一种基于国产化PLC的大功率风电机组控制方法与流程

一种基于国产化plc的大功率风电机组控制方法
技术领域
1.本发明涉及风电机组控制领域，具体而言，涉及一种基于国产化plc的大功率风电机组控制方法。


背景技术：

2.风电行业大规模发展已超过十年，风电整机制造商也在不断加大技术研发投入，加快风电机组国产化进程，关键部件国产化率达到90％以上，但作为风电机组核心部件的plc始终没有摆脱进口器件。
3.使用国外plc产品为风电机组的安全可控造成极大的隐患，plc产品的关键组件技术，包含关键元器件、嵌入式实时操作系统、高速实时通信网络、plc运行引擎、编程组态软件等都存在漏洞植入的风险，而消除此类风险的解决方案是推进plc的国产化，保障机组控制系统的自主可控，为风电机组的可靠稳定运行奠定坚实的基础。
4.随着很多风电场机组运行年限的增长，机组轮毂各个器件存在老化松动、变桨轴承磨损情况加剧，进而导致机组出现各种卡桨故障，严重时还会导致机组飞车事故。造成此种现象出现是由多种原因造成的，比如叶片轴承摩擦力大、变桨润滑系统不好、电源失效等。机组在单个叶片未能收回或者两个叶片未能收回时，都不会出现飞车的情况。出现飞车的主要原因是桨叶不能顺桨到停机位置，此时叶轮基本处于正对风状态，加剧风能吸收，会导致叶轮转速不断增加，最终引发事故。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，用以解决现有技术存在的上述技术问题。
6.为达到上述目的，本发明提供了一种基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其包括：
7.s1：中央数据处理机从机组数据库读取机组运行历史文件，所述机组运行历史文件包括机组的历史故障数据和机组的十分钟运行数据；
8.s2：对所述机组运行历史文件进行拆分和清洗，将停机时的数据剔除；
9.s3：从机组的历史故障数据统计出每台机组出现超速、卡桨的发生频次和发生时刻；
10.s4：根据统计出的机组出现超速、卡桨的发生时刻，从机组的十分钟运行数据中查询对应时刻前后机组的运行数据并对其进行变量分析，首先剔除与变桨和转速没有关系的变量，之后筛选出与卡桨超速相关的关键变量，并计算出关键变量在故障前的变量运行阈值；
11.s5：中央数据处理机将每台机组的关键变量以及变量运行阈值传递至机组的国产plc控制器，国产plc控制器根据每台机组的关键变量以及变量运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制；
12.变桨策略如下：
13.机组正常运行时，实施同步变桨控制策略，三个变桨叶片同时运行并且变桨角度相同，
14.当监测到机组的关键变量达到与其对应的变量运行阈值时，机组的变桨策略进行切换，由同步变桨控制策略切换为异步变桨控制策略：
15.(1)如果其中一个叶片的关键变量达到与其对应的变量运行阈值，则通过独立变桨控制策略对该叶片进行回桨操作，同时另外两个叶片保持原控制角度不变，直至该叶片的关键变量恢复正常，之后控制另外两个叶片也运行到与该叶片的相同的变桨角度，待稳定一段时间后，控制策略再切换为同步变桨控制策略；
16.(2)如果其中两个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则通过异步变桨控制策略对该两个叶片分别进行回桨操作，直至该两个叶片运行稳定后，再将三个叶片的变桨角度均调整到与变桨角度最大的叶片相同，待稳定一段时间后再切换为同步变桨控制策略；
17.(3)如果三个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则控制机组将三个叶片均收回至停机位置，待进行硬件检查。
18.在本发明的一实施例中，所述机组运行历史文件的时间跨度为由5～10年前至当前。
19.在本发明的一实施例中，步骤s3中，统计每台机组出现超速、卡桨的发生时刻时，时间刻度精确到分。
20.在本发明的一实施例中，与变桨和转速没有关系的变量包括机舱柜子温度、变频器类数据。
21.在本发明的一实施例中，与卡桨超速相关的关键变量包括叶片摩擦力以及变桨力矩。
22.在本发明的一实施例中，所述中央数据处理机包括风机主控制器以及与其配套的主控程序。
23.在本发明的一实施例中，所述风机主控制器为国产龙芯2k1000处理器。
