一种基于风力发电机组控制系统的信息采集和存储方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电机组的控制系统领域，具体涉及一种基于风力发电机组控制 系统的信息采集和存储方法。
【背景技术】
[0002] 风能是取之不尽，用之不竭，理想的清洁能源之一。风能对于缺水、缺燃料和交通 不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地区，因地制宜地利用风力发电，非常适合。
[0003] 风力发电机组是一种能够利用风能来发电的装置。风力发电机组由多个部分组 成，其中控制系统贯穿到每个部分，且控制系统的好坏直接关系到风力发电机组是否能够 安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。控制系统主要包括各种传感器、变浆 系统、可编程逻辑控制器(英文简称：PLC)、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安 全保护单元、通讯接口电路、监控单元，其中可编程逻辑控制器是分别与控制系统中其余单 元或元器件之间电性连接的核心的控制器件。
[0004] 目前，为了保障风力发电机组的正常运行，现有技术通过风场SCADA系统(英文全 称为：Supervisory Control And Data Acquisition，中文名称为：数据采集与监视控制 系统）来对风力发电机组(及其控制系统）进行数据采集和存储并进行监控，如公告号为 CN202995439U，公开的"一种用于风力发电场的监控系统"，该监控系统包括风电场现场通 讯网络、风电场环网交换机、风电场内网交换机、SCADA系统服务器；所述风电场现场通讯 网络、所述风电场环网交换机、所述风电场内网交换机和所述SCADA系统服务器顺序连接。
[0005] 但上述用于风力发电场的监控系统在使用时却存有如下不足之处：SCADA系统通 常采用采集系统标准和MODBUS通讯协议，其采样频率为几百毫秒至几秒的固定频率，且都 是通过一个时间尺度进行变量数据的采样，易出现瞬时故障而SCADA系统根本无记录的情 况，不利于准确快速的查找故障原因。
[0006] 故申请人考虑设计一种基于风力发电机组控制系统的信息采集和存储方法，使其 数据采样频率更为灵活，能够获取详尽且更具参考价值的控制系统的变量数据，帮助实现 快速准确查找故障原因，提高风力发电机组的运行与维护的效率。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于风 力发电机组控制系统的信息采集和存储方法，使其数据采样频率更为灵活，能够获取更为 详尽且更具参考价值的控制系统的变量数据，帮助实现快速准确查找故障原因，提高风力 发电机组的运行与维护的效率。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案： 一种基于风力发电机组控制系统的信息采集和存储方法，获取一种能够与所述可编程 逻辑控制器通讯连接并采集其变量数据的采集系统；该信息采集和存储方法包括以下步 骤： stepl、定义用于控制风力发电机组的可编程逻辑控制器的扫描周期和时间戳，所述扫 描周期为X毫秒； Step2、在所述采集系统中设置变量数据信息表，以及各变量数据采样频率；所述变量 数据采样频率为N X X毫秒，其中N为正数； step3、启动所述采集系统，根据上述各变量数据采样频率来分别采集所述可编程逻辑 控制器中相应的变量数据； step4、所述采集系统存储上述变量数据。
[0009] 作为优选，所述采集系统包括通讯模块、处理器以及存储模块； 所述处理器分别与所述通讯模块和存储模块电性连接； 所述通讯模炔基于socket通讯协议与所述可编程逻辑控制器通讯连接。
[0010] 作为优选，所述通讯模块通过交换机与所述可编程逻辑控制器之间通讯连接。
[0011] 作为改进，所述采集系统还包括分别与所述处理器电性连接的输入模块和显示模 块。这样，输入模块的设置能够便捷地对采集系统中的后台程序进行设置(如创建不同采用 频率的变量数据信息表(用于对变量数据进行采集存储)，设置不同变量数据的采样频率)。 显示模块即能够对变量数据或采集系统中的后台程序进行显示，方便维护人员现场调试。
[0012] 作为改进，在上述St印4步骤中：所述存储模块具有缓存区和固定存储区；对所述 变量数据进行存储时，先将变量数据存储至缓存区中，并判断缓存区是否写满：若缓存区未 写满，则继续在所述缓存区中存储；若所述缓存区写满，则将缓存区中的变量数据转移至所 述固定存储区中存储。
[0013] 作为优选，所述可编程逻辑控制器中的变量数据通过RPC方式传递给所述控制 器。
[0014] RPC (Remote Procedure Call Protocol)--远程过程调用协议，它是一种通过 网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。采集系统协议假 定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模 型中，采集系统跨越了传输层和应用层。采集系统使得开发包括网络分布式多程序在内的 应用程序更加容易。
