传的录波信号监测风电机组工作状态的集中器；所述采集器与所述风电机组变流器的输出端连接，所述集中器通过网络与所述采集器连接。
进一步地，所述采集器为至少一个；所述风电机组为至少一个；所述采集器和所述风电机组变流器安装在塔底；所述集中器安装在升压站；每个所述采集器均与所述集中器连接。
优选地，所述采集器包括通讯单元和信号采集单元；其中，所述信号采集单元与所述风电机组变流器的输出端连接，用于采集变流器实时输出的三相电压信号和三相电流信号，并分别转换为录波信号；所述通讯单元通过总线接口与所述信号采集单元连接，且通过数据上传接口与所述集中器连接。
进一步地，所述信号采集单元包括三相电压输入端和三相电流输入端，其中，所述三相电压输入端连接风电机组变流器的输出端；所述三相电流输入端通过电流传感器连接风电机组变流器的输出端。
进一步地，所述通讯单元还包括本地接入接口，所述本地接入接口用于连接本地监控终端。
优选地，所述通讯单元为LPC3250芯片，所述信号采集单元为DSP模块；所述LPC3250芯片与所述DSP模块通过SPI总线进行通信连接。
优选地，所述数据上传接口为RJ45接口，所述本地接入接口包括WIFI接口以及/或者UART接口。
进一步地，所述通讯单元还包括数据压缩模块；所述数据压缩模块用于将录波信号数据进行压缩处理，并将压缩处理后的录波信号数据传送给所述集中器。
进一步地，所述集中器还包括数据存储器，用于存储所述采集器上传的录波信号数据。
进一步地，所述集中器包括还故障监测模块；所述故障监测模块用于根据所述采集器上传的录波信号实时监测风电机的故障状态。
上述风电机组监测系统，采集器将风电机组变流器输出的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号，并将该录波信号通过网络上传到集中器。集中器根据上传的录波信号监测风电机组工作状态。因此，该风电机组监测系统可以通过集中器进行录波分析，实时精确监测风电机组涉网信息并实时上传至稳控系统或调度后台(通过集中器传送给稳控系统等)，从而可以协助进行单台风机故障的定位与分析。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为应用本实用新型提供的风电机组监测系统的场级监测系统的拓扑图；
图2为本实用新型提供的一种风电机组监测系统典型实施例中的结构框图；
图3为本实用新型提供的采集器的一实施例中的结构框图；
图4为本实用新型提供的数据压缩模块采用旋转门压缩算法原理的一实施例中的解析图；
图5a、图5b和图5c分别为本实用新型提供的风电机组进入低电压穿越状态时的并网点电压、有功电流及无功电流的一实施例中的状态图；
图6为本实用新型提供的故障穿越过程故障标识状态和整场有功功率的一实施例中的关系图。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为应用本实用新型提供的风电机组监测系统的场级监测系统的拓扑图。如图1所示，该场级监测系统包括风电机组监测系统、稳控系统31、电力监控系统21和风机集120。在该技术架构中，通过调度数据网与稳控后台或者其他后台通讯，支持多种通讯规约。
风电机组监测系统包括集中器110和采集器(图1未示出)。风机集120包括至少一台风机。每台风机内安装有采集器，实时采集风机组变流器输出的电压和电流等信息，并与场站内的集中控制器(集中器110)通讯。在一实施方式中，在同一风电场内每100台风机配置一个集中控制主站。集中器110实现场站内所有机组信息的整合与管控，并且与其他系统通过接口连接。该技术架构中，场站内所有采集器利用场站内部通信信道与集中器110(集中控制器)通信连接，其通信过程遵循内部通讯规约。
图2为本实用新型提供的一种风电机组监测系统典型实施例中的结构框图。如图2所示，该风电机组监测系统10包括采集器100和集中器200。集中器200通过网络与采集器100连接。优选地，通过风电场环网通讯网络300通信连接，从而实现采集器100和集中器200的远距离远程信息交互。
采集器100与风电机组变流器20的输出端连接，用于采集风电机组变流器20的输出端输出的实时电压信号和实时电流信号，并将采集到的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号。采集器100通过风电场环网通讯网络300与集中器200通信连接，将录波信号传送给集中器200。集中器200根据采集器100上传的录波信号监测风电机组的工作状态。
在本实施例中，采集器100为至少一个。风电机组为至少一个。每个风电机组对应设置一个采集器100。集中器200安装在升压站，采集器100用于采集风电机组的涉网信息。采集器100以及与之连接的风电机组变流器20安装在塔底。每个采集器100均与集中器200通信连接，以使得集中器200接收到每个采集器100上传的录波信号。
