風(fēng)電場遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜鑫，許偉，吳勇才

(湖南大唐先一科技有限公司，湖南長沙 410007）

風(fēng)電場遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜鑫，許偉，吳勇才

(湖南大唐先一科技有限公司，湖南長沙 410007）

采用遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，通過對(duì)各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理的各項(xiàng)功能要求，使得管理機(jī)構(gòu)能及時(shí)方便地在不同地點(diǎn)了解所屬風(fēng)電場的運(yùn)行情況和發(fā)電狀況，從而突破區(qū)域和距離的限制，保證風(fēng)電場安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)控與管理，提高運(yùn)行管理水平。

風(fēng)力發(fā)電;風(fēng)電場;遠(yuǎn)程監(jiān)控

2011年中國全年新增風(fēng)電裝機(jī)容量 17.63 GW，全國累計(jì)裝機(jī)容量62.36 GW，繼續(xù)保持全球風(fēng)電裝機(jī)容量第1的地位。2012年國內(nèi)風(fēng)電市場發(fā)展將延續(xù)2011年的發(fā)展趨勢，新增裝機(jī)將維持在15～18 GW。到2015年，風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到100 GW。分布式風(fēng)電的比重會(huì)進(jìn)一步提高，但仍然以規(guī)模化開發(fā)和陸上風(fēng)電開發(fā)為主，分布式的比例最高可達(dá)到 30%〔1〕。

隨著各發(fā)電集團(tuán)在風(fēng)電的不斷投入和現(xiàn)有風(fēng)場的擴(kuò)建，風(fēng)場的數(shù)量和風(fēng)場裝機(jī)容量迅速增長，但存在不同廠家風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)相互獨(dú)立、分散監(jiān)控等而生產(chǎn)數(shù)據(jù)分散、形成信息孤島、人員利用率有待提高、風(fēng)電生產(chǎn)信息難以及時(shí)匯總和上報(bào)等急需解決和完善的問題。

基于此，提出在區(qū)域建立遠(yuǎn)程集控中心，建立統(tǒng)一監(jiān)控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)風(fēng)場的集中化管理。通過此平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)場“無人值班、少人值守、區(qū)域管理”的集中監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制管理模式，以規(guī)范所屬風(fēng)場業(yè)務(wù)處理流程，提高人員利用率、提升管理效率和綜合競爭能力，減少運(yùn)行維護(hù)成本，逐步建立一套科學(xué)完整的運(yùn)營管理體系。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

1)監(jiān)視控制遠(yuǎn)程集中化。采用“物理集中、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、流程規(guī)范、管理高效”的方式建設(shè)本系統(tǒng)，以風(fēng)電公司的區(qū)域?yàn)橹行模瑢⒂布?、軟件、?shù)據(jù)、業(yè)務(wù)等集中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)視與控制。

2)控制規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化。通過設(shè)置崗位、流程、制度等相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)控制指令，下發(fā)業(yè)務(wù)辦理流程的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，自動(dòng)記錄流轉(zhuǎn)軌跡，達(dá)到可追溯、可跟蹤、可考核的目標(biāo)。

3)預(yù)警提醒人性化。建立控制節(jié)點(diǎn)等預(yù)警機(jī)制，以綠燈、黃燈、紅燈等標(biāo)識(shí)直觀展現(xiàn)，并以郵件、辦公助手、手機(jī)短信等多種手段在不同時(shí)限向本人、直接領(lǐng)導(dǎo)、上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行自動(dòng)提醒和預(yù)警。

4)監(jiān)控事項(xiàng)標(biāo)識(shí)化。利用色彩對(duì)視覺的沖擊，對(duì)不同事項(xiàng)進(jìn)行相應(yīng)的色標(biāo)定義，達(dá)到直觀效果。

