一种风电系统通信丢失安全保护方法及系统与流程

1.本发明主要涉及风电技术领域，具体涉及一种风电系统通信丢失安全保护方法及系统。


背景技术：

2.在采用io板替换plc模块后的风电系统中，整个系统包括风电io板、plc的cpu、变流器、变桨系统和偏航系统，各个部件间采用不同的通讯方式进行数据交互及协同控制。需要在出现通讯中断时，各部件间准确协同动作，合理地维持风机状态，并及时保护或锁死，以达到不损失风机发电量同时又避免故障进一步扩大的目标。而现有的通信丢失故障处理措施为直接故障停机方式，没有按照通信丢失的对象和故障类别进行区别对待，如通信丢失后一律故障停机，造成了发电量的损失。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种保护全面、针对不同部件的通信中断采取不同故障保护策略以合理维持风机状态的风电系统通信丢失安全保护方法及系统。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种风电系统通信丢失安全保护方法，其特征在于，包括步骤：
6.检测风电系统中各部件之间的通信是否中断；其中各部件之间的通信包括plc的cpu与io板之间的通信、io板与变流器之间的通信、io板与变桨系统之间的通信、io板与偏航系统之间的通信；
7.根据风电系统中各部件的安全等级，对不同的通信中断点采取相对应的控制模式以合理维持风机状态；其中变桨系统、变流器和偏航系统的安全等级由高至低排列。
8.优选地，在检测到plc的cpu与io板之间的通信中断后，通过在io板中对通信中断前plc的cpu数据值进行维持，短时保持对变流器、变桨系统和偏航系统的控制，以等待通信能够自行恢复；若第一预设时间内通信得到了恢复，则io板重新接收plc的cpu数据，并转发至变流器、变桨系统和偏航系统，控制权重新交给plc的cpu；若第一预设时间内通信未恢复，则在io板中将plc的控制数据置为停机模式，使变流器停机、变桨系统收桨、偏航系统锁死。
9.优选地，所述第一预设时间为400～600ms。
10.优选地，当检测到io板与变流器的通信中断，而io板与变桨系统和偏航系统的通信正常时，变流器在第二预设时间内脱离plc独立完成控制，保持功率输出；若第二预设时间内通信得到恢复，则plc恢复对变流器的控制权；否则io板认为通信彻底丢失，告知plc进行停机处理。
11.优选地，所述第二预设时间为400～600ms。
12.优选地，当检测到io板与变桨系统的通信中断时，则在对应io板中，直接输出do信
号，触发风机安全链，风机紧急停机。
13.优选地，直接输出两路do信号以触发风机安全链。
14.优选地，当检测到io板与偏航系统的通信中断，而io板与变流器和变桨系统的通信正常时，第三预设时间内偏航系统脱离plc独立完成控制，等待通信恢复，通信恢复后则偏航系统的控制权重新交给plc，风机恢复正常模式运行；若第三预设时间后通信未恢复，则认为通信彻底丢失，io板告知plc进行停机处理。
15.优选地，所述第三预设时间为3～8min。
16.优选地，plc的cpu与io板之间为ethercat通信；io板与变流器、变桨系统、偏航系统之间的通信均为can通信。
17.本发明还公开了一种风电系统通信丢失安全保护系统，包括：
18.检测单元，用于检测风电系统中各部件之间的通信是否中断；其中各部件之间的通信包括plc的cpu与io板之间的通信、io板与变流器之间的通信、io板与变桨系统之间的通信、io板与偏航系统之间的通信；
19.控制单元，用于根据风电系统中各部件的安全等级，对不同的通信中断点采取相对应的控制模式以合理维持风机状态；其中变桨系统、变流器和偏航系统的安全等级由高至低排列。
20.本发明进一步公开了一种风电系统，包括plc、变桨系统、变流器、偏航系统、多个io板和如上所述的风电系统通信丢失安全保护系统，各所述io板与所述变桨系统、变流器、偏航系统一一对应，所述plc通过对应的io板与变桨系统、变流器和偏航系统相连。
21.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风电系统通信丢失安全保护方法的步骤。
22.本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风电系统通信丢失安全保护方法的步骤。
23.与现有技术相比，本发明的优点在于：
24.本发明的风电系统通信丢失安全保护方法，根据安全等级的高低区分，对不同部位通信丢失采取不同的故障保护策略，即出现与变桨系统的通信丢失后，采取了直接紧急停机方式；在出现与变流器或偏航系统的通信丢失后，采取了短时独立控制再停机的方式，而在通信短时中断又能正常恢复的工况，风机不会停机，合理地维持风机状态，并及时保护或锁死，在不损失风机发电量的同时，又避免故障进一步扩大；上述保护方法整体上保护全面且操作简便。
25.本发明的风电系统通信丢失安全保护方法，在检测到io板与变桨系统的can通信中断时，则在对应io板中直接输出两路do信号以触发风机安全链，即使在一路do信号出现异常时，另一路也能正常动作，保证了系统安全。
附图说明
26.图1为本发明的方法在实施例的流程图。
27.图2为本发明的系统在实施例的拓扑图。
具体实施方式
28.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
