风电机组直流变桨系统故障快照系统及其监控方法技术方案

本发明专利技术提供一种风电机组直流变桨系统故障快照系统及其监控方法，主要包括现场系统和中央监控系统；现场系统，主要包括数据采集与处理器、数据存储器、无线通讯模块、备用电源模块；中央监控系统，包括中央监控服务器服务器、通讯模块；中央监控服务器根据变桨系统运行数据和历史数据，基于人工神经网络进行数据进行故障分析与诊断。当机组触发故障或者异常状态时，可以触发机组变桨故障快照系统，可以在远程和本地进行数据调阅，同时可以在风电场主控室进行远程监控，同时基于人工神经网络对故障数据进行分析，以及提出检查顺序、可能损坏的部件或者初步处理方案。

【技术实现步骤摘要】
风电机组直流变桨系统故障快照系统及其监控方法
本专利技术属于发电机组监控
，具体涉及一种风电机组直流变桨系统故障快照系统及其监控方法。
技术介绍
21世纪以来，在全球范围内的能源结构调整中，化石燃料的份额明显下降，风能、水能、太阳能的比重不断上升。近些年，以风能、太阳等为代表的可再生能源在能源总量中所占的比重日益增多，可再生能源技术发展迅速，它们普遍具有清洁、无污染、安全、储量丰富等特点。风力发电作为现阶段最具备开发前景的可再生能源，根据国家能源局发布的《2019年风电并网运行情况》，到2019年底全国风电累计装机2.1亿千瓦。风力发电机组变桨距系统作为风力发电机组核心控制系统之一，其设备稳定性、可靠性对风力发电机组可靠性和安全性具有非常重要的意义。目前较为常用的是电动变桨距系统，在少部分机组也安装液压变桨系统。而电动变桨系统广义上根据驱动变桨的电机分为直流变桨和交流变桨。直流变桨系统往往由独立的变桨控制器(变桨控制PLC)控制，与风机主控制器(PLC或CPU模块)通过现场总线进行数据交互，其余例如安全链等主要信号还通过信号电缆与主控输入板卡、卡件或者模块连接。与传统火电机组故障不同，风力发电机组故障往往具有偶发性和随机性，加上风力发电机组主要运行监控在升压站或者主控室，在发生故障后检修人员往往需要二十分钟甚至更长的时间才能到达现场，许多故障在这个时间内故障现象可能已经恢复。对于直流变桨系统而言，故障的偶发性和随机性更为明显，而受限于风机主控制器(PLC或CPU模块)和变桨变桨控制器(PLC)的数据处理与存储能力，机组一般只能提供机组十分钟数据或者机组故障时刻的部分模拟量数据，而对于一些主要的开关量信号往往无法存储，这就为现场故障处理增加了难度。因此如何在远程对于变桨系统进行监控，同时如何获取直流变桨系统故障时刻包括故障时刻前后一段时间内的模拟量、开关量甚至是主控制器和变桨控制器、驱动器等核心部件的状态码或者故障码，同时自动对数据进行初步分析，提出处理建议，这些对于故障或者事故分析与追忆，现场故障处理等具有现实意义。现有风力发电机组直流变桨系统往往采用七柜设计，一般分为中控柜、轴一控制柜、轴一电池柜、轴二控制柜、轴二电池柜、轴三控制柜、轴三电池柜。变桨控制器、断路器、充电器、电源模块、浪涌保护器等安装在中控柜。变桨驱动器、变压器、部分接触器和断路器、电池电压监测模块等安装在轴控柜。变桨后备电源(变桨电池)安装在电池柜。各柜体之间，各柜体与变桨电机、变桨编码器通过动力电缆或信号电缆相连。变桨系统由独立的变桨控制器(变桨控制PLC)控制，与风机主控制器(PLC或CPU模块)通过现场总线进行数据交互，其余例如安全链等主要信号还通过信号电缆与主控输入板卡、卡件或者模块连接。中控柜是系统的核心柜体，变桨系统核心控制器变桨控制器就安放在其中。一方面可以将从滑环过来的电源分配到三个轴控柜与电池柜；与风机主控制器(PLC或CPU模块)通过现场总线进行数据交互，其余例如安全链等主要信号还通过信号电缆与主控输入板卡、卡件或者模块连接。轴控柜是变桨系统执行机构，其核心部件为变桨驱动器，其可以根据中控柜内变桨控制器指令要求完成桨叶调整工作，也可以通过蓄电池回桨控制回路完成紧急回桨动作。电池柜是系统的后备电源柜，在系统供电不足时候为轴控柜提供电源，保证机组在低电压穿越状态下的正常并网运行；也可以通过轴控柜直接给变桨电机与变桨电磁刹车提供电脑，保证机组在极端故障情况下可以收桨保证机组安全。