集團型風電企業(yè)綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的構建

李晟，蔣維，任杰，呂東

（1.華北電力大學，北京102206；2.中國水利電力物資有限公司風電部，北京100045）

中國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展引人矚目：21世紀初才只有幾個示范項目，短短幾年過后，中國市場已發(fā)展成了世界最大的風電市場。2010年中國（不包括臺灣地區(qū)）新增安裝風電機組12 904臺，裝機容量18 927.99MW，年同比增長37.1%；累計安裝風電機組34 485臺，裝機容量44 733.29 MW，年同比增長73.3%[1-3]。風電領域已成為能源投資商的熱土，從風電開發(fā)商的分布來看，更向能源投資企業(yè)，尤其是以五大電力集團為代表的中央能源投資集團企業(yè)集中。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的數(shù)據(jù)，2010年五大發(fā)電集團新增風電裝機容量2 243萬kW，占當年全國風電新增裝機容量的72%[4-6]。由于風電場分布廣、數(shù)量多，單個風電場同時存在若干個危險源，項目運行人員少、信息傳遞及時性要求高，設備安全和運行監(jiān)控要求遠高于一般場站，國內(nèi)一些風電場綜合利用視頻監(jiān)控技術和綜合自動化技術，已建立起現(xiàn)場實時監(jiān)控診斷系統(tǒng)，較好地解決了運行人員不足，勞動強度大的問題，提高了運行管理水平[7-9]。

五大電力集團基本上構建了集團公司、省級分（子）公司、基層企業(yè)三級責任主體的管控模式，目前迅猛增長、分布極廣的風電場對集團型風電企業(yè)（以下簡稱集團）的安全生產(chǎn)管理提出了新的要求。從風電場視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設的角度看，目前分散地建立單個風電場視頻監(jiān)控系統(tǒng)的模式已經(jīng)不能滿足集團安全生產(chǎn)管理的需要，為適應風電業(yè)務發(fā)展的需要，強化風電場的安全防范管理，提高各地風電場的綜合安全管理水平，強化應急指揮能力，提高集團風電的整體管理水平和效益，十分有必要在其集團系統(tǒng)內(nèi)建設統(tǒng)一的風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)建成后，集團總部監(jiān)控中心可以查閱其系統(tǒng)內(nèi)的全國各地風電場的視頻監(jiān)控資源和設備運行狀態(tài)，便于各級領導、各級業(yè)務及職能管理部門等授權用戶對監(jiān)控部位隨時進行監(jiān)督與檢查，及時發(fā)現(xiàn)設備故障情況和隱患，充分挖掘和發(fā)揮監(jiān)控設備在安全管理、內(nèi)部控制、事后監(jiān)督、應急指揮等基礎管理工作方面的作用，配合風電場生產(chǎn)系統(tǒng)的工作，提高集團風電場生產(chǎn)管理的自動化程度[10-12]。

1 需求分析

依托集團視頻承載網(wǎng)，結合各地已建成的風電場視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構和特點，以統(tǒng)一的技術標準將各地風電場視頻監(jiān)控系統(tǒng)有機的融合到一個統(tǒng)一的綜合應用平臺下，構建一個統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度的資源調(diào)度管理平臺（平臺資源獲取與控制需要示意圖見圖1），實現(xiàn)全網(wǎng)視頻信息資源的高度共享。視頻管理需求、兼容接入需求、轉(zhuǎn)發(fā)管理需求、存儲管理需求、視頻設備管理需求、權限管理需求、生產(chǎn)設備運行狀態(tài)監(jiān)視需求。

圖1 平臺資源獲取與控制需求示意圖

1）綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)采用扁平化管理模式。

2）不管是上級單位對下級單位或平級單位之間均可直接相互調(diào)用權限許可范圍內(nèi)的視頻圖像資源。

3）綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)開放的視頻圖像資源由各平臺管理部門自行定義。需要調(diào)用資源的各級部門登錄平臺后，可以直接看到自己擁有權限的所有資源，并可進行相應的操作。

綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)中各層次的主要設備的容量均應考慮有一定的冗余，可以滿足日后的擴展需求。平臺提供與視頻智能分析、GIS地理信息系統(tǒng)等相關智能應用系統(tǒng)的二次開發(fā)接口和協(xié)議，可充分擴展平臺的智能應用功能。

2 系統(tǒng)設計思路

集團風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)是一個集軟件、硬件、網(wǎng)絡于一體，可實現(xiàn)對各類視頻資源統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，對各種生產(chǎn)設備運行狀態(tài)統(tǒng)一采集和監(jiān)視，采用開放標準的綜合業(yè)務管理平臺。圖2為綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)結構示意圖。該平臺不僅用于監(jiān)控圖像管理，而且能實現(xiàn)生產(chǎn)設備運行狀態(tài)監(jiān)視、風電場工作流程視頻監(jiān)控（遙視）、GIS等深層次應用，同時還可與視頻指揮系統(tǒng)相整合，實現(xiàn)應急指揮等功能。采用風電場—省公司—集團總公司3層架構體系設計，各個風電場綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)對外聯(lián)網(wǎng)共享，對內(nèi)獨立運行，任意局部故障不影響整體運行，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，便于統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施。全網(wǎng)實現(xiàn)“統(tǒng)一互聯(lián)規(guī)范、統(tǒng)一圖像資源編號，統(tǒng)一權限體系，資源共享”，確保各個風電場節(jié)點互聯(lián)互通，實現(xiàn)真正意義上的全網(wǎng)資源共享。

風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)可以將風電場升壓站接線圖引入系統(tǒng)中，風電場用戶可以自行將攝像頭標注在接線圖中，看接線圖的時候可以直接找到攝像頭監(jiān)控點位。當風電場生產(chǎn)設備出現(xiàn)故障后，風電場綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠及時通過視頻圖像監(jiān)控和生產(chǎn)設備運行狀態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)故障設備并上報相關管理人員，通過網(wǎng)絡將故障設備的狀態(tài)顯示給設備生產(chǎn)廠家，幫助風電場及時修復故障設備，恢復生產(chǎn)。

3 系統(tǒng)詳細設計

集團風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和綜合應用平臺組成。前端系統(tǒng)是指安裝于各風電場的攝像機、報警設備、風電機組運行狀態(tài)采集設備等采集系統(tǒng)；傳輸系統(tǒng)是指將前端系統(tǒng)采集的信號傳輸至綜合應用平臺的通道；綜合應用平臺實現(xiàn)對各類信息的調(diào)閱、采集、管理、查詢、控制、共享等功能?；诩瘓F風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)建設的實際需求，綜合應用平臺采用專業(yè)網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)，分別部署在風電場監(jiān)控中心、省公司監(jiān)控中心、集團公司總部監(jiān)控中心。風電場綜合應用平臺作為第3級平臺，對內(nèi)獨立運行，對外聯(lián)網(wǎng)共享，完成所轄監(jiān)控點資源的業(yè)務管理、認證、接入、流媒體分發(fā)、存儲管理和生產(chǎn)設備運行數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲，配合風電場生產(chǎn)系統(tǒng)安全工作，實現(xiàn)與集團公司1級平臺、省公司2級平臺和其他風電場3級平臺的無縫對接。綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)拓撲示意圖見圖3。

圖2 綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)結構示意圖

圖3 綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)拓撲示意圖

省公司綜合應用平臺作為第2級平臺，完成對本省轄區(qū)范圍內(nèi)所有風電場綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)的整合，實現(xiàn)對所轄的視頻設備的調(diào)閱、管理和控制，對所轄的風電機組運行狀態(tài)的查看，對本級平臺用戶的管理，實現(xiàn)與集團公司1級平臺和其他省公司2級平臺的無縫對接。經(jīng)過授權，省公司2級平臺用戶可以調(diào)用集團公司1級平臺和其他省公司2級平臺的監(jiān)控資源。

