一種基于風力發電機組控制系統的信息采集和存儲方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于風力發電機組的控制系統領域，具體涉及一種基于風力發電機組控制 系統的信息采集和存儲方法。
【背景技術】
[0002] 風能是取之不盡，用之不竭，理想的清潔能源之一。風能對于缺水、缺燃料和交通 不便的沿海島嶼、草原牧區、山區和高原地區，因地制宜地利用風力發電，非常適合。
[0003] 風力發電機組是一種能夠利用風能來發電的裝置。風力發電機組由多個部分組 成，其中控制系統貫穿到每個部分，且控制系統的好壞直接關系到風力發電機組是否能夠 安全可靠運行，獲取最大能量，提供良好的電力質量。控制系統主要包括各種傳感器、變漿 系統、可編程邏輯控制器(英文簡稱：PLC)、功率輸出單元、無功補償單元、并網控制單元、安 全保護單元、通訊接口電路、監控單元，其中可編程邏輯控制器是分別與控制系統中其余單 元或元器件之間電性連接的核心的控制器件。
[0004] 目前，為了保障風力發電機組的正常運行，現有技術通過風場SCADA系統(英文全 稱為：Supervisory Control And Data Acquisition，中文名稱為：數據采集與監視控制 系統）來對風力發電機組(及其控制系統）進行數據采集和存儲并進行監控，如公告號為 CN202995439U，公開的"一種用于風力發電場的監控系統"，該監控系統包括風電場現場通 訊網絡、風電場環網交換機、風電場內網交換機、SCADA系統服務器；所述風電場現場通訊 網絡、所述風電場環網交換機、所述風電場內網交換機和所述SCADA系統服務器順序連接。
[0005] 但上述用于風力發電場的監控系統在使用時卻存有如下不足之處：SCADA系統通 常采用采集系統標準和MODBUS通訊協議，其采樣頻率為幾百毫秒至幾秒的固定頻率，且都 是通過一個時間尺度進行變量數據的采樣，易出現瞬時故障而SCADA系統根本無記錄的情 況，不利于準確快速的查找故障原因。
[0006] 故申請人考慮設計一種基于風力發電機組控制系統的信息采集和存儲方法，使其 數據采樣頻率更為靈活，能夠獲取詳盡且更具參考價值的控制系統的變量數據，幫助實現 快速準確查找故障原因，提高風力發電機組的運行與維護的效率。
【發明內容】
[0007] 針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種基于風 力發電機組控制系統的信息采集和存儲方法，使其數據采樣頻率更為靈活，能夠獲取更為 詳盡且更具參考價值的控制系統的變量數據，幫助實現快速準確查找故障原因，提高風力 發電機組的運行與維護的效率。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案： 一種基于風力發電機組控制系統的信息采集和存儲方法，獲取一種能夠與所述可編程 邏輯控制器通訊連接并采集其變量數據的采集系統；該信息采集和存儲方法包括以下步 驟： stepl、定義用于控制風力發電機組的可編程邏輯控制器的掃描周期和時間戳，所述掃 描周期為X毫秒； Step2、在所述采集系統中設置變量數據信息表，以及各變量數據采樣頻率；所述變量 數據采樣頻率為N X X毫秒，其中N為正數； step3、啟動所述采集系統，根據上述各變量數據采樣頻率來分別采集所述可編程邏輯 控制器中相應的變量數據； step4、所述采集系統存儲上述變量數據。
[0009] 作為優選，所述采集系統包括通訊模塊、處理器以及存儲模塊； 所述處理器分別與所述通訊模塊和存儲模塊電性連接； 所述通訊模炔基于socket通訊協議與所述可編程邏輯控制器通訊連接。
[0010] 作為優選，所述通訊模塊通過交換機與所述可編程邏輯控制器之間通訊連接。
[0011] 作為改進，所述采集系統還包括分別與所述處理器電性連接的輸入模塊和顯示模 塊。這樣，輸入模塊的設置能夠便捷地對采集系統中的后臺程序進行設置(如創建不同采用 頻率的變量數據信息表(用于對變量數據進行采集存儲)，設置不同變量數據的采樣頻率)。 顯示模塊即能夠對變量數據或采集系統中的后臺程序進行顯示，方便維護人員現場調試。
[0012] 作為改進，在上述St印4步驟中：所述存儲模塊具有緩存區和固定存儲區；對所述 變量數據進行存儲時，先將變量數據存儲至緩存區中，并判斷緩存區是否寫滿：若緩存區未 寫滿，則繼續在所述緩存區中存儲；若所述緩存區寫滿，則將緩存區中的變量數據轉移至所 述固定存儲區中存儲。
[0013] 作為優選，所述可編程邏輯控制器中的變量數據通過RPC方式傳遞給所述控制 器。
[0014] RPC (Remote Procedure Call Protocol)--遠程過程調用協議，它是一種通過 網絡從遠程計算機程序上請求服務，而不需要了解底層網絡技術的協議。采集系統協議假 定某些傳輸協議的存在，如TCP或UDP，為通信程序之間攜帶信息數據。在OSI網絡通信模 型中，采集系統跨越了傳輸層和應用層。采集系統使得開發包括網絡分布式多程序在內的 應用程序更加容易。
