數(shù)字化風(fēng)電場的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要 智能管理的數(shù)字化風(fēng)電場的運行模式，憑借高度集成的一體化信息系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實現(xiàn)了所有的風(fēng)力發(fā)電環(huán)節(jié)的運作，快速響應(yīng)市場和企業(yè)業(yè)務(wù)需求，具有智能化的通信架構(gòu)，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，通過對企業(yè)物理和工作對象的全生命周期量化、分析、控制和決策，提高了風(fēng)電企業(yè)價值。本文根據(jù)筆者多年的實踐工作經(jīng)驗，就數(shù)字化風(fēng)電場系統(tǒng)及其發(fā)展前景進行了詳細分析，對相關(guān)從業(yè)人員具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化；風(fēng)電場；風(fēng)機；遠程監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號 TM614 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)062-0206-02

風(fēng)電作為一種溫室氣體零排放的替代能源技術(shù)，被廣泛認為可能在未來取代傳統(tǒng)的化石燃料，成為新增發(fā)電量的主力軍。目前，我國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速，風(fēng)電裝機容量已經(jīng)超過千萬千瓦，是亞洲第一，世界第四的風(fēng)電大國。隨著我國風(fēng)電基地的發(fā)電規(guī)模不斷擴大，國內(nèi)各大公司紛紛進軍風(fēng)電領(lǐng)域，生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的廠家逐漸增多，尤其是在大型的風(fēng)電基地，風(fēng)電場數(shù)字一體化的遠程監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和風(fēng)電場值班檢修管理系統(tǒng)等對風(fēng)機的正常、穩(wěn)定、安全和可靠運行起著越來越重要的作用。

數(shù)字一體化風(fēng)電場的使用，是綜合多種監(jiān)控及管理平臺，實現(xiàn)了風(fēng)電場數(shù)字化監(jiān)控與運行，優(yōu)化了風(fēng)機出力，提高了利用小時數(shù)，提升了運行管理水平。同時，系統(tǒng)遵循IEC61400-25和IEC61850國際標準，實現(xiàn)風(fēng)機監(jiān)控、升壓站監(jiān)控、箱變監(jiān)控一體化融合，包括AGC和AVC等功能，使風(fēng)電場的控制與數(shù)字化水平得到顯著提高。風(fēng)電場系統(tǒng)運行將更穩(wěn)定，信息傳輸將更精確，并將大大減少人力成本，提高自動化水平和經(jīng)濟效益。

1 智能數(shù)字化風(fēng)電場系統(tǒng)

1.1 風(fēng)電機組遠程監(jiān)視系統(tǒng)

風(fēng)電機組遠程監(jiān)視系統(tǒng)主要對分布在不同地區(qū)風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)備運行情況及生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)控，使用戶能夠隨時隨地及時準確地了解風(fēng)電場的生產(chǎn)運行狀況，并對生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、實時數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計分析，為風(fēng)電場科學(xué)化管理提供有力支撐。

系統(tǒng)按照《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》，將風(fēng)電機組遠程監(jiān)視系統(tǒng)部署在管理信息大區(qū)。圖1為風(fēng)電機組遠程監(jiān)視系統(tǒng)部署的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。圖中分為兩個大區(qū)：生產(chǎn)控制區(qū)和管理信息區(qū)。風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)處于管理信息區(qū)中，生產(chǎn)控制大區(qū)通過隔離裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送至管理信息區(qū)的應(yīng)用服務(wù)器，其中生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息區(qū)之間設(shè)置電力專用橫向單向安全隔離裝置，從而保證了生產(chǎn)控制的安全性。

整個風(fēng)電場一體化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建主要基于MOSAIC SCADA、MOX系列控制器以及MEFASIS生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)。MOX對各風(fēng)電機組進行本地控制的同時，將猜忌到的各參數(shù)通過光纜、工業(yè)以太網(wǎng)橋、GPRS/CDMA或者數(shù)傳電臺等各種通訊實現(xiàn)與風(fēng)電全場作業(yè)區(qū)監(jiān)控中心的MOSAIC SCADA系統(tǒng)進行通訊，并接受MOSAIC SCADA系統(tǒng)下達的對現(xiàn)場設(shè)備的遠程控制命令。

