用于风电场的分散控制系统的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风电场的分散控制系统。


背景技术：

2.目前，风电场控制设备较多，各设备之间数据无法交互，关键信息无法共享，导致风电场监控软硬件设备众多、无法进行关键数据分析、运维工作繁重，控制灵活性差，控制效率不高，间接增加风电场运行维护成本。因此，如何提高风电场中风电机组的控制灵活性和控制效率，是一个亟需解决的技术问题。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种用于风电场的分散控制系统，旨在解决目前风电场控制设备多导致的风电机组的控制灵活性差和控制效率低的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提出一种用于风电场的分散控制系统，所述风电场包括至少两个风电机组，其特征在于，所述分散控制系统包括至少两个分散控制模块和综合控制模块，任意两个所述分散控制模块通信连接；其中：
6.所述分散控制模块，设置于每个所述风电机组，用于获取所述风电机组的运行状态，根据获取的所述运行状态生成第一控制指令，并将所述运行状态发送至所述综合控制模块，以及根据所述第一控制指令或第二控制指令执行对所述风电机组的控制；
7.所述综合控制模块，连接所述分散控制模块，用于接收所述分散控制模块发送的运行状态，根据所述运行状态生成第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至对应的所述分散控制模块。
8.可选的，所述分散控制模块包括数据采集装置、边缘计算设备和分散控制器；其中：
9.所述数据采集装置，用于采集所述分散控制模块对应所述风电机组的运行数据；
10.所述边缘计算设备，连接所述数据采集装置，用于接收所述数据采集装置采集的运行数据，并根据预设规则将所述运行数据处理为运行状态；其中，所述预设规则包括运行诊断算法、设备容差算法或状态分类算法中的一种或多种；
11.所述分散控制器，连接所述边缘计算设备，用于根据获取的所述运行状态生成第一控制指令。
12.可选的，所述分散控制模块还包括第一通信端和第二通信端；其中：
13.所述第一通信端用于将所述运行状态发送至所述综合控制模块；
14.所述第二通信端用于将所述运行状态发送至其余所述分散控制模块。
15.可选的，所述边缘计算设备还用于接收其余所述分散控制模块的运行状态，并根据所述运行状态生成第三控制指令；所述第二通信端还用于将所述第三控制指令返回至对
应的所述分散控制模块。
16.可选的，所述综合控制模块包括实时数据服务器、结果数据服务器和综合控制器；其中：
17.所述实时数据服务器，接收所述所述分散控制模块发送的运行状态，并对所述运行状态进行存储；
18.所述综合控制器，连接所述实时数据服务器，根据所述实时数据服务器存储的所述运行状态，生成第二控制指令；
19.所述结果数据服务器，连接所述综合控制器，获取所述综合控制器生成的所述第二控制指令，对所述第二控制指令进行存储，并将所述第二控制指令发送至对应分散控制模块。
20.可选的，所述综合控制器包括集群控制单元和/或故障预警控制单元；其中：
21.所述运行状态包括机组运行数据，所述集群控制单元根据所述机组运行数据和接收的电力调度信息，生成第二控制指令，用以调度控制风电场不同位置的风电机组；
22.所述运行状态包括机组状态数据，所述故障预警控制单元根据所述机组状态数据和接收的机组状态指标，生成第二控制指令，用以调整不同状态的机组的运行。
23.可选的，所述综合控制器还包括运维决策控制单元；其中：
24.所述运行状态包括机组异常数据，所述运维决策控制单元根据所述机组异常数据和接收的维修排班信息，生成维修指令，以使维修人员根据所述维修指令对所述风电机组进行维修。
25.可选的，所述分散控制系统还包括辅助控制模块；其中：
26.所述辅助控制模块，连接所述综合控制模块，用于将所述运行状态和第二控制指令发送至交互终端，以及将交互终端录入的电力调度信息、机组状态指标和维修排班信息发送至综合控制模块。
27.可选的，所述综合控制模块与辅助控制模块之间设置有单向网络隔离闸，以使所述综合控制模块单向接收所述辅助控制模块发送的数据。