在本实施例中，集中器200对每个采集器100上传的录波信号进行录波分析，以监测每个风电机组的正常工作状态以及故障状态。集中器200通过录波分析可获取到每个采集器100的实时数据模拟量、整场有功、整场无功，并网点频率、实时数据状态量、正常状态风机台数、高穿状态风机台数、低穿状态风机台数、故障停机状态风机台数、限功率停机状态风机台数、小风停机状态风机台数以及指定时间段的连续录波数据等。因此，集中器200可实时精确监测风电机组的涉网信息并实时上传至稳控系统或其他调度后台，协助调度系统实现发电侧和负荷侧的实时及精准匹配，维持电力系统稳定。同时，集中器200也将监测到的风电机组的涉网信息发送给其他电力监控系统，以更好地维持电力系统的稳定。
上述风电机组监测系统10，采集器100将风电机组变流器20输出的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号，并将该录波信号通过网络上传到集中器200。集中器200根据上传的录波信号监测风电机组工作状态。因此，该风电机组监测系统10可以通过集中器200进行录波分析，实时精确监测风电机组涉网信息并实时上传至稳控系统31或调度后台(通过集中器200传送给稳控系统31等)，从而可以协助进行单台风机故障的定位与分析。
在一实施例中，如图2所示，采集器100包括通信单元103和信号采集单元101。其中，信号采集单元101与风电机组变流器20的输出端连接，用于采集变流器实时输出的三相电压信号和三相电流信号，并分别转换为录波信号。通讯单元103通过总线接口与信号采集单元101连接，且通讯单元103通过数据上传接口1017为集中器200上传数据信息。具体地，信号采集单元101包括三相电压输入端1011和三相电流输入端1013。三相电压输入端1011连接风电机组变流器20的输出端，采集变流器实时输出的三相电压信号。三相电流输入端1013通过电流传感器30连接风电机组变流器20的输出端，采集变流器实时输出的三相电流信号。通讯单元103还包括本地接入接口1015。本地接入接口1015连接本地监控终端40。因此，也可以通过本地监控终端40监测到对应单台风电机组的涉网信息。
在一具体实施方式中，如图3所示，通讯单元103为LPC3250芯片，信号采集单元101为DSP模块。LPC3250芯片与DSP模块通过SPI总线进行通信连接。LPC3250芯片为采用双CPU的LPC3250芯片，因此可提高采集器100对风电机组采集的信号处理效率。并且，该芯片内置国产安全操作系统，满足电力系统安全接入要求，提高了采集器100的安全性。DSP模块按固定步长对风电机组进行信号的采集，并运行软件算法，且通过SPI总线与LPC3250芯片进行通信。数据上传接口1017为RJ45接口。本地接入接口1015包括WIFI接口以及/或者UART接口。
所述通讯单元103还包括数据压缩模块1031。数据压缩模块1031用于将录波信号数据进行压缩处理，并将压缩处理后的录波信号数据传送给集中器200。在本实施例中，由于集中器200需要对连续录波数据进行存储，根据测点的密度，数据量会很大，因此采集器100采用数据压缩模块1031对数据进行压缩后，再将压缩后的数据上传到集中器200中进行存储。数据压缩模块1031根据旋转门压缩算法原理对数据进行压缩。具体参照附图4：A点为最近一次保存的点，通过A点和后续点画平行四边形，其竖直方向的边长A1A2为2倍的压缩精度，也就是图4上的旋转门范围。当平行四边形能够包围A点与当前点之间的所有点时，继续画平行四边形，如图4中的平行四边形③包围了B点和C点。当平行四边形不能包围所有点时，如图4中的A点和E点画出的平行四边形④，那么其前一个点即D点需要进行保存，然后从D点开始继续画平行四边形。
旋转门算法具体实现时，仅需要计算A1与后续点的最大斜率、A2与后续点的最小斜率以及A点与当前点的斜率。若这个斜率超出了最大和最小斜率范围，那么当前点的前一个点就需要保存。因此，这个算法计算量少，中间需保存的变量也少，测点值解压缩还原后的最大误差为压缩精度，也即旋转门范围的一半。
在一实施例中，如图2所示，集中器200还包括数据存储器201。数据存储器201用于存储采集器100上传的录波信号数据。具体地，数据存储模块201对采集器100中通讯单元103中的数据压缩模块1031上传的多个连续录波数据进行存储，并提供索引。
传统的集中器针对多测点及密集采样的应用场景，因采样率高容易造成测点采样时标分辨率不够。具体而言，通常的实时数据库，针对每个测点，每次存储一个采样值，而时标分辨率一般为毫秒级，这样每秒最多只能存储1K个采样。如下表1和表2所示，表中示出机组变流器输出端向量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)输出的三相电流、三相电压实时数值。
表1：采样1
| 测点标签 | 测点描述 | 采样时间 | 测点值 |
| PMU1-1 | 机侧电压A | 2017-08-0717:10:20.000 | 690.10 |
