一种风力发电机组双冗余电控系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种风力发电机组双冗余电控系统，包括：数据采集系统，三台PLC控制器以及总线系统，三台PLC控制器分别为风机逻辑控制第一PLC控制器PLC1、风机逻辑控制第二PLC控制器PLC2以及网关PLC控制器；其中，风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器分别置于机舱和塔基中，作为两台互为主备关系的控制器，网关PLC控制器是用于决定主备关系的中间仲裁器以及对PLC1和PLC2进行统一核心调度，由网关PLC控制器通过心跳监测决定风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器的主备用状态；在同一时间网关PLC只响应主PLC的输出指令，而另一个备用PLC通过Modbus TCP通信的方式保持与主PLC状态同步。还公开了对应的方法、电子设备和计算机可读存储介质。储介质。储介质。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组双冗余电控系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于新能源电力
，尤其涉及一种风力发电机组双冗余电控系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]基于PLC的风电主控系统是风电机组安全高效运行的“核心大脑”，目前国内风电电控系统大多基于单台塔基PLC控制器为核心，少数提出双PLC控制器的抢占式风电机组主控冗余系统，现有相关技术方案为基于双PLC控制器的抢占式风电机组主控冗余系统。该风机控制系统主要由两台PLC控制器、IO从站、CANOPEN网关模块、以太网交换机和Profinet网络构成。PLC控制器作为控制系统核心，运行风机控制系统程序，通过EtherCAT通讯协议连接IO从站。IO从站分布在塔底和机舱两个部分，可配置不同类型的输入输出模块，实现不同传感器及执行器的接入。机舱和塔底两部分通过光纤交换机来实现通讯信息交换。主控制器与变桨、变流器之间通过CANOPEN协议实现通讯。根据现有技术的抢占式风电机组主控冗余系统整体结构如图1所示。该主控冗余系统技术方案包括2个PLC控制器，都安装在风机塔底电气控制柜内。它们具有相同的软硬件结构，同时运行相同的主控系统程序。其中，一个作为工作控制器，另一个作为备用控制器。当一个控制器被设为工作状态时，另一个控制器必须为备用状态。工作状态和备用状态可以相互切换。工作控制器和备用控制器之间的数据同步通过通信完成。同步的数据包括过程映像输入、字节寄存器以及风机运行的过程数据。工作控制器在每个运行周期(20ms)内实时将主控系统程序的运行过程数据传给备用控制器，以保证备用控制器和工作控制器之间数据的一致性。当工作控制器发生故障时，备份控制器自动切换为工作控制器，从而实现对风机的控制。图2为根据现有技术的抢占式风电机组主控冗余系统数据切换原理图。
[0003]然而，现有技术存在如下缺陷：
[0004]1、该主控冗余系统备用控制器的数据获取依赖于工作控制器的数据发送传输，导致备用控制器的数据采集获取时间略滞后于工作控制器，不能保证两个控制器的数据采集输入同步，从而不能严格保证两个PLC控制器的输出状态同步，这会对主控制器切换过程中系统的可靠性和稳定性造成影响；
[0005]2、该主控冗余系统的两个PLC控制器都布局在塔底控制柜内，且距离较近，当工作控制器故障时，整个塔底控制系统会处于故障状态和故障环境中，不能保证备用控制器地可靠切换和正确工作状态；且位置布局近的两个PLC控制器不利于对整个风机各系统的全盘控制；
[0006]3、双PLC控制器的抢占式风电机组主控冗余系统存在一定的系统安全隐患。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为解决风电工控系统的安全性和稳定性问题，提出一种风力发电机组机舱塔基双冗余电控系统及其控制方法的技术方案，从而保证风电机组安全可靠运
行。
[0008]本专利技术一方面提供了一种风力发电机组双冗余电控系统，包括：数据采集系统，三台PLC控制器以及总线系统，所述三台PLC控制器分别为风机逻辑控制第一PLC控制器PLC1、风机逻辑控制第二PLC控制器PLC2以及网关PLC控制器；其中，所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器分别置于机舱和塔基中，作为两台互为主备关系的控制器，所述网关PLC控制器是用于决定所述主备关系的中间仲裁器以及对所述PLC1和PLC2进行统一核心调度，由所述网关PLC控制器通过心跳监测决定所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器的主备用状态；在同一时间只有一个主PLC参与风机的控制，即网关PLC只响应主PLC的输出指令，而另一个备用PLC通过Modbus TCP通信的方式保持与主PLC状态同步。
[0009]优选的，所述总线系统包括IO总线，数据采集输入全部由网关PLC收集并发送到所述IO总线上，以确保PLC1和PLC2的输入是同步的。
[0010]优选的，所述两台互为主备关系的控制器内运行的风机控制程序完全一致。
[0011]优选的，所述心跳监测包括：由所述网关PLC采集数字量、模拟量以及通讯数据，按照第一时间间隔将数据发布到总线上，所述第一时间间隔小于主从PLC数据同步周期。
[0012]优选的，所述第一时间间隔为5ms，主从PLC数据同步周期为10ms。