從表2的數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看：游覽次數(shù)分布比較平均，占比最多的是2次，占35.03%。游覽時間最多的是周末和自由時間，均占比39.25%。游覽目的首要的是陪伴小朋友及家人，占比53.7%；其次是休閑放松、舒緩壓力，占比37.85%。信息獲取渠道主要通過熟人介紹、網(wǎng)絡信息、旅游宣傳冊和電視廣告，四項合計占比87.45%。

集團公司總部綜合應用平臺作為第1級平臺，完成對全國范圍內(nèi)所有風電場綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)的整合，實現(xiàn)對集團所有的視頻設備的調(diào)閱、管理和控制，對集團所有的風電機組運行狀態(tài)的查看，并可與集團其他發(fā)電系統(tǒng)相關應用平臺進行整合，實現(xiàn)各業(yè)務部門靈活調(diào)用所需的資源信息。

集團風電場綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)采用這種樹型管理結構，可實現(xiàn)分級、分層的聯(lián)網(wǎng)應用，任意局部故障不影響整體運行，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，便于統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施，全面導入集團的管理。每個風電場的綜合應用平臺都可以提供獨立的業(yè)務功能，同時又接受上一級平臺的監(jiān)督管理。這樣的規(guī)劃設計減少了系統(tǒng)的故障風險和未來的擴展風險，具有很高的可用性[13]。

專業(yè)網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)是視頻、音頻、數(shù)據(jù)和行業(yè)應用一體化的解決方案，集計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)通信、視頻處理、流媒體和自動化技術于一身，兼?zhèn)渚W(wǎng)絡視頻監(jiān)控、流媒體應用、數(shù)據(jù)采集、圖像存儲、系統(tǒng)網(wǎng)管等功能，具有大規(guī)模組網(wǎng)能力，是構建于有線網(wǎng)絡（LAN/INTERNET）和無線網(wǎng)絡（WLAN/WIMAX/3G）之上的統(tǒng)一資源管理平臺，如圖4所示。

圖4 專業(yè)網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)架構示意圖

各級綜合應用平臺均設立以下服務子系統(tǒng)：

1）中心管理服務子系統(tǒng)。中心管理服務子系統(tǒng)是監(jiān)控管理平臺的業(yè)務應用核心，采用J2EE架構設計，主要完成設備管理、用戶管理、權限認證、報警信息管理、信息查詢、業(yè)務管理、日志管理等事務性處理功能。

2）數(shù)據(jù)庫服務子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務子系統(tǒng)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，負責監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)核心運行數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的讀寫與保存，存儲的主要信息有設備信息，日志信息，用戶信息，故障信息，報警信息，平臺信息和臨時的會話信息等。

3）接入服務子系統(tǒng)。接入服務子系統(tǒng)是系統(tǒng)的中心通信樞紐，連接所有的終端設備和網(wǎng)絡設備，負責響應客戶端和設備提交的系統(tǒng)請求服務，并進行視頻分發(fā)和存儲的調(diào)度管理。

4）分發(fā)服務子系統(tǒng)。分發(fā)服務子系統(tǒng)主要是針對熱點視頻被大量用戶并發(fā)訪問時，解決帶寬瓶頸問題的，使用分發(fā)服務模塊能夠減少視頻傳輸帶寬瓶頸點的并發(fā)訪問量，節(jié)約瓶頸點的網(wǎng)絡帶寬。

5）網(wǎng)絡管理服務子系統(tǒng)。網(wǎng)絡管理服務子系統(tǒng)，將綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)相應的運行狀態(tài)信息顯示給維護管理人員，并在系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況下給出相應的告警信息，便于維護管理人員了解系統(tǒng)的運行情況，也便于對整個系統(tǒng)的運行進行配置和管理。