5)數(shù)據(jù)交換自動(dòng)化與通訊規(guī)程多樣化。通過數(shù)據(jù)通訊底層轉(zhuǎn)換機(jī)制，靈活配置通訊規(guī)程，針對(duì)不同風(fēng)機(jī)廠商不同控制系統(tǒng)的通訊規(guī)程要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活擴(kuò)展。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

風(fēng)電遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)、變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及其他輔助性功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)包括風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控子系統(tǒng)、變電站監(jiān)控子系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表子系統(tǒng)幾大核心子系統(tǒng)以及WEB發(fā)布系統(tǒng)，并向生產(chǎn)信息系統(tǒng)以及其他外部應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù);系統(tǒng)應(yīng)用層是區(qū)域調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，所有數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、分析都在數(shù)據(jù)采集/控制傳輸平臺(tái)中完成。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)從位于各風(fēng)場風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)、變壓站控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過傳輸通道上傳到主站數(shù)據(jù)平臺(tái)。

機(jī)組控制子系統(tǒng)接收風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控子系統(tǒng)、變電站監(jiān)控子系統(tǒng)的控制指令，將指令轉(zhuǎn)換為原有控制系統(tǒng)的指令格式，對(duì)風(fēng)機(jī)、變壓站等設(shè)備進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)電場實(shí)時(shí)監(jiān)視

風(fēng)場信息監(jiān)視是對(duì)風(fēng)電場總體生產(chǎn)運(yùn)行、報(bào)警信息進(jìn)行監(jiān)控管理，包括風(fēng)場地理信息圖、風(fēng)機(jī)列表信息、主要運(yùn)行參數(shù)信息、風(fēng)機(jī)指標(biāo)對(duì)比及風(fēng)場玫瑰圖展示。

2.2 風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控

1)風(fēng)機(jī)監(jiān)視。風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視是對(duì)各臺(tái)風(fēng)機(jī)按不同分組進(jìn)行詳細(xì)的信息展示，以圖形化的部件或電路圖進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。頁面數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)刷新，刷新周期為秒級(jí)。同時(shí)，可以查看指標(biāo)的歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化趨勢。包括:風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視、風(fēng)機(jī)主要聯(lián)機(jī)參數(shù)展示、風(fēng)機(jī)主要狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測、趨勢分析、風(fēng)機(jī)運(yùn)行日志管理、運(yùn)行報(bào)警等功能。

2)風(fēng)機(jī)控制。風(fēng)機(jī)控制部分通過遠(yuǎn)程集控中心操作站對(duì)所屬風(fēng)場風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，包括單臺(tái)風(fēng)機(jī)控制和多臺(tái)風(fēng)機(jī)控制。具體功能如下:

①單臺(tái)風(fēng)機(jī)控制主要包括風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、風(fēng)機(jī)功率調(diào)整等操作。

②多臺(tái)風(fēng)機(jī)控制主要包括對(duì)多臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率總限制值進(jìn)行控制。運(yùn)行人員通過獲取電網(wǎng)的負(fù)荷指令，對(duì)此負(fù)擔(dān)此負(fù)荷風(fēng)機(jī)設(shè)置總的負(fù)荷指令。

③為保證風(fēng)機(jī)發(fā)電的正常運(yùn)作，采用操作權(quán)限切換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)控制權(quán)限的轉(zhuǎn)換。調(diào)度中心與現(xiàn)場權(quán)控制權(quán)的優(yōu)先順序是:就地優(yōu)于風(fēng)場子站，風(fēng)場子站優(yōu)于區(qū)域調(diào)度中心〔2〕。

④一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)操作。進(jìn)行控制操作時(shí)，必須對(duì)操作人員進(jìn)行控制權(quán)限和口令確認(rèn)驗(yàn)證，雙席操作時(shí)，還需對(duì)監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行口令確認(rèn)驗(yàn)證。操作時(shí)按選點(diǎn)、校驗(yàn)、執(zhí)行3個(gè)步驟進(jìn)行。操作的起始和結(jié)束通過畫面和信息窗口提供相應(yīng)提示。

2.3 變電站監(jiān)控系統(tǒng)