[0015] 采集系统采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序 就是一个服务器。首先，客户机调用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程，然后 等待应答信息。在服务器端，进程保持睡眠状态直到调用信息的到达为止。当一个调用信 息到达，服务器获得进程参数，计算结果，发送答复信息，然后等待下一个调用信息，最后， 客户端调用进程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行。
[0016] 上述可编程逻辑控制器中的变量数据通过RPC方式传递给所述控制器后，可取得 以下技术效果：1、实现了进程间通信，且响应速度快。2、可以根据变量不同的采集需求进行 不同的请求使得变量采集更加灵活。
[0017] 同现有技术相比较，本发明基于风力发电机组控制系统的信息采集和存储方法， 具有以下有益的技术效果： 现有技术的SCADA系统所采用的采集系统标准和modbus-tcp通信协议，其采集单台风 力发电机组的最大变量数据个数约为1200个，采样频率为几百毫秒至几秒的固定频率，故 其都是通过一个时间尺度进行变量数据的采样。
[0018] 本发明的基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法。该方法首先利用风电 机组控制系统多参数的信息量，建立了不同时间尺度的采集框架和体系(通过St印2来实 现）；其次，利用可编程逻辑控制器和采集系统的通信，保证了时间同步的同时，确保了不同 时间尺度信息的通信传输的精准性；最后，利用采集系统的存储模块，实现了大容量不同时 间尺度的多参数的存储。该方法一方面能考虑不同时间尺度并实现可编程逻辑控制器和采 集系统的时间同步，另一方面还能实现不同时间尺度的多参数("参数"也即为"变量数据"） 的大容量数据信息的存储，对基于风电机组控制系统信息实现风电机组健康状态的实时在 线监测与控制提供技术支撑，为提高风电机组运行可靠性和安全具有重要的现实意义。
[0019] 本发明中的采集系统通过使用Socket通讯协议进行编程，绑定3500端口（也可采 用其他的端口），实现可编程逻辑控制器和采集系统之间数据交换，对风力发电机组的主控 系统中的各种控制信息进行采集，最小采样频率达到IOms (与可编程逻辑控制器的扫描周 期速度一致)，最大采集个数可以达到2500个不同类型不同扫描周期的变量。采集数据的 精度高，数据量大，能够实现了对控制系统中变量数据的全面监视和记录。能够记录下风力 发电机组故障瞬态的信息，使得所获取的信息具有多参量多时间尺度的特性，为故障追溯 和风力发电机组固体特性提供有效的数据支撑，更具参考价值。
[0020] 本发明通过输入模块来建立或修改变量数据信息表，向可编程逻辑控制器发送请 求，然后可编程逻辑控制器将变量信息批量返回给采集系统。采集系统以异步多线程技术 实现为核心，通过双链表堆栈，实现了不同采集周期的数据采集和数据处理。且可按照扫描 周期进行扫描并对变量数据进行采样，只有当变量改变才进行后才进行采集，变量数据采 集方式更为灵活实用。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法中采集系统的安 装在风力发电机组上的结构示意图。
[0022] 图2为本发明基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法中采集系统与可 编程逻辑控制器之间的连接结构示意框图。
[0023] 图3为本发明基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法进行变量数据采 集的流程图。
[0024] 图4为本发明基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法进行变量数据存 储的流程图。
[0025] 图5为利用本发明基于风电机组控制系统的信息的采集和存储方法采集回来的 部分变量数据进行傅里叶变换分析图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0027] 具体实施时：如图1至图2所示，一种基于风力发电机组控制系统的信息采集和存 储方法，获取一种能够与所述可编程逻辑控制器通讯连接并采集其变量数据的采集系统1 ; 该?目息米集和存储方法包括以下步骤： stepl、定义用于控制风力发电机组的可编程逻辑控制器的扫描周期和时间戳，所述扫 描周期为X毫秒； 定义用于控制风力发电机组的可编程逻辑控制器前四个变量的时间戳可分别是： 第一个变量il为年、月； 第二个变量i2为日、时、分； 第三个变量i3为秒； 第四个变量i4为毫秒； Step2、在所述采集系统1中设置变量数据信息表，以及各变量数据采样频率；所述变 量数据采样频率为N X X毫秒，其中N为正数； step3、启动所述采集系统1，根据上述各变量数据采样频率来分别采集所述可编程逻 辑控制器中相