基于面向对象建模的风电场监控系统的研究与开发

对国内外风电场监控系统的历史与现状进行了分析,从面向对象的角度介绍了基于IEC61400-25标准风电场信息模型与信息交换模型的原理与方法,比较了标准所支持的5种通信协议。针对已投运的某实际风电场智能化改造的需求,选用制造报文协议(manufacturing message specification,MMS)作为通信映射协议,对风电机组及风电场智能电子设备(intelligent electronic device,IED)进行信息化建模,并讨论了建模过程中的关键细节与具体配置方法。提出了加装通信协议转换器的方法,着重介绍了通信协议转换器内实现不同报文转换和地址映射的过程和配置文件的配置方法,实现了2个制造商3种不同机型间的协调通信,并说明了含有通信协议转换器的风电场监控系统的结构框架,为未来针对已投运风电场的智能化改造问题提供了一种过渡方案,在IEC61400-25标准的推广和应用方面具有实际意义。     

风电场IEC 61400-25到OPC XML-DA的映射实现与应用

大型风电场的风电设备与监控系统将由多个厂商提供,相互兼容困难,难以时风电场进行统一的维护和管理.国际电工委员会(O EC)针对上述即将出现的问题起草制定了面向风电场监控系统通信的IEC 61400-25标准.在市场竞争和风电场扩容要求下,IEC 61400-25标准势必成为风电监控系统通信的一个趋势.针对目前普遍采用的基于过程控制对象链接与嵌入技术(OPC)的风电监控系统现状,文中对IEC 61400-25到OPC可扩展置标语言一数据访问(OPC XML-DA)的映射进行了深入分析,提出了具体的实现方案,构建了基于OPC XML-DA的风电场监控系统体系结构,设计了OPC XML-DA服务端软件模块架构,解决了目前常见的基于OPC的风电场监控系统与IEC 61400-25标准的相容问题.     

风电场监控通信安全解决方案

根据风电场监控通信标准IEC 61400-25提出的安全需求,深入分析了风电场监控通信过程的安全性,明确了访问控制和通信安全的重要性。依照电力系统数据和通信安全标准IEC 62351-3设计了基于角色的访问控制（RBAC）组件以实现授权和访问控制,采用开放源码MatrixSSL构建传输层安全协议（TLS）通信安全组件以满足数据交换过程的机密性、完整性及身份认证等。最后构建了集成访问控制组件和通信安全组件的代理机制模型,并以其在风电机组控制器中的应用为例阐明安全代理机制的具体实现。该解决方案遵循IEC 61400-25标准的信息模型和信息交换模型,紧密结合风电机组嵌入式环境的特点,符合IEC 62351标准,满足风电场中监控通信的安全需求。     

风电场监控软件集成服务模型设计与应用

大型风电场中的风电机组和监控系统一般由多个厂商提供,相互兼容困难,难以进行统一维护与管理。遵循IEC61400-25标准的信息模型、信息交换模型及对Web Services的映射方法,设计了基于Web Services的风电场监控软件集成服务模型,讨论了基于该模型的多个异构风电机组与服务端互联互通的问题,给出了风电机组标准服务接口的定义方法和安全通信机制。通过对该模型的工程实现与应用分析,论证了所做工作对风电机组的统一监控和集成管理等问题的解决具有现实意义与应用价值。     

基于Web Services的风电场网络化监测和控制

为实现风电场中多个厂商不兼容设备的统一维护与管理,IEC61400-25标准详细描述了风电场信息模型、信息交换模型以及向不同协议映射方法。Web Service是该标准中提出的能够完善支持模型功能的方法,其具有适合分布式环境,支持不同平台等十分适合风电场的特点。在IEC61400-25标准的基础上详细描述了一种风电场通信结构,并基于Web Services建立了风电场风机的信息模型和信息交换模型并实现基本的风电场设备的监测和控制。     

Modbus到IEC 61850-8-1映射方法及其在状态监测中的应用

为了解决变电站常规状态监测设备或非变电站设备与变电站内部IEC 61850标准监测系统无法直接通信的问题,文中提出了一种Modbus到IEC 61850-8-1协议转换的设计方法。采用面向对象技术对Modbus进行了数据建模;分析了IEC 61850及制造报文规范(MMS)信息模型和服务模型,根据分层语义对等原则建立了Modbus,IEC 61850以及MMS间信息及服务模型的映射关系;基于已建立映射模型完成了Modbus与IEC 61850-8-1转换模块的设计;最后以间隔控制器为例,建立了其相应的映射模型,采用MMS-EASE LITE等相关技术实现了协议转换模块的主要功能,完成了其相电流等测量数据的读写服务,验证了上述设计方法的正确性和可行性。     