1)變電站集中監(jiān)視。變電站集中監(jiān)視對(duì)通過一臺(tái)操作站對(duì)所接入的風(fēng)場進(jìn)行集中監(jiān)視，主要監(jiān)視的方面包括實(shí)時(shí)監(jiān)視、運(yùn)行告警、事故追憶和在線統(tǒng)計(jì)功能等。

①實(shí)時(shí)監(jiān)視。通過展示變電站一次系統(tǒng)的接線圖，實(shí)時(shí)監(jiān)視各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和有關(guān)的實(shí)時(shí)參數(shù)值，包括監(jiān)測變電站相關(guān)設(shè)備的電力參數(shù)、其他測量裝置的數(shù)據(jù)。

②運(yùn)行告警。告警處理分2種方式:事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限復(fù)限、監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。可對(duì)隨時(shí)出現(xiàn)的故障進(jìn)行聲光、語音報(bào)警。

③事故追憶。當(dāng)變電站一次設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，將引起繼電保護(hù)動(dòng)作、斷路器跳閘，事件順序記錄功能應(yīng)將事件過程中各設(shè)備動(dòng)作順序，帶時(shí)標(biāo)記錄、存儲(chǔ)、顯示、打印，生成事件記錄報(bào)告，供查詢。系統(tǒng)保存不少于3年的事件順序記錄條文。事件記錄分辨率≤2 ms。

④在線統(tǒng)計(jì)。利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算引擎，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)從各個(gè)角度進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)主要數(shù)據(jù)計(jì)算最大值、最小值、平均值、累計(jì)值;對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢統(tǒng)計(jì)分析等，利用圖形平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行各種形式的、動(dòng)態(tài)的展示〔3〕。

2)變電站控制。通過集控站方式來控制。監(jiān)控中心、變電站均可進(jìn)行模擬預(yù)演，檢驗(yàn)操作票，并輸出正確的操作程序給監(jiān)控系統(tǒng)和電腦鑰匙，然后逐項(xiàng)進(jìn)行強(qiáng)制閉鎖操作。操作完畢后，可在任意子站或主站回傳操作信息，刷新主接線設(shè)備狀態(tài)。

①一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)操作。進(jìn)行控制操作時(shí)，必須對(duì)操作人員進(jìn)行控制權(quán)限和口令確認(rèn)驗(yàn)證;雙席操作時(shí)，還需對(duì)監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行口令確認(rèn)驗(yàn)證。若系統(tǒng)設(shè)置控制設(shè)備號(hào)校驗(yàn)要求時(shí)，還需對(duì)用戶輸入開關(guān)設(shè)備號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)。應(yīng)具備選點(diǎn)超時(shí)自動(dòng)撤銷功能。

②監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)限在區(qū)域調(diào)度中心、風(fēng)場子站及就地三級(jí)中均能實(shí)現(xiàn)以上要求的控制功能?？刂茩?quán)的優(yōu)先順序是:就地優(yōu)于風(fēng)場子站，風(fēng)場子站優(yōu)于區(qū)域調(diào)度中心。

③程序化控制可以完成一次設(shè)備由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用或由冷備用轉(zhuǎn)運(yùn)行的操作，包括相應(yīng)二次設(shè)備狀態(tài)的調(diào)整等。提供友好的程序化操作界面，顯示操作內(nèi)容、步驟及操作過程等信息，支持開始、終止、暫停、繼續(xù)等進(jìn)度控制，并提供操作的全過程記錄?？刂茍?zhí)行過程中檢查防誤邏輯，保證各類程序化操作通過五防校驗(yàn)，對(duì)一次設(shè)備的操作加入對(duì)控制操作后的驗(yàn)證。監(jiān)控后臺(tái)分在線執(zhí)行和模擬執(zhí)行2種方式，可以在在線執(zhí)行前進(jìn)行模擬執(zhí)行，以檢測順控是否可以執(zhí)行完畢。以圖形方式組態(tài)顯示和操作，執(zhí)行后的流程回放，便于事后分析事故處理的歷史記錄及控制失敗的詳細(xì)原因。支持單步執(zhí)行方式，對(duì)流程可以進(jìn)行加鎖、解鎖。