24.本发明提供的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法以国产plc控制器为平台，采用国产化芯片，同样实现机组之前的所有通信和运行功能，在这些基础上国产化平台对国家能源来讲更加安全可靠。配套的主控程序对原程序进行了优化，变桨策略更加灵活，根据中央数据处理机的分析数据结果，可以在同步变桨策略和异步变桨策略自由切换，以避免机组因老化导致的不能回桨问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明一实施例的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法确定变量运行阈值的流程示意图；
27.图2为本发明一实施例的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法根据关键变量进行变桨控制的示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.图1为本发明一实施例的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法确定变量运行阈值的流程示意图，图2为本发明一实施例的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法根据关键变量进行变桨控制的示意图，如图1、图2所示，本发明提供的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其包括：
30.s1：中央数据处理机从机组数据库读取机组运行历史文件，所述机组运行历史文件包括机组的历史故障数据和机组的十分钟运行数据，其中，机组运行历史文件的时间跨度为由5～10年前至当前；
31.s2：对所述机组运行历史文件进行拆分和清洗，将停机时的数据剔除；
32.s3：从机组的历史故障数据统计出每台机组出现超速、卡桨的发生频次和发生时刻；
33.步骤s3中，统计每台机组出现超速、卡桨的发生时刻时，时间刻度精确到分，以提高计算精度。
34.s4：根据统计出的机组出现超速、卡桨的发生时刻，从机组的十分钟运行数据中查询对应时刻前后机组的运行数据并对其进行变量分析，首先剔除与变桨和转速没有关系的变量，之后筛选出与卡桨超速相关的关键变量，并计算出关键变量在故障前的变量运行阈值；
35.其中，与变桨和转速没有关系的变量例如包括机舱柜子温度、变频器类数据，与卡桨超速相关的关键变量例如包括叶片摩擦力以及变桨力矩。
36.s5：中央数据处理机将每台机组的关键变量以及变量运行阈值传递至机组的国产plc控制器，国产plc控制器根据每台机组的关键变量以及变量运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制；
37.变桨策略如下：
38.机组正常运行时，实施同步变桨控制策略，三个变桨叶片同时运行并且变桨角度相同，
39.当监测到机组的关键变量达到与其对应的变量运行阈值时，机组的变桨策略进行切换，由同步变桨控制策略切换为异步变桨控制策略：
40.(1)如果其中一个叶片的关键变量达到与其对应的变量运行阈值，则通过独立变桨控制策略对该叶片进行回桨操作，同时另外两个叶片保持原控制角度不变，直至该叶片的关键变量恢复正常，之后控制另外两个叶片也运行到与该叶片的相同的变桨角度，待稳定一段时间后，控制策略再切换为同步变桨控制策略；
41.(2)如果其中两个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则通过异步
变桨控制策略对该两个叶片分别进行回桨操作，直至该两个叶片运行稳定后，再将三个叶片的变桨角度均调整到与变桨角度最大的叶片相同，待稳定一段时间后再切换为同步变桨控制策略；
42.(3)如果三个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则控制机组将三个叶片均收回至停机位置，待进行硬件检查。
43.叶片正常工作时，关键变量处于一正常范围以内，当叶片工作状态趋向异常时，关键变量会朝向变量运行阈值变化，通过变量运行阈值可以提前预知叶片将要出现异常状态。
44.本实施例中，中央数据处理机包括风机主控制器以及与其配套的主控程序，风机主控制器例如为国产龙芯2k1000处理器，本发明中的国产plc控制器例如为南京傲拓科技股份有限公司生产的nj系列可编程控制器。
45.本发明提供的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法以国产plc控制器为平台，采用国产化芯片，同样实现机组之前的所有通信和运行功能，在这些基础上国产化平台对国家能源来讲更加安全可靠。配套的主控程序对原程序进行了优化，变桨策略更加灵活，根据中央数据处理机的分析数据结果，可以在同步变桨策略和异步变桨策略自由切换，以避免机组因老化导致的不能回桨问题。