中控柜的变桨控制器接收主控系统给出的变桨需求，将需求变桨速度及相关控制需求通过模拟量传给变桨驱动器，由变桨驱动器控制变桨电机执行变桨命令，完成机组变桨动作，确保机组稳定运行。现有风力发电机组往往只通过光纤或以太网将风机主控制器(PLC或CPU模块)与升压站的数据采集与监视控制系统(SCADA)相连接，同时通过数据采集与监视控制系统监控风力发电机组主控制器(PLC或CPU模块)的数据和报警、故障信息。该技术存在以下的缺点1、现有直流变桨系统没有单独的数据采集与处理器，受限于变桨变桨控制器(PLC)的数据处理与存储能力，无法对变桨数据进行存储。同时受限于风机主控制器(PLC或CPU模块)，机组一般只能提供机组十分钟数据或者机组故障时刻的部分模拟量数据，而对于一些主要的开关量信号和全部模拟量信息无法进行存储。2、直流变桨系统变桨主控制器与三个变桨驱动器之间只通过模拟量和数字量进行使能、速度等控制，现有直流变桨系统未采集变桨驱动器通讯数据，导致许多数据和状态无法采集。3、在风力发电机组无法对机组故障数据进行存储，也不能提供现场进行进行调阅，不利于现场故障处理。4、没有对于变桨系统进行单独监控，导致许多异常不能及早发现，导致机组故障甚至导致机组恶性事故。5、现有直流变桨系统没有故障快照记录功能。6、暂无基于人工神经网络对变桨系统数据进行故障分析与诊断技术。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种风电机组直流变桨系统故障快照系统，当机组触发故障或者异常状态时，可以触发机组变桨故障快照系统，可以在远程和本地进行数据调阅，同时可以在风电场主控室进行远程监控，同时基于人工神经网络对故障数据进行分析，以及提出检查顺序、可能损坏的部件或者初步处理方案。具体技术方案为：风电机组直流变桨系统故障快照系统，主要包括现场系统和中央监控系统；所述的现场系统，主要包括数据采集与处理器、数据存储器、无线通讯模块、备用电源模块；还包括外接人机界面；所述的数据采集与处理器，通过工业总线CAN通讯与变桨驱动器和变桨控制器相连，采集变桨控制器与变桨驱动器的状态数据、模拟量和数字量数据信息；同时；数据采集与处理器通过现场总线采集直流变桨系统在各种工况下运行的开关量、模拟量、主要部件状态信息；数据采集与处理器通过无线通讯模块回传给中央监控系统的中央监控服务器，实现在现场和远方对数据进行调阅，同时对变桨系统的远程监控；数据采集与处理器通过监控主控制器、变桨控制器和变桨驱动器的状态判断是否触发快照日志；所述的中央监控系统，包括中央监控服务器服务器、通讯模块；中央监控服务器根据变桨系统运行数据和历史数据，基于人工神经网络进行数据进行故障分析与诊断。上述风电机组直流变桨系统故障快照系统的监控方法，包括以下步骤：数据采集与处理器通过与主控制器间的CAN通讯自动按照主控制器时间进行对时，保证时间的一致性；对时完成，系统进行硬件与通讯自检，检查数据采集与处理器与主控制器、变桨控制器和3个变桨驱动器通讯是否正常，检查数据存储器是否可以正常写入数据，自检如不通过，系统通过无线通讯模块向中央监控服务器提示具体故障信息，同时本地蜂鸣器鸣响，提醒检修人员处理；自检通过后系统进入启动阶段，系统启动后，自动运行数据采集功能，以40ms为时间间隔，记录变桨系统的模拟量和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风电机组直流变桨系统故障快照系统，其特征在于，主要包括现场系统和中央监控系统；/n所述的现场系统，主要包括数据采集与处理器、数据存储器、无线通讯模块、备用电源模块；/n所述的数据采集与处理器，通过工业总线CAN通讯与变桨驱动器和变桨控制器相连，采集变桨控制器与变桨驱动器的状态数据、模拟量和数字量数据信息；同时；数据采集与处理器通过现场总线采集直流变桨系统在各种工况下运行的开关量、模拟量、主要部件状态信息；/n数据采集与处理器通过无线通讯模块回传给中央监控系统的中央监控服务器，实现在现场和远方对数据进行调阅，同时对变桨系统的远程监控；/n数据采集与处理器通过监控主控制器、变桨控制器和变桨驱动器的状态判断是否触发快照日志；/n所述的中央监控系统，包括中央监控服务器服务器、通讯模块；中央监控服务器根据变桨系统运行数据和历史数据，基于人工神经网络进行数据进行故障分析与诊断。/n