3)五防系統(tǒng)。為保證變電站操作的安全進(jìn)行，所有在變電站的控制操作，需要在五防系統(tǒng)上進(jìn)行預(yù)演，模擬變電站操作的全部過程，并將操作步驟以及操作結(jié)果顯示出來，完成整個(gè)預(yù)演過程，以防止用戶進(jìn)行誤操作。

2.4 告警系統(tǒng)

告警管理主要是對(duì)各風(fēng)場風(fēng)機(jī)的狀態(tài)變化、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的告警信息、變電站告警信息和用戶自定義的告警指標(biāo)通過實(shí)時(shí)計(jì)算形成的告警信息進(jìn)行綜合管理的平臺(tái)。系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)生的告警信息歸類、分級(jí)別和重要程度進(jìn)行信息的及時(shí)展示和提示〔4〕。

2.5 報(bào)表管理系統(tǒng)

統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表為用戶對(duì)數(shù)據(jù)的分析、利用和處理提供了統(tǒng)一的解決方案，它能自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)表，減少繁重的手工統(tǒng)計(jì)過程，并能通過分析報(bào)表有效指導(dǎo)用戶進(jìn)行同類問題分析，主要包括:生產(chǎn)綜合報(bào)表、產(chǎn)能分析報(bào)表、常用標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)表、自定義查詢報(bào)表等。

2.6 趨勢對(duì)比系統(tǒng)

功能強(qiáng)大且統(tǒng)一的數(shù)據(jù)趨勢查看對(duì)比子系統(tǒng)，可以對(duì)風(fēng)機(jī)各類指標(biāo)的歷史值、實(shí)時(shí)值和統(tǒng)計(jì)值(日、周、月、年)的趨勢進(jìn)行查看和曲線對(duì)比功能，可以自選查詢周期，查詢結(jié)果可以導(dǎo)出。

2.7 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視是對(duì)風(fēng)場變電站、風(fēng)機(jī)的主要部件采用攝像頭進(jìn)行視頻監(jiān)測，供遠(yuǎn)程用戶進(jìn)行訪問和控制。管理人員可以在遠(yuǎn)程對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，及時(shí)了解各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境。逐步實(shí)現(xiàn)無人值班及少人值守的目的。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)可突破區(qū)域和距離的限制，使風(fēng)電管理人員、技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)、全面地掌控遠(yuǎn)在百里之外的風(fēng)電場生產(chǎn)運(yùn)行情況，從而進(jìn)行整體、有效的風(fēng)電場安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)控與生產(chǎn)管理，提高了生產(chǎn)管理水平〔4〕。

〔1〕李俊峰.2012中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告〔M〕.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012:1-25.

〔2〕段斌，林媛源，黃凌翔.風(fēng)電場監(jiān)控通信安全解決方案〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)化2009，33(12):101-105.

〔3〕閆磊.風(fēng)電遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用〔J〕.華東科技:學(xué)術(shù)版.2012，11:24-25.

〔4〕楊文華.風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢綜述〔J〕.寧夏電力.2011(4):51-56.

Design and realization of wind farm remote centralized monitoring system

JIANG Xin，XU Wei，WU Yong-cai
(Hunan Datang Xianyi Technology CO.，LTD，Changsha 410007，China)

The remote centralized monitoring system management of the functional requirements is realized through the various surveillance systems integration，so operation and power generation status of wind farms can be grasped timely and conveniently in different locations.Thus breaking regional and distance constraints ensures wind farms safe，reliable and economic operation and monitoring，and improves operation and management level.

wind power generation;wind farms;remote monitoring

TM614;TM76

B

1008-0198(2014)02-0053-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.017

2013-06-18