46.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
47.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，包括：s1：中央数据处理机从机组数据库读取机组运行历史文件，所述机组运行历史文件包括机组的历史故障数据和机组的十分钟运行数据；s2：对所述机组运行历史文件进行拆分和清洗，将停机时的数据剔除；s3：从机组的历史故障数据统计出每台机组出现超速、卡桨的发生频次和发生时刻；s4：根据统计出的机组出现超速、卡桨的发生时刻，从机组的十分钟运行数据中查询对应时刻前后机组的运行数据并对其进行变量分析，首先剔除与变桨和转速没有关系的变量，之后筛选出与卡桨超速相关的关键变量，并计算出关键变量在故障前的变量运行阈值；s5：中央数据处理机将每台机组的关键变量以及变量运行阈值传递至机组的国产plc控制器，国产plc控制器根据每台机组的关键变量以及变量运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制；变桨策略如下：机组正常运行时，实施同步变桨控制策略，三个变桨叶片同时运行并且变桨角度相同，当监测到机组的关键变量达到与其对应的变量运行阈值时，机组的变桨策略进行切换，由同步变桨控制策略切换为异步变桨控制策略：(1)如果其中一个叶片的关键变量达到与其对应的变量运行阈值，则通过独立变桨控制策略对该叶片进行回桨操作，同时另外两个叶片保持原控制角度不变，直至该叶片的关键变量恢复正常，之后控制另外两个叶片也运行到与该叶片的相同的变桨角度，待稳定一段时间后，控制策略再切换为同步变桨控制策略；(2)如果其中两个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则通过异步变桨控制策略对该两个叶片分别进行回桨操作，直至该两个叶片运行稳定后，再将三个叶片的变桨角度均调整到与变桨角度最大的叶片相同，待稳定一段时间后再切换为同步变桨控制策略；(3)如果三个叶片的关键变量均达到与其对应的变量运行阈值，则控制机组将三个叶片均收回至停机位置，待进行硬件检查。2.根据权利要求1所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，所述机组运行历史文件的时间跨度为由5～10年前至当前。3.根据权利要求1所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，步骤s3中，统计每台机组出现超速、卡桨的发生时刻时，时间刻度精确到分。4.根据权利要求1所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，与变桨和转速没有关系的变量包括机舱柜子温度、变频器类数据。5.根据权利要求1所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，与卡桨超速相关的关键变量包括叶片摩擦力以及变桨力矩。6.根据权利要求1所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，所述中央数据处理机包括风机主控制器以及与其配套的主控程序。7.根据权利要求6所述的基于国产化plc的大功率风电机组控制方法，其特征在于，所述风机主控制器为国产龙芯2k1000处理器。

技术总结
一种基于国产化PLC的大功率风电机组控制方法，其包括：S1：中央数据处理机从机组数据库读取机组运行历史文件，机组运行历史文件包括机组的历史故障数据和机组的十分钟运行数据；S2：对机组运行历史文件进行拆分和清洗，将停机时的数据剔除；S3：从机组的历史故障数据统计出每台机组出现超速、卡桨的发生频次和发生时刻；S4：根据统计出的机组出现超速、卡桨的发生时刻，从机组的十分钟运行数据中查询对应时刻前后机组的运行数据并对其进行变量分析；S5：中央数据处理机将每台机组的关键变量以及变量运行阈值传递至机组的国产PLC控制器，国产PLC控制器根据每台机组的关键变量以及变量运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制。运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制。运行阈值对机组的变桨策略进行切换控制。


技术研发人员：马靖聪 陈宇 阙维林 李洪凯 徐兴华 杨伟伟 杨松
受保护的技术使用者：锐源风能技术有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/12