| PMU1-2 | 机侧电压B | 2017-08-0717:10:20.000 | 690.23 |
| PMU1-3 | 机侧电压C | 2017-08-0717:10:20.000 | 690.31 |
| PMU1-4 | 机侧电流A | 2017-08-0717:10:20.000 | 10.05 |
| PMU1-5 | 机侧电流B | 2017-08-0717:10:20.000 | 9.99 |
| PMU1-6 | 机侧电流C | 2017-08-0717:10:20.000 | 10.01 |
表2：采样2
| 测点名称 | 测点描述 | 采样时间 | 测点值 |
| PMU1-1 | 机侧电压A | 2017-08-0717:10:20.001 | 690.21 |
| PMU1-2 | 机侧电压B | 2017-08-0717:10:20.001 | 690.01 |
| PMU1-3 | 机侧电压C | 2017-08-0717:10:20.001 | 690.47 |
| PMU1-4 | 机侧电流A | 2017-08-0717:10:20.001 | 9.78 |
| PMU1-5 | 机侧电流B | 2017-08-0717:10:20.001 | 10.08 |
| PMU1-6 | 机侧电流C | 2017-08-0717:10:20.001 | 10.05 |
具体地，集中器200为了解决点采样时标分辨率不够的问题，数据存储模块1031对于采集器100上传的连续录波数据的存储方式如下：时标分辨率仍为毫秒，但将N个周期(或N段时间)组成一包数据进行存储，写入到实时库的二进制类型测点，一包里面的数据个数根据需要自己写入，并写入个数、时长等参数。如每毫秒写入40字节的float类型数据，存储10个FLOAT型数值，相当于采样率为1K*10。检索测点时，根据序号查找对应位置的值即可。具体参照下表：
表3
| 测点标签 | 测点描述 | 采样时间 | 测点值(1-n) |
| PMU1-1 | 机侧电压A | 2017-08-0717:10:20.000 | [690.10][690.20][...][690.03] |
| PMU1-2 | 机侧电压B | 2017-08-0717:10:20.000 | [690.10][690.20][...][690.03] |
| PMU1-3 | 机侧电压C | 2017-08-0717:10:20.000 | [690.10][690.20][...][690.03] |
| PMU1-4 | 机侧电流A | 2017-08-0717:10:20.000 | [10.10][10.20][...][10.03] |
| PMU1-5 | 机侧电流B | 2017-08-0717:10:20.000 | [9.98][9.99][...][9.93] |
| PMU1-6 | 机侧电流C | 2017-08-0717:10:20.000 | [10.01][10.05][...][10.03] |
按包存储还可以加上包标识，对这包数据代表的意思进行描述，用户查询时可能会只看某一类的数据。这包数据可分别计算出有效值、最大值、最小值、平均值、峰峰值等等，这些值可存储在普通测点(float类型)中，组态界面上可直接绑定这些点显示。
在一实施例中，集中器200包括还故障监测模块203。故障监测模块203用于根据多个采集器100上传的录波信号实时监测风电机组的故障状态。
在一实施方式中，故障监测模块203包括低电压穿越判断单元(图未示)。低电压穿越判断单元用于根据风电机组的录波信号(每台风电机组中采集器100上传的录波信号)中的并网点电压，并网有功电流以及并网无功电流的状态判断该风电机组进入低电压穿越状态。具体地，低电压穿越判断单元采用对整场风机状低电压穿越态实现实时监测的算法，针对风机进入低电压穿越状态时的响应特性，采用并网点电压，并网有功电流，并网无功电流的状态为单台机组进入低电压穿越状态的判据，实时统计并网有功功率，并网无功功率的变化，协助稳控装置进行策略优化。
图5a、图5b和图5c为一实施例中，风电机组进入低电压穿越状态时的并网点电压、有功电流及无功电流的状态图。如图5a所示，判断依据1：并网点电压小于0.9pu，区域701判定为低电压穿越状态发生。如图5b所示，判断依据2：并网点有功电流Ip振幅低于0.2pu，区域703判定为低电压穿越状态发生。如图5c图所示，判断依据3：并网点无功电流Iq是否位于区间范围Iq*2DetaU*In之内，其中DetaU为并网点电压跌落程度占比，In为额定电流，区域705判定为低电压穿越状态发生。本实施例中，根据并网点电压、有功电流、无功电流判断风电机组是否进入低电压穿越状态，同时满足以上三个判断则可判断风电机进入低电压穿越状态。