基于IEC 61400-25的风电场风力发电机组配置

借鉴变电站配置描述语言(SCL)在变电站工程配置中的成功应用经验,综合风电场本身的特殊性,通过对可扩展置标语言(XML)、IEC 61400-25风电场模型、数据库等技术的研究,设计了一个基于IEC 61400-25的风力发电机组配置工具,包括用户配置界面模决、XML文档解析模块、树形控件与风电场配置描述语言(WPPCI.)文档互导模块、WPPCL文档生成模块和设备数据存储模决,提出在风电场各需要配置的设备之间传送标准化配置文件的方法,实现风力发电机组的统一配置.     

风电场群远程集中SCADA系统设计

随着国家清洁能源战略的实施,风电场的数量和规模都快速、大幅度增加.同时,由于各种新型技术的进步,风电场群远程集中数据采集与监控(SCADA)系统的建立具备了必要的技术条件.以传统电力调配一体化系统为基础,参照公共信息模型(CIM)和IEC 61400-25标准,通过对其模型、数据和功能方面的改进和扩展,实现了风电场群远程集中SCADA系统,并在长江新能源开发有限公司上海控制中心得到成功应用.     

IEC 61850标准中MMS映射分析及其编码/解码模块的设计

分析了IEC 61850标准和制造报文规范(MMS)之间模型和服务的映射关系.在分析ASN.1的BER编码规则的基础上,提出了MMS编码/解码模块的设计方案,实现MMS协议数据单元(PDU)的ASN.1抽象语法和传送语法之间的转换.基于该模块,编写一个简单的程序,实现了IEC 61850应用层报文编码/解码,分析了具体MMS报文的编码/解码过程.     

对基于TCP/IP的IEC61850特定通信服务映射MMS的分析与实现

IEC61850是IECTC57制定的有关变电站自动化系统通信的国际标准,代表了变电站自动化的未来发展方向.制造报文规范MMS是IEC61850标准中特定通信服务映射SCSM的核心通信协议栈,本文将围绕基于TCP/IP的MMS协议集,介绍了MMS的对象模型及相关服务;为了实现IEC61850中应用的MMS特定协议集,开发的关键技术等.     

计及信息不确定性的风电机组健康状态实时评估方法

运行工况识别作为风电机组状态监测与健康管理领域的重要环节,往往受到不确定信息以及高速实时数据流的影响,造成健康状态评估难以有效实施。在此背景下,文中提出一种基于Spark流式处理的健康状态实时评估方法。首先,采用大数据分析技术实现风电机组运行工况的空间划分;然后,在充分考虑风电机组监测信息不确定性的情况下,结合数据采集与监控(SCADA)历史运行数据,对基于高斯云模型和高斯云变换的健康状态评估模型进行训练,并以健康指数作为风电机组健康状态评估的指标。最后,将该评估方法应用在中国北方某风电场1.5 MW风电机组故障前的健康状态评估中。算例分析结果表明,该方法可监测到风电机组健康状态的变化趋势,初步实现了故障的早期预警。     

分布式能源系统垂直轴风机特性的数值模拟与分析

研究了一种小型分布式能源系统用阻力型垂直轴风机(VAWT)的特性,在原有风机基础上,将风轮增加为两层。基于流体动力学(CFD)对风机性能进行计算,依据空气动力学原理,模拟风轮与空气的流固耦合作用,分析流场风速分布以及风机在不同旋转角度下的综合受力情况,根据转矩特性,在Matlab中建立风轮的数学模型,然后使用最大功率跟踪控制方法,建立风机发电系统的数学模型,从而仿真得到发电机的电压、电流等发电特性曲线。最后,与实测数据进行对比,验证了数值仿真和分析的正确性,为今后该类风机结构优化设计和效率提升提供了借鉴和参考。     

小型风力发电机偏航控制系统实验研究

为提高风力发电机发电效率,提出一种基于PLC控制的小型风力发电机偏航控制系统方案,搭建以PLC为控制器,风速风向传感器为检测装置,步进电机为偏航驱动装置的实验平台,重点介绍了基于modbus总线通信的风速风向数据采集、基于PLS指令编程的偏航电机控制和基于MCGS组态软件的上位机监控。经系统测试与实验验证表明,数据采集系统能够实时显示现场风速风向数据,偏航电机能够根据风向的变化而自动迎风,满足了控制要求,取得了良好的控制效果,具有成本低、稳定性好的优点。系统的应用为提高风能利用率提供了保障,为小型风力发电机偏航电机控制提供了参考     