1.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集服務(wù)的配置要分三部分，依次為：基礎(chǔ)信息配置、協(xié)議參數(shù)配置、采集設(shè)備配置。此系統(tǒng)支持MODBUS、OPC等主流協(xié)議，可滿足風(fēng)機實時數(shù)據(jù)及電量數(shù)據(jù)采集的要求。同時，輸出方式靈活，采集的實時數(shù)據(jù)既可輸出到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也可以以文件等方式輸出到磁盤目錄，具有可視化參照配置、部署方便和調(diào)試簡單等優(yōu)點。圖2為數(shù)據(jù)采集軟件結(jié)構(gòu)圖。

1.3 風(fēng)電場值班檢修管理軟件

風(fēng)電場值班檢修管理軟件能實現(xiàn)風(fēng)電場值班管理、巡視管理、運行記錄填寫、鑰匙管理、檢修管理、兩票管理，使風(fēng)電場日常值班檢修過程實現(xiàn)電子化、標準化、流程化和規(guī)范化。其軟件的主要功能有如下幾點：

1）值班管理。值班管理是將當班的重要事件、當班記事、出勤人員、潛在隱患、調(diào)度指令、缺陷信息、鑰匙借用、工器具發(fā)放歸還、班前班后會議這幾個方面的信息清楚地記錄下來，方便下一班組人員全面了解上一班組的情況，也方便領(lǐng)導(dǎo)及時掌握現(xiàn)場一線發(fā)生的實際情況。

2）運行記錄管理。運行記錄填寫主要包括：運行分析記錄、技術(shù)問答記錄、繼電保護記錄、操作命令記錄、調(diào)度停機記錄、避雷器放電記錄、防小動物措施記錄、設(shè)備檢修記錄、一次設(shè)備檢修驗收、設(shè)備故障/變電站事故、斷路器跳閘記錄、絕緣測試記錄、設(shè)備測溫記錄、解鎖鑰匙使用、電氣設(shè)備試驗、蓄電池單體電壓月測試記錄、集電線路接地電阻測量記錄、風(fēng)機接地電阻測試記錄、關(guān)口表記錄。

3）檢修管理。以檢修工單為基礎(chǔ)，對風(fēng)機發(fā)生故障（缺陷）進行流程化全過程記錄管理，記錄了風(fēng)機或線路編號、故障代碼、故障/異常描述、值班人員、通知人、收單人、投運時間、是否停機、檢修人員、許可開始時間、停機時長、現(xiàn)場故障現(xiàn)象、檢修工作記錄、清點/檢查是否損傷、被通知人等基礎(chǔ)信息，同時記錄更換備件的詳細信息。

2 數(shù)字化風(fēng)電場的發(fā)展

中國風(fēng)電發(fā)展剛剛起步之時，國家以“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的思路發(fā)展中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，由于大基地和電力負荷中心不在同一個地方，需要電網(wǎng)實現(xiàn)“大規(guī)模、高集中、高電壓、遠距離輸送”。

目前，隨著風(fēng)電建設(shè)的超前性，國家短期無法建立智能化的交流電特高壓電網(wǎng)解決風(fēng)電消納和并網(wǎng)安全難題，于是“棄風(fēng)”現(xiàn)象就難以避免了。為此，《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》對風(fēng)電有功功率及其控制、無功功率標準及其控制，低電壓穿越能力、風(fēng)電場要進行風(fēng)機檢測等等都做出了明確的要求。這為解決電網(wǎng)安全問題提供了有力的支撐。

未來幾年，風(fēng)電企業(yè)需在做好風(fēng)能資源評價、風(fēng)電場選址、設(shè)備選型等的前提下，要重視并網(wǎng)條件的論證和電力市場的研究，深化風(fēng)電場建設(shè)的可行性研究工作。也要求電網(wǎng)企業(yè)要科學(xué)安排風(fēng)電場運行，采取技術(shù)措施確保風(fēng)電特許權(quán)項目的并網(wǎng)運行和所發(fā)電量的全額收購，不得限制特許權(quán)項目和國家能源主管部門批復(fù)的示范項目的出力。通過合理安排項目建設(shè)進度，協(xié)調(diào)好風(fēng)電和電網(wǎng)建設(shè)，我國未來將重點發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，向電力負荷中心靠近。走集中與分散并重的模式，繼續(xù)建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基地，同時鼓勵在這些大基地以外分散式地因地制宜建設(shè)中小型風(fēng)電項目，利用現(xiàn)有的輸電線路。發(fā)展低風(fēng)速風(fēng)場，鼓勵分散接入電網(wǎng)。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家對風(fēng)電的重視程度越來越高。數(shù)字化風(fēng)電場將得到更廣闊的應(yīng)用和發(fā)展，為我國的經(jīng)濟建設(shè)，人民的生活、工作和學(xué)習(xí)提供重要保障。

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