29.如图1所示，本实施例的风电系统通信丢失安全保护方法，包括步骤：
30.检测风电系统中各部件之间的通信是否中断；其中各部件包括plc、变流器、变桨系统、偏航系统和io板，整个风机的启停控制都由plc的cpu主导，io板接收到plc的控制数据后转发给变流器、变桨系统和偏航系统；其中各部件之间的通信包括plc的cpu与io板之间的通信、io板与变流器之间的通信、io板与变桨系统之间的通信、io板与偏航系统之间的通信；具体地，plc的cpu与io板采用ethercat通信，io板与变流器、变桨系统和偏航系统则均采用can通信；
31.根据风电系统中各部件的安全等级，对不同的通信中断点采取相对应的控制模式以合理维持风机状态；其中变桨系统、变流器和偏航系统的安全等级由高至低排列；其中变桨系统的安全等级最高，在出现与变桨的通信丢失后，采取了直接紧急停机方式；变流器的安全等级居中，在出现与变流器的通信丢失后，采取了短时独立控制再停机的方式；偏航系统的通信丢失停机方式与变流器的相同，其中因偏航系统的安全等级最低，允许的独立控制时间比变流器长。
32.本发明的风电系统通信丢失安全保护方法，根据安全等级的高低区分，对不同部位通信丢失采取不同的故障保护策略，即出现与变桨系统的通信丢失后，采取了直接紧急停机方式；在出现与变流器或偏航系统的通信丢失后，采取了短时独立控制再停机的方式，而在通信短时中断又能正常恢复的工况，风机不会停机，合理地维持风机状态，并及时保护或锁死，在不损失风机发电量的同时，又避免故障进一步扩大；上述保护方法整体上保护全面且操作简便。
33.在一具体实施例中，ethercat和can通信数据中都加入生命信号数据，用于判断通信是否中断，检测简便可靠。
34.在一具体实施例中，当检测到ethercat通信中断后，此时plc的数据无法正常传输至io板，因而失去了对变流器、变桨系统和偏航系统的实时控制能力，通过在io板中对通信中断前plc的数据值进行维持，短时保持对变流器、变桨系统和偏航系统的控制，以等待ethercat通信能够自行恢复，若第一预设时间内(如500ms)内通信得到了恢复，则io板重新接收plc的cpu数据，并转发至变流器、变桨系统和偏航系统，控制权重新交给plc的cpu；若500ms后通信未恢复，则在io板中将plc的控制数据置停机模式，从而使变流器停机、变桨系统收桨、偏航系统锁死，并输出故障提示用户进行维护。当然，上述第一预设时间也可以根据实际情况进行选择。
35.在一具体实施例中，当检测到io板与变流器的can通信中断，而io板与变桨系统和偏航系统的can通信正常后，此时io板转发plc的数据无法正常传输至变流器，失去了对变流器的实时控制能力，但依然能对变桨和偏航系统进行控制，短时内变流器可脱离plc独立完成控制，保持功率输出。若第二预设时间(如500ms)内can通信得到了恢复，则plc恢复对变流器的控制权；否则io板认为通信彻底丢失，告知plc进行停机处理，并输出故障提示用户进行维护。当然，上述第二预设时间也可以根据实际情况进行选择。
36.在一具体实施例中，当检测到io板与变桨系统的can通信中断，则在io板中，直接输出2路do信号(数字量信号)，触发风机安全链(采用冗余设计，2路信号有1路输出即触
发)，风机紧急停机。上述紧急停机采用冗余设计，使用2路do信号触发，因而在一路出现异常时，另一路也能正常动作，保证了系统安全。其中风机安全链是指保护风力发电机组的安全链系统，是为了确保风力发电设备在出现故障时，设备仍处于安全状态。
37.在一具体实施例中，当检测到io板与偏航的can通信中断而与变流器和变桨系统的通信正常后，第三预设时间(如5分钟)内偏航系统脱离plc独立完成控制，等待can通信恢复，通信恢复后则偏航系统的控制权重新交给plc，风机恢复正常模式运行；5分钟后若通信未恢复，则认为通信彻底丢失，io板告知plc进行停机处理，并输出故障提示用户进行维护。当然，上述第二预设时间也可以根据实际情况进行选择。
38.本发明还公开了一种风电系统通信丢失安全保护系统，包括：
39.检测单元，用于检测风电系统中各部件之间的通信是否中断；其中各部件之间的通信包括plc的cpu与io板之间的通信、io板与变流器之间的通信、io板与变桨系统之间的通信、io板与偏航系统之间的通信；
40.控制单元，用于根据风电系统中各部件的安全等级，对不同的通信中断点采取相对应的控制模式以合理维持风机状态；其中变桨系统、变流器和偏航系统的安全等级由高至低排列。
41.本发明的风电系统通信丢失安全保护系统，与上述的保护方法相对应，同样具有如上保护方法所述的优点。
42.本发明进一步公开了一种风电系统，包括plc、变桨系统、变流器、偏航系统、多个io板和如上所述的风电系统通信丢失安全保护系统，各io板与所述变桨系统、变流器、偏航系统一一对应，plc通过对应的io板与变桨系统、变流器和偏航系统相连。
43.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风电系统通信丢失安全保护方法的步骤。本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风电系统通信丢失安全保护方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护
范围。