基于WGAN-GP的风电机组传动链故障诊断

传动链负责将风电机组叶轮的能量传递至发电机,若传动链中的任一部件,如齿轮、轴承发生异常,风电机组将面临巨大的安全隐患.现有基于深度学习的风电机组故障诊断大多需要人为选择目标变量,所识别故障与所选变量关联性大、通用性不足.梯度惩罚Wasserstein生成对抗网络(WGAN-GP)采用Wasserstein距离作为量度生成数据与真实数据的代价函数,具有训练结果稳定的优势.文中基于数据采集与监控(SCADA)系统提出两步数据预处理方法进行数据筛选,并基于WGAN-GP设计风电机组传动链异常状态分数,进而识别传动链故障.所提方法运用通用SCADA参数,无须人为挑选目标变量,可稳定识别风电机组传动链中的非特定故障,具有识别结果准确、泛化能力强等优点.9台双馈风电机组的状态识别结果验证了所提方法的有效性,可以辅助指导风电场的运行维护.     

大型风力发电机组微机监控装置的研制

介绍了国家“九五”攻关项目风力发电机组微机监控装置的技术方案,其核心是两个高性能的微处理器芯片,分别负责模拟量、开关量的采集、处理及机组控制、交流量采集与计算。系统主要功能有：风力发电机组的自动启、停及顺序控制,由双向可控硅控制的软并网功能,电气保护与安全保护等。提供了硬件结构框图及软件设计思想。该系统已在国内某风电厂投运成功。     

SVC补偿型定速风电机组模型及其特性分析

在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了静止无功补偿器(static var compensator，SVC)补偿型定速风电机组的模型，分析了其稳态和暂态特性以及由SVC补偿型风电机组组成的风电场对电网的影响，分别采用上述风电机组模型和用电容器组进行补偿的普通定速风电机组模型进行仿真实验，比较结果表明SVC补偿型风电机组具有快速调节无功功率的能力，当系统故障时，该风电机组可快速恢复系统电压，且风电机组启动过程对系统的冲击较小。     

基于SVG的双馈风电场电压稳定控制策略研究

双馈异步发电机(DFIG)在大规模风电并网环境下提供的无功功率无法满足并网需求。虽然引入固定电容器能够提供无功补偿,但系统受功率耦合的影响无法有效实时维持电压稳定。提出了一种静止无功发生器(SVG)与DFIG协调补偿无功的控制策略,同时引入电力系统稳定器(PSS)抑制系统的低频振荡,充分利用DFIG风电机组自身发出无功的能力,减少了SVG的配置容量。在MATLAB/Simulink软件仿真平台建立DFIG风电机组并网模型,仿真结果证实了此控制策略能够完成连续无功补偿,有效维持并网点电压稳定,增强系统输电能力。     

无功补偿设备对风电机组暂态特性的影响

在电力系统仿真软件PSASP6.8中建立了基于静止无功补偿器(static var compensator,简称SVC)补偿型发电机组的模型,仿真计算在一个由5台风电机组构成的风电系统中进行,对采用SVC装置的异步风电机组暂态特性进行了分析.仿真结果表明SVC补偿型机组具有快速调节无功功率的能力,SVC装置对机端电压有...     

基于PLC的风电机组仿真系统

提出一种基于PLC(可编程逻辑控制器)的风电机组仿真系统方案.软件方面,对所仿真风电机组的全部设备做建模分析,并利用IEC 61131-3标准的PLC编程语言实现仿真模型;硬件方面,利用基于PLC的可自由配置的IO(输入输出)模件和通信模件,将仿真模型的输入输出与风电主控系统的输入输出连接起来.该方案包括整个风电机组的全部测点,能够仿真所有设备的工作状态,测试风电主控系统中控制逻辑、控制器软硬件及柜体电气等多个方面.该方案可以在风电主控系统研发设计中用于测试验证,也可在生产过程中用于出厂检测,具有占地面积小、成本低廉的优点.     

基于多种信号风力发电机在线故障检测装置设计*

风力发电机在线检测系统可以实时了解风力发电机运行工况及时发现故障隐患。针对检测数据种类过少导致风力发电机故障诊断出现误判问题,文中设计了一种多通道数据采集实时在线故障检测装置。以DSP TMS320F28335(简称F28335)作为系统主控芯片采集现场数据,Lab VIEW软件系统和MCGS组态软件进行同步显示。通过模拟实验表明,与传统的风力发电机在线检测装置相比,能更全面的采集多种运行工况下的数据,为故障诊断提供可靠依据。