图6为一实施例中的故障穿越过程故障标识状态和整场有功功率的关系图。如图6所示，T1：电网故障，风场有风电机进入故障穿越状态。T1--T2：故障穿越过程中，部分风电机因穿越故障陆续脱网，导致整场有功功率进一步下降。T2-T3：故障后整场有功功率按设定速率恢复。当检测到有风电机进入故障穿越状态，在状态标识置位的时间段实时统计上表中所列数据，所有统计数据都是相对T0时刻的计算值。
本实用新型实施例提供的风电机组监测系统具备连续录波功能，实时监测风机的运行状态，精准测量风机涉网参数，可以将现有的故录监控范围扩展到单台风机。在故障后，可以调取任意一台风机的连续录波数据，协助进行故障分析，进行故障快速定位排除，该系统还具备精确的电气量分析统计功能。
本文中较多地使用了类似风电机组、风电机、采集器、收集器等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用以上术语仅仅是为了能够更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型主旨相违背的。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种风电机组监测系统，其特征在于，包括：用于将风电机组变流器输出的实时电压信号和实时电流信号转换成录波信号的采集器；用于根据所述采集器上传的录波信号监测风电机组工作状态的集中器；所述采集器与所述风电机组变流器的输出端连接，所述集中器通过网络与所述采集器连接。
2.根据权利要求1所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述采集器为至少一个；所述风电机组为至少一个；所述采集器和所述风电机组变流器安装在塔底；所述集中器安装在升压站；每个所述采集器均与所述集中器连接。
3.根据权利要求1或2所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述采集器包括通讯单元和信号采集单元；
其中，所述信号采集单元与所述风电机组变流器的输出端连接，用于采集变流器实时输出的三相电压信号和三相电流信号，并分别转换为录波信号；
所述通讯单元通过总线接口与所述信号采集单元连接，且通过数据上传接口与所述集中器连接。
4.根据权利要求3所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括三相电压输入端和三相电流输入端；
其中，所述三相电压输入端连接风电机组变流器的输出端；
所述三相电流输入端通过电流传感器连接风电机组变流器的输出端。
5.根据权利要求4所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述通讯单元还包括本地接入接口，所述本地接入接口用于连接本地监控终端。
6.根据权利要求5所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述通讯单元为LPC3250芯片，所述信号采集单元为DSP模块；所述LPC3250芯片与所述DSP模块通过SPI总线进行通信连接。
7.根据权利要求6所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述数据上传接口为RJ45接口，所述本地接入接口包括WIFI接口以及/或者UART接口。
8.根据权利要求3所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述通讯单元还包括数据压缩模块；所述数据压缩模块用于将录波信号数据进行压缩处理，并将压缩处理后的录波信号数据传送给所述集中器。
9.根据权利要求1所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述集中器还包括数据存储器，用于存储所述采集器上传的录波信号数据。
10.根据权利要求9所述的风电机组监测系统，其特征在于，所述集中器包括还故障监测模块；所述故障监测模块用于根据所述采集器上传的录波信号实时监测风电机的故障状态。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110365109A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-22 | 芜湖康爱而电气有限公司 | 一种储能变流器运行数据的云端监控系统及方法 |
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2017
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|---|---|---|---|---|
| CN110365109A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-22 | 芜湖康爱而电气有限公司 | 一种储能变流器运行数据的云端监控系统及方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |