风电集中监控管理模式研究

刘闯1杜佳2

（国核电力规划设计研究院有限公司100095）

摘要：传统风电集中监控系统由于方案中未考虑到风电应用的特殊性，且针对风电行业的基础开发相对较少。许多终端应用仍采用设备供应商的原生系统，导致大量控制功能随各级数据采集映射后无法在集控远端执行，同时大量基础数据损失或存储冗余。这不仅造成功能及有效性的丧失，同时对网络带宽有效利用及实时传输造成一定困难。鉴于此，本文针对风电集中监控管理模式的创新进行研究探索。

关键词：风电；集中监控；远程监控

伴随着“互联网+”时代的到来，信息技术逐步成为影响并帮助企业实现自身业务流程优化和经营模式转变的主要因素。针对风电行业人员较少、管理半径大、设备品类繁多、各厂家设备的信息化、数字化水平参差不齐等特点，设备集中监控和生产信息处理技术开始逐渐应用到生产管理工作中，用以提高生产运营管理水平，其主要目的是通过有效整合风电机组设备、变电站设备、各在线监控系统及涉网系统的实时数据，实现所有台账、报表、记录、工单、巡检的信息化管理，并按照管理半径适度、调度关系顺畅、规模经济的原则，分区域建立集控中心，实现统一监控和运行，分片巡视、检修和维护，全面提升了生产运营管理的集约化、精细化、标准化、专业化、智能化水平。

1传统监控系统

在目前国内的电网系统中，发电端仍然大部分采用火电及水电机组。这类机组的集控系统基本随电网管控系统同步发展，由于已经经历了较长的发展时期，其结构相对固定、积累了大量的设备供应商。从系统结构上看，火电系统一般体量较大，原动机、发电机及相关辅机系统较为复杂、控制要求较高，一般由发电DCS系统与变电站综自系统构成；同时因其场站规模一般较大，往往同时具备生产区及福利区，运行管理人员常驻现场，所以生产及经济数据采用人工抄表或自动报表系统通过办公自动化上送，对集中监控要求不高。水电系统的监控系统发展晚于火电，其系统结构与火电有一些相似之处。除大型干流水电以外，还同步开发了大量的小型电站、梯级电站。由于此类电站其制结构相对简单、控制要求较低，已经普遍实现无人值守及少人值守，因此该类系统存在大量的集控要求。目前水电系统，特别是小型集群水电系统主要采用各类综合自动化系统实现机组控制及并网设备管理，通过远程通讯网络进行数据二次采集，在集控中心实现远程控制及数据报表工作。

2集中监控及信息处理技术应用

2.1网络配置要求

要按照电网要求和电力二次防护要求，设计集控中心网络。集控中心侧，在安全一区部署SCADA监控服务器、实时数据库服务器和关系数据库服务器、数据处理服务器、数据展示服务器、报表服务器及智能安全、监控工作站等，实现安全一区的基本监视和控制功能；安全二区部署功率预测、保护信息终端，用来查看风场侧安全二区回传的数据；安全三区可部署镜像数据库服务器、磁盘阵列、综合服务器、移动应用和其他高级应用等服务器，实现安全三区的数据展示、移动应用、故障预警、效能分析等功能。风场侧，安全一区部署数据采集服务器、远动通讯管理装置，采集风力发电机组、升压站等设备的数据，风场侧安全二区部署数据采集服务器，采集功率预测、电能量计量等设备的数据，通过标准的数据接口，将采集的风电场设备信息通过纵向加密装置传到集控中心。

2.2集中监控系统构成

风电场集中监控系统包括实时数据采集层、数据应用层两大模块。

（1）实时数据采集。实时数据采集系统设置在风电场就地，通过实时数据接口机对下属设备（如风机、升压站、箱变、电计量表计、振动监测系统、风功率预测系统、测风塔、AGC系统和AVC系统）进行通讯，并且通过通用的接口协议（如OPC、MODBUS、104、102等）为集控中心提供数据。系统采集数据后通过内部的接口协议汇总到集控中心。同时，将集控中心的控制指令，通过接口协议发送到特定风电场。实时数据采集系统采用高效的数据块传输机制，数据块作为做小单元，可自定义采集频率，合理进行打包处理，以提高采集效率，采集数据频率可达到毫秒级，有良好的实时性、响应性、并发性和可扩展性。数据采集应系统提供数据缓存机制，当风电场现场与集控中心无法进行通讯时，将数据缓存在数据采集系统中，当通讯恢复时将缓存数据上传至集控中心，避免数据丢失。该层考虑的是与通讯有关的一系列的问题，如通讯效率、传输安全等。

（2）数据应用系统。当数据汇总到集控中心之后，通过不同的软件、硬件体系结构、系统软件和统一的网络通信程序和运行控制模式，实现集控中心对各风电场的集中监控功能及基础业务应用功能。

2.3数据采集和传输

各风电场侧配置数据采集装置，采集风电场内不同风机厂家、不同综合自动化系统运行数据，包括采集风机、升压站监控系统信息、有功功率和无功电压控制、功率预测数据、保护及故障录波信息和电能量计量信息等，执行对风电场设备的控制指令，并完成不同协议类型数据的转换，为实时监测、数据展现、统计分析提供基础。数据采集接口应支持多种接口程序如Modbus、OPC、103规约、104规约等电力系统标准接口。

2.4远程监视

监视系统能够以列表方式或者电子地图方式显示系统内所有风电场的分布情况，并能够显示总装机容量、总发电量、风电场的工作状态等信息。同时能够以图形导航的方式进入某个具体风电场的集控界面。系统图形界面具有以下功能：支持拓扑着色，能根据断路器、隔离开关、风机等设备的实时状态确定系统中各种电气设备的带电、停电、接地等状态，并按相关标准用不同的颜色在图形上表示出来。当有断路器、隔离开关、风机状态变化时包括人工设置的状态变位，拓扑着色软件自动启动。拓扑着色能由事件启动、周期启动。系统处理网络拓扑着色时间与实时数据扫描周期保持一致。支持各种图形、表格、曲线、棒图、饼图、系统工况图等表示方式。针对每个风电场，集控系统通过统一的风格对设备进行监控和管理。

2.5远程控制

（1）风机远程控制。用户可通过风机细节图中的控制功能实现对风机的远程控制功能，能够对风机的启动、停止、复位、有功功率、无功功率调节以及其他特殊控制功能（根据各个不同类型的风机定义一些各类型风机特有的控制功能）。

（2）风机批量控制。用户可通过风机矩阵图或风场分布图中的批量控制功能，实现对风场本地成组风机的启动、停止、复位、有功功率、无功功率调节以及其他特殊控制功能（根据各个不同类型的风机定义一些各类型风机特有的控制功能）。

（3）升压站远程控制。集控中心具备控制权限时（电网允许控制），集控中心、风电场子站及就地三级均能实现控制功能。控制权的优先顺序是就地优于风电场子站，风电场子站优于集控中心。遥控操作只能在集控中心操作员站上进行，操作人员必须具有权限和登录口令才能实施操作，输入站名、设备编号，以防误选点。操作过程有记录，可查询、打印。电气设备操作必须有返送校核，同时按选点、校验、执行。操作的起始和结束通过画面和信息窗口提供相应的提示。升压站设备控制具有五防功能，控制功能如下：对断路器/刀闸分、合的远方操作；对补偿电容器投、切的远方操作；对有载调压变压器分接头的远方调节。

3结语

风电专用集中监控系统紧密结合风电控制系统，提出了一套优于现行集控系统的设计思路，从风电企业角度出发，明确网络配置要求，创新集中监控系统构成，强化远程监控。基于此方案的集控系统将有效提升风力发电企业管控能力及风场运维水平，全面实现风电业务管理的平台化、智能化。

参考文献：

[1]仲启端，陈鑫铎，陈王永.风电集中化远程监控中心系统[J].中国新通信，2018，20（20）：215-216.

[2]杜松.基于B/S架构的风电监控系统关键技术研究与实现[D].电子科技大学，2018.