28.可选的，所述辅助控制模块设置有防火墙，以使所述辅助控制模块仅与预设的交互终端进行交互通信。
29.在本发明中，包括分散控制模块，设置于每个所述风电机组，用于获取所述风电机组的运行状态，根据获取的所述运行状态生成第一控制指令，并将所述运行状态发送至所述综合控制模块，以及根据所述第一控制指令或第二控制指令执行对所述风电机组的控制；综合控制模块，连接所述分散控制模块，用于接收所述分散控制模块发送的运行状态，根据所述运行状态生成第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至对应的所述分散控制模块。本发明通过设置分散控制模块和综合控制模块，任意两个分散控制模块通信连接，以使分散控制模块可根据其余分散控制模块生成的第一控制指令和综合控制模块生成的第二控制指令执行对风电机组的控制，实现了各设备之间的关键信息分享，能够对风电机组做出迅速的控制决策，提高了对风电场中分电机组的控制灵活性与控制效率。
附图说明
30.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。
31.图1为本发明用于风电场的分散控制系统第一实施例的结构示意图；
32.图2为本发明用于风电场的分散控制系统第二实施例的结构示意图；
33.图3为本发明用于风电场的分散控制系统第三实施例的结构示意图；
34.图4为本发明用于风电场的分散控制系统第四实施例的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.标号名称标号名称1分散控制模块2综合控制模块101数据采集装置201实时数据服务器102边缘计算设备202综合控制器103分散控制器203结果数据服务器104第一通信端3辅助控制模块105第二通信端
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37.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
39.我国作为全世界最大的发展中国家，经过改革开放四十年的高速发展，已经成为全球第二大经济体，能源需求不断增加，碳排放仍处于上升阶段。风电作为实现碳达峰碳中和目标的主力能源之一，近年来装机容量持续增长，风电场成本、利润和质量压力不断提升。目前，风电场控制设备较多，各设备之间数据无法交互，关键信息无法共享，导致风电场监控软硬件设备众多、无法进行关键数据分析、运维工作繁重，控制灵活性差，控制效率不高，间接增加风电场运行维护成本。因此，如何提高风电场中风电机组的控制灵活性和控制效率，是一个亟需解决的技术问题。
40.为了解决这一问题，本发明通过设置分散控制模块和综合控制模块，任意两个分散控制模块通信连接，以使分散控制模块可根据其余分散控制模块生成的第一控制指令和综合控制模块生成的第二控制指令执行对风电机组的控制，实现了各设备之间的关键信息分享，提高了对风电场中分电机组的控制灵活性与控制效率。
41.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的一部分实施例，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作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。
42.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
43.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
44.参照图1，图1为本发明用于风电场的分散控制系统第一实施例的结构示意图。
45.如图1所示，在第一实施例中，风电场包括至少两个风电机组，用于风电场的分散控制系统包括：至少两个分散控制模块1和综合控制模块2，且任意两个分散控制模块1通信连接。
46.具体而言，分散控制模块1，设置于每个所述风电机组，用于获取所述风电机组的运行状态，根据获取的所述运行状态生成第一控制指令，并将所述运行状态发送至所述综合控制模块2，以及根据所述第一控制指令或第二控制指令执行对所述风电机组的控制。