【技术特征摘要】
1.风电机组直流变桨系统故障快照系统，其特征在于，主要包括现场系统和中央监控系统；
所述的现场系统，主要包括数据采集与处理器、数据存储器、无线通讯模块、备用电源模块；
所述的数据采集与处理器，通过工业总线CAN通讯与变桨驱动器和变桨控制器相连，采集变桨控制器与变桨驱动器的状态数据、模拟量和数字量数据信息；同时；数据采集与处理器通过现场总线采集直流变桨系统在各种工况下运行的开关量、模拟量、主要部件状态信息；
数据采集与处理器通过无线通讯模块回传给中央监控系统的中央监控服务器，实现在现场和远方对数据进行调阅，同时对变桨系统的远程监控；
数据采集与处理器通过监控主控制器、变桨控制器和变桨驱动器的状态判断是否触发快照日志；
所述的中央监控系统，包括中央监控服务器服务器、通讯模块；中央监控服务器根据变桨系统运行数据和历史数据，基于人工神经网络进行数据进行故障分析与诊断。


2.根据权利要求1所述的风电机组直流变桨系统故障快照系统，其特征在于，所述的现场系统还包括外接人机界面。


3.风电机组直流变桨系统故障快照系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据采集与处理器通过与主控制器间的CAN通讯自动按照主控制器时间进行对时，保证时间的一致性；
对时完成，系统进行硬件与通讯自检，检查数据采集与处理器与主控制器、变桨控制器和3个变桨驱动器通讯是否正常，检查数据存储器是否可以正常写入数据，自检如不通过，系统通过无线通讯模块向中央监控服务器提示具体故障信息，同时本地蜂鸣器鸣响，提醒检修人员处理；
自检通过后系统进入启动阶段，系统启动后，自动运行数据采集功能，以40ms为时间间隔，记录变桨系统的模拟量和数字量信息；
数据采集与处理器对模拟量数据保留2位小数，数字量按照0或1进行记录，同时通过无线通讯模块将数据传给中央监控服务器，机组数据记录时间长短取决于存储器内存容量，当划定的可供存储的存储容...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜庭煜，王佳，张驭驹，
申请(专利权)人：国电东北新能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21