6）報警服務子系統(tǒng)。報警服務子系統(tǒng)通過對前端DVR/DVS進行預案設置，可以實現(xiàn)對監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)內(nèi)所有報警信號的集中采集管理，能夠遠程調(diào)用報警主機報警信息，對前端報警源、DVR/DVS視頻通道進行布防、撤防，完成系統(tǒng)級別的聯(lián)動處理，實現(xiàn)對報警信息的視頻聯(lián)動，錄像聯(lián)動等功能。

7）控制子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)。在各級監(jiān)控中心設立控制子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)，完成對監(jiān)控點位視頻圖像的實時觀看、控制，調(diào)用歷史圖像。

8）風電機組運行狀態(tài)實時采集子系統(tǒng)。風電機組運行狀態(tài)實時采集子系統(tǒng)通過PLC采集器，實現(xiàn)對風電機組的運行狀態(tài)、風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、設備溫度、功率、電壓、電流、集控室溫濕度等數(shù)據(jù)的采集、顯示和存儲，能通過圖形界面以圖形、報表、曲線等方式顯示相關數(shù)據(jù)，配合風電場生產(chǎn)系統(tǒng)的安全工作。

9）平臺互聯(lián)服務子系統(tǒng)。平臺互聯(lián)服務子系統(tǒng)負責處理設備的定位和認證鑒權，完成各級綜合應用平臺的互聯(lián)互控，實現(xiàn)各級綜合應用平臺之間的實時視頻瀏覽、歷史視頻回放、云臺控制、報警信號傳遞、設備列表共享、生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢等業(yè)務功能。

4 結語

本文從風電場視頻監(jiān)控的角度，針對以五大發(fā)電集團為代表的集團型風電企業(yè)普遍實行的三級責任主體的管控模式，提出了與其相適應的綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的構建方案。從需求分析、系統(tǒng)設計思路、系統(tǒng)的詳細設計3個方面進行了闡述，其中專業(yè)網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，要求其具有容量大，承載能力強，可靠性好，擴展性、兼容性強的特點，且能容納業(yè)已存在的若干風場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本文提出的方案對集團型風電企業(yè)的綜合聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的構建具有借鑒作用。

[1] 李俊峰,施鵬飛.中國風電發(fā)展報告2010[R].海口：海南出版社，2010.

[2] 賀韜,李衛(wèi).風力發(fā)電場監(jiān)控通訊標準IEC 61400-25及其設計思路[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(8):45-49.

[3] 余洋,陳盈今,劉立卿,等.大規(guī)模風電接入對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性影響的研究[J].電力科學與工程,2010,26(4):1-4.

[4] 王成,王志新.基于無線局域網(wǎng)的大型風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(12):75-78.

[5] 張謙,李琥,高松.風電對調(diào)峰的影響及其合理利用模式研究*[J].南方電網(wǎng)技術,2010,4(6):18-22.

[6] 譚川，劉欣然.基于滑模模糊方法的變速風電系統(tǒng)的最大風能捕捉控制器設計[J].電力科學與工程，2010，26(2):68-72.

[7] 代永強.風力發(fā)電企業(yè)視頻安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的應用[J].電力信息化,2010,8(6):61-63.

[8] 許成哲,辛業(yè)春.大規(guī)模風電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(3):74-76.

[9] 李正然.云南電網(wǎng)吸納大容量風電的若干問題[J].南方電網(wǎng)技術，2009，3(4)：80-84.

[10]章素華.構建中國數(shù)字化電廠的技術思考[J],華電技術,2008,30(7):32-36.

[11]白建華,辛頌旭,賈德香,等.中國風電開發(fā)消納及輸送相關重大問題研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,26(1):14-17.

[12]朱濤.風電接入系統(tǒng)的相關問題研究綜述[J].南方電網(wǎng)技術，2009，3(5)：58-68.

[13]楊寧,符楊.基于有線和無線設計的大型風電場通信系統(tǒng)[J].自動化儀表,2010,31(3):32-34.