47.具体而言，综合控制模块2，连接所述分散控制模块1，用于接收所述分散控制模块1发送的运行状态，根据所述运行状态生成第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至对应的所述分散控制模块1。
48.在实际应用中，对风电场中不少于两个的风电机组进行控制时，往往会因为控制器设置的繁多以及控制器权限的集中，导致对多个风电机组的控制效率低、控制灵活性低。
49.本实施例中，在每个风电机组处设置一个独立的分散控制模块1，该分散控制模块1可获取风电机组的运行状态，并根据该运行状态生成第一控制指令，在此之后，可将该第一控制指令直接作用于对应的风电机组的控制，实现受控设备的近地控制。与此同时，分散控制模块1还将获取的运行状态发送至综合控制模块2，综合控制模块2会根据获取的所有的分散控制模块1的运行状态，生成第二控制指令，并将该第二控制指令反馈至每个对应的分散控制模块1，以使每个分散控制模块1根据接收的第二控制指令执行对应的控制动作，实现受综合控制模块2的远端控制。
50.容易理解的，通过综合控制模块2的远端能控制以及分散控制模块1的近地控制，能够实现风电机组的局部调控和群体调控，提高了对风电场中每个分电机组的控制灵活性，同时，也提高了紧急情况下的局部调控效率。
51.参照图2，基于如图1所示的用于风电场的分散控制系统第一实施例，图 2为本发明用于风电场的分散控制系统第二实施例的结构示意图。
52.如图2所示，在第二实施例中，分散控制模块1包括数据采集装置101、边缘计算设备102和分散控制器103；其中，所述数据采集装置101，用于采集所述分散控制模块1对应所述风电机组的运行数据；所述边缘计算设备102，连接所述数据采集装置101，用于接收所述数据采集装置101采集的运行数据，并根据预设规则将所述运行数据处理为运行状态；所述分散控制器103，连接所述边缘计算设备102，用于根据获取的所述运行状态生成第一控制指令。
53.具体而言，分散控制模块1可采用dcs控制机柜，该dcs控制机柜中设置有数据采集装置101、边缘计算设备102和分散控制器103；数据采集装置 101可采用高频数据采集装置101，用于采集风电机组在运行时的毫秒级运行数据和状态数据，并通过现场总线发送至边缘计算设备102；边缘计算设备 102内置运行诊断算法，设备容差运行算法，状态分类算法等多种ai算法，用以对采集的高频数据完成数据清洗，数据预处理，算法模型构建和数据推理，以得到每个风电机组的实时的运行状态；分散控制器103可根据对应的运行状态，生成第一控制指令，即近地控制指令，通过将该近地控制指令发送至对应的风电机组，能够实现快速的风电机组调控，提高控制效率。
54.在一些实施例中，分散控制模块1还包括第一通信端104和第二通信端 105，其中，第一通信端104可将分散控制模块1采集的运行状态发送至综合控制模块2，以使综合控制
模块2根据运行状态生成第二控制指令；第二通信端105可将分散控制模块1采集的运行状态发送至其余所述分散控制模块1，以使其余所述分散控制模块1根据运行状态生成第一控制指令。
55.容易理解的，在分散控制模块1出现异常或运算负荷较大时，边缘计算设备102无法根据采集的运行状态生成对应的控制指令，若此时风电机组的运行状态出现变化，分散控制模块1将无法根据实时变化的运行状态生成控制指令，以调控风电机组的运行，将会造成风电机组的非正常运行，进而导致故障产生概率，影响风电场的发电效率。
56.在这样的情况下，边缘计算设备102还用于通过第二通信端105接收其余所述分散控制模块1的运行状态，并根据该运行状态生成第三控制指令，并将第三控制指令通过第二通信端105返回至对应的分散控制模块1，以此实现受控设备近地端的容差控制。
57.本实施例中，通过相互通信连接的分散控制模块1将风电机组的运行状态进行传输，以生成风电机组的第三控制指令，将不同分散控制模块1之间的信息进行共享，实现不同分散控制模块1之间的容差控制，提高了系统的容错率。
58.参照图3，基于如图2所示的用于风电场的分散控制系统第二实施例，图 3为本发明用于风电场的分散控制系统第三实施例的结构示意图。