[0013]优选的，所述总线系统包括双向Modbus TCP同步总线，使得所述两台互为主备关系的控制器的状态同步，其中处于主站状态的PLC需要将自身的状态变量以及过程数据发布到同步总线中去，而从站PLC从同步总线上读取状态变量和过程数据，在逻辑运算前更新自身的运行状态，来实现运行状态同步，
[0014]本专利技术的第二方面提供一种风力发电机组双冗余电控系统的控制方法，包括：
[0015]S1，由所述网关PLC控制器通过心跳监测决定所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器的主备用状态；基于所确定的主PLC和备用PLC，网关PLC响应主PLC的输出指令，而另一个备用PLC通过Modbus TCP通信的方式保持与主PLC状态同步；
[0016]S2，系统上电后，网关PLC首先使得位于塔底的所述PLC1取得主PLC控制权，持续监测所述PLC1的状态是否发生故障，当主PLC1发生故障后，所述网关PLC在30ms内将主PLC切换到位于机舱的所述PLC2，从而实现主从交替，由之前备用的所述PLC2对风机进行控制；
[0017]S3，持续监测所述PLC2的状态是否发生故障，当监测到所述PLC2发生故障后，切换回所述PLC1；否则，即使PLC1在发生故障后恢复正常，也由PLC2进行控制而不会切换到PLC1。
[0018]作为优选的实施方式，所述S1所述基于所确定的主PLC和备用PLC，网关PLC响应主PLC的输出指令，而另一个备用PLC通过Modbus TCP通信的方式保持与主PLC状态同步包括：
[0019]S11，由网关PLC采集所述数据采集系统的输入并全部发送到所述总线系统，从而保证所述PLC1和所述PLC2的输入同步；
[0020]S12，在所述PLC1和所述PLC2内部运行相同的风机控制程序后，由所述网关PLC采集数字量、模拟量以及通讯数据并间隔一定时间将数据发布到所述总线系统，从而由所述网关PLC控制器决定所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器的主备用状态；
[0021]S13，设置所述总线系统包括双向Modbus TCP同步总线，处于主站状态的PLC将自
身的状态变量以及过程数据发布到所述双向Modbus TCP同步总线中，从站的PLC从所述双向Modbus TCP同步总线上读取所述状态变量和过程数据，在逻辑运算前更新自身的运行状态，实现运行状态同步。
[0022]本专利技术的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第二方面所述的方法。
[0023]本专利技术的第四方面提供一种计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，包括：数据采集系统，三台PLC控制器以及总线系统，所述三台PLC控制器分别为风机逻辑控制第一PLC控制器PLC1、风机逻辑控制第二PLC控制器PLC2以及网关PLC控制器；其中，所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器分别置于机舱和塔基中，作为两台互为主备关系的控制器，所述网关PLC控制器是用于决定所述主备关系的中间仲裁器以及对所述PLC1和PLC2进行统一核心调度，由所述网关PLC控制器通过心跳监测决定所述风机逻辑控制第一PLC控制器和风机逻辑控制第二PLC控制器的主备用状态；在同一时间只有一个主PLC参与风机的控制，即网关PLC只响应主PLC的输出指令，而另一个备用PLC通过Modbus TCP通信的方式保持与主PLC状态同步。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，所述总线系统包括IO总线，数据采集输入全部由网关PLC收集并发送到所述IO总线上，以确保PLC1和PLC2的输入是同步的。3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，所述两台互为主备关系的控制器内运行的风机控制程序完全一致。4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，所述心跳监测包括：由所述网关PLC采集数字量、模拟量以及通讯数据，按照第一时间间隔将数据发布到总线上，所述第一时间间隔小于主从PLC数据同步周期。5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，所述第一时间间隔为5ms，主从PLC数据同步周期为10ms。6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组双冗余电控系统，其特征在于，所述总线系统包括双向Modbus TCP同步总线，使得所述两台互为主备关系的控制器的状态同步，其中处于主站状态的PLC需要将自身的状态变量以及过程数据发布到同步总线中去，而从站PLC从同步总线上读取状态变量和过程数据，在逻辑运算前更新自身的运行状态，来实现运行状态同步。7.一种风力发电机组双冗余电控系统的控制方法，基于权利要求1
‑
6任一所述的控制系统实施，其特征在于，包括：S1，由所述网关PLC控制器通过心跳监测决定所述风机逻辑控制第一PLC...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，张家铭，任超宇，苗继春，郭鹏，张磊，程学文，刘洋广，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：