[0015] 采集系統采用客戶機/服務器模式。請求程序就是一個客戶機，而服務提供程序 就是一個服務器。首先，客戶機調用進程發送一個有進程參數的調用信息到服務進程，然后 等待應答信息。在服務器端，進程保持睡眠狀態直到調用信息的到達為止。當一個調用信 息到達，服務器獲得進程參數，計算結果，發送答復信息，然后等待下一個調用信息，最后， 客戶端調用進程接收答復信息，獲得進程結果，然后調用執行繼續進行。
[0016] 上述可編程邏輯控制器中的變量數據通過RPC方式傳遞給所述控制器后，可取得 以下技術效果：1、實現了進程間通信，且響應速度快。2、可以根據變量不同的采集需求進行 不同的請求使得變量采集更加靈活。
[0017] 同現有技術相比較，本發明基于風力發電機組控制系統的信息采集和存儲方法， 具有以下有益的技術效果： 現有技術的SCADA系統所采用的采集系統標準和modbus-tcp通信協議，其采集單臺風 力發電機組的最大變量數據個數約為1200個，采樣頻率為幾百毫秒至幾秒的固定頻率，故 其都是通過一個時間尺度進行變量數據的采樣。
[0018] 本發明的基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法。該方法首先利用風電 機組控制系統多參數的信息量，建立了不同時間尺度的采集框架和體系(通過St印2來實 現）；其次，利用可編程邏輯控制器和采集系統的通信，保證了時間同步的同時，確保了不同 時間尺度信息的通信傳輸的精準性；最后，利用采集系統的存儲模塊，實現了大容量不同時 間尺度的多參數的存儲。該方法一方面能考慮不同時間尺度并實現可編程邏輯控制器和采 集系統的時間同步，另一方面還能實現不同時間尺度的多參數("參數"也即為"變量數據"） 的大容量數據信息的存儲，對基于風電機組控制系統信息實現風電機組健康狀態的實時在 線監測與控制提供技術支撐，為提高風電機組運行可靠性和安全具有重要的現實意義。
[0019] 本發明中的采集系統通過使用Socket通訊協議進行編程，綁定3500端口（也可采 用其他的端口），實現可編程邏輯控制器和采集系統之間數據交換，對風力發電機組的主控 系統中的各種控制信息進行采集，最小采樣頻率達到IOms (與可編程邏輯控制器的掃描周 期速度一致)，最大采集個數可以達到2500個不同類型不同掃描周期的變量。采集數據的 精度高，數據量大，能夠實現了對控制系統中變量數據的全面監視和記錄。能夠記錄下風力 發電機組故障瞬態的信息，使得所獲取的信息具有多參量多時間尺度的特性，為故障追溯 和風力發電機組固體特性提供有效的數據支撐，更具參考價值。
[0020] 本發明通過輸入模塊來建立或修改變量數據信息表，向可編程邏輯控制器發送請 求，然后可編程邏輯控制器將變量信息批量返回給采集系統。采集系統以異步多線程技術 實現為核心，通過雙鏈表堆棧，實現了不同采集周期的數據采集和數據處理。且可按照掃描 周期進行掃描并對變量數據進行采樣，只有當變量改變才進行后才進行采集，變量數據采 集方式更為靈活實用。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法中采集系統的安 裝在風力發電機組上的結構示意圖。
[0022] 圖2為本發明基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法中采集系統與可 編程邏輯控制器之間的連接結構示意框圖。
[0023] 圖3為本發明基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法進行變量數據采 集的流程圖。
[0024] 圖4為本發明基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法進行變量數據存 儲的流程圖。
[0025] 圖5為利用本發明基于風電機組控制系統的信息的采集和存儲方法采集回來的 部分變量數據進行傅里葉變換分析圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0027] 具體實施時：如圖1至圖2所示，一種基于風力發電機組控制系統的信息采集和存 儲方法，獲取一種能夠與所述可編程邏輯控制器通訊連接并采集其變量數據的采集系統1 ; 該?目息米集和存儲方法包括以下步驟： stepl、定義用于控制風力發電機組的可編程邏輯控制器的掃描周期和時間戳，所述掃 描周期為X毫秒； 定義用于控制風力發電機組的可編程邏輯控制器前四個變量的時間戳可分別是： 第一個變量il為年、月； 第二個變量i2為日、時、分； 第三個變量i3為秒； 第四個變量i4為毫秒； Step2、在所述采集系統1中設置變量數據信息表，以及各變量數據采樣頻率；所述變 量數據采樣頻率為N X X毫秒，其中N為正數； step3、啟動所述采集系統1，根據上述各變量數據采樣頻率來分別采集所述可編程邏 輯控制器中相