59.如图3所示，在第三实施例中，综合控制模块2包括实时数据服务器201、结果数据服务器203和综合控制器202；其中，实时数据服务器201，接收所述所述分散控制模块1发送的运行状态，并对所述运行状态进行存储；综合控制器202，连接所述实时数据服务器201，根据所述实时数据服务器201存储的所述运行状态，生成第二控制指令；结果数据服务器203，连接所述综合控制器202，获取所述综合控制器202生成的所述第二控制指令，对所述第二控制指令进行存储，并将所述第二控制指令发送至对应分散控制模块1。
60.容易理解的，综合控制模块2可以为dcs控制机柜，该dcs控制机柜包括dcs网络交换机、实时数据服务器201、结果数据服务器203和综合控制器202，其中，实时数据服务器201、结果数据服务器203和综合控制器202 通过dcs网络交换机通信连接。
61.具体而言，综合控制器202包括集群控制单元和/或故障预警控制单元；其中：运行状态包括机组运行数据，所述集群控制单元根据所述机组运行数据和接收的电力调度信息，生成第二控制指令，用以调度控制风电场不同位置的风电机组；运行状态包括机组状态数据，所述故障预警控制单元根据所述机组状态数据和接收的机组状态指标，生成第二控制指令，用以调整不同状态的机组的运行。
62.容易理解的，集群控制单元内置风功率预测算法，集群协同控制算法，能够根据预测功率，风电机组实时状态，风电场当日工作计划，调节风电场有功/无功满足电网调度指令，完整地将实时结果数据保存至结果数据服务器 203内，并根据要求将结果数据上传至电网调度指定位置；故障预警控制单元内置故障预警算法，部件寿命评估算法，利用风电机组分散控制模块1发送的结果数据完成风电机组的故障预警，寿命评估，延寿控制，通过实时以太网将控制决策结果反馈至风电机组分散控制模块1，完成风电机组状态控制和延寿运行。
63.在一些实施例中，综合控制器202还包括运维决策控制单元；其中：运行状态包括机组异常数据，所述运维决策控制单元根据所述机组异常数据和接收的维修排班信息，生成维修指令，以使维修人员根据所述维修指令对所述风电机组进行维修。
64.容易理解的，运维决策控制单元负责风电场运维排程决策，内置运维排程算法，运维决策算法，实现自动生成运维计划，实时发布运维任务，智能规划运维路线，合理安排风电场运维人员和车辆。
65.参照图4，基于如图3所示的用于风电场的分散控制系统第三实施例，图 4为本发明用于风电场的分散控制系统第四实施例的结构示意图。
66.如图4所示，在第四实施例中，用于风电场的分散控制系统还包括辅助控制模块3；其中，辅助控制模块3，连接所述综合控制模块2，用于将所述运行状态和第二控制指令发送至交互终端，以及将交互终端录入的电力调度信息、机组状态指标和维修排班信息发送至综合控制模块2。
67.具体而言，辅助控制模块3包括辅助dcs控制器和操作站，dcs控制器设有生产管理模块和app模块。辅助控制模块3负责整个系统的运行状态监测，所述生产管理模块负责风电机组和风电场实时数据监控，存储，处理，应用，能实时将数据存储至实时数据服务器201，通过操作站完成对数据的查询和展示，所述app模块负责实现远程监控，利用移动终端连接生产管理模块，操作监控应用软件实现对风电场运行状态的监控和管理。
68.在一些实施例中，综合控制模块2与辅助控制模块3之间设置有单向网络隔离闸，以使所述综合控制模块2单向接收所述辅助控制模块3发送的数据；辅助控制模块3设置有防火墙，以使所述辅助控制模块3仅与预设的交互终端进行交互通信。
69.在发明提供的本实施例中，通过将风电场整体运行总任务优化分配给各分散控制器103，依靠它们之间相互通信进行调整，使系统的结构和控制功能分散，降低了系统功能的复杂性，缩短了信息传输处理的时间，分散控制结构能够提高局部控制效果，减少每个控制器接收和处理的信息量，能迅速作出控制决策，分散控制系统硬件选型灵活，就地安装，设备维修简单，系统可靠性高，整体不会因个别dcs控制器发生故障不致引起全局瘫痪，从而可以简化当前风电场运行控制系统的冗余结构。
70.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。