國電河南區(qū)域風(fēng)電場遠(yuǎn)程集控中心建設(shè)技術(shù)方案研究

翟安定

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000）

1 概述

國電河南公司規(guī)劃風(fēng)電場5個，裝機(jī)容量為250MW，目前濟(jì)源大嶺風(fēng)電場一期工程已開工建設(shè)，裝機(jī)容量50MW，計劃2015年6月全部并網(wǎng)發(fā)電。河南風(fēng)電場地理位置分散，地處偏僻地區(qū)，地理環(huán)境比較惡劣，管理跨度廣、難度大。同時各風(fēng)電場相距較遠(yuǎn)，每個風(fēng)場均需要配置一定的工作人員進(jìn)行日常的運(yùn)行監(jiān)控，從而造成了機(jī)構(gòu)設(shè)置和人員配置的浪費(fèi)。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件應(yīng)用技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電場生產(chǎn)自動化水平的日益提高，就地少人或無人值班已具備條件，現(xiàn)場減少運(yùn)行人員，生產(chǎn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理已成為發(fā)展趨勢，通過集控中心建設(shè)，可有效提升風(fēng)力發(fā)電場綜合管理水平，實現(xiàn)“無人值班、少人值守、區(qū)域檢修”的科學(xué)管理模式，減少運(yùn)行維護(hù)成本，提升企業(yè)整體核心競爭力。

2 總體目標(biāo)

集控中心的總體應(yīng)用目標(biāo)分為三個方面：生產(chǎn)監(jiān)控、運(yùn)行監(jiān)視、生產(chǎn)管理，集中實現(xiàn)國電河南公司所有風(fēng)電場的管、監(jiān)、控一體化。集控中心建設(shè)分為場所、應(yīng)用功能、基礎(chǔ)支撐三個層面，而這些方面的統(tǒng)一規(guī)劃實施是集控中心實現(xiàn)集中管理、集中監(jiān)視、集中控制的基礎(chǔ)，新能源區(qū)域集中監(jiān)控中心的建設(shè)，將會有效的提升河南風(fēng)電整體生產(chǎn)與經(jīng)營管理水平，并降低運(yùn)行成本。

以國電集團(tuán)信息化規(guī)劃為指導(dǎo)，引入國際先進(jìn)的管理理念和信息技術(shù)，以生產(chǎn)安全管理為基礎(chǔ)，以成本效益管理為核心，打造河南風(fēng)電的整體集中管理、區(qū)域集中監(jiān)視、遠(yuǎn)程集中控制三大應(yīng)用為核心的管監(jiān)控一體化平臺，不僅為河南風(fēng)電各場站提供實時的、準(zhǔn)確的和統(tǒng)一的信息，而且結(jié)合設(shè)備的狀態(tài)檢修、發(fā)電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、風(fēng)功率預(yù)測，可大大提高風(fēng)電企業(yè)的整體管理水平，實現(xiàn)風(fēng)電場現(xiàn)場“無人值班、少人值守、區(qū)域檢修”的管理模式。

結(jié)合集團(tuán)公司“雙提升”要求，開展區(qū)域內(nèi)各風(fēng)電場生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)對比，深化對標(biāo)管理，建立風(fēng)機(jī)對標(biāo)管理長效機(jī)制，以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，做好經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理工作，實現(xiàn)設(shè)備性能明顯提升，盈利能力顯著提高，區(qū)域各風(fēng)電場的生產(chǎn)經(jīng)營集中管理，統(tǒng)籌最優(yōu)運(yùn)維模式，有效提高河南區(qū)域風(fēng)電整體效率，提高可持續(xù)盈利能力，并降低總體建設(shè)和維護(hù)成本。

3 總體建設(shè)原則

3.1 技術(shù)先進(jìn)

采用國際先進(jìn)的多層技術(shù)構(gòu)架（J2EE）、分布式控制技術(shù)（SCADA）、遠(yuǎn)程B/S結(jié)構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)集成平臺將各個軟件以及開發(fā)的模塊有機(jī)融合在一起。

3.2 管理創(chuàng)新

以提高公司的核心競爭力為出發(fā)點，統(tǒng)一規(guī)劃，有序?qū)嵤?，?chuàng)新性的實現(xiàn)國內(nèi)領(lǐng)先的區(qū)域集中經(jīng)營管理、集中生產(chǎn)運(yùn)行、集中遠(yuǎn)程控制的專業(yè)化精細(xì)化管理。

3.3 功能完善

完全能夠滿足河南風(fēng)電的相關(guān)業(yè)務(wù)要求和集團(tuán)的管理意志。

3.4 可靠性和安全性

系統(tǒng)必須具有高度的可靠性和安全性。有完善的分級授權(quán)、數(shù)據(jù)備份機(jī)制，能有效防止系統(tǒng)本身及應(yīng)用可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)安全問題，如誤操作、非法登錄、權(quán)限分配不當(dāng)?shù)?，滿足國家及行業(yè)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案的要求。

3.5 集成性好

系統(tǒng)各業(yè)務(wù)功能真正無縫的集成在一起，統(tǒng)一登錄、統(tǒng)一訪問、統(tǒng)一管理。

3.6 開放性

系統(tǒng)設(shè)計遵循開放原則，使用國際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展維護(hù)。

3.7 可擴(kuò)展和可復(fù)制性

系統(tǒng)能滿足集中部署分步應(yīng)有的要求，既能滿足現(xiàn)階段的管理需求，有能滿足將來的場站擴(kuò)展和功能擴(kuò)展的潛在需求，具有良好的可拓展性。

3.8 可操作性和易維護(hù)性

系統(tǒng)具有友好的用戶界面，方便易用，可以短時間內(nèi)熟練掌握系統(tǒng)的操作，并且系統(tǒng)管理維護(hù)方便。

3.9 經(jīng)濟(jì)實用性

系統(tǒng)能針對國電河南公司的實際情況，采用對應(yīng)的解決方案，并可以適應(yīng)不斷提升的管理水平，延長系統(tǒng)使用生命，從而實現(xiàn)最優(yōu)惠的總體擁有成本。

4 集控中心業(yè)務(wù)功能

4.1 運(yùn)行集中監(jiān)視

運(yùn)行實時監(jiān)視系統(tǒng)主要實現(xiàn)對所屬各風(fēng)電場生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、安全穩(wěn)定傳輸、處理展示，實現(xiàn)公司級、場站級、發(fā)電設(shè)備級、部件級的運(yùn)行情況實時監(jiān)視、在線分析、預(yù)測預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)存儲、運(yùn)行指標(biāo)的實時統(tǒng)計與對比等，結(jié)合天氣預(yù)報功率預(yù)測功能實現(xiàn)風(fēng)電場設(shè)備的狀態(tài)檢修，并滿足電力調(diào)度部門通過所屬各風(fēng)電場實現(xiàn)四遙（遙信、遙測、遙調(diào)和遙控）的功能。

4.2 生產(chǎn)集中管理

生產(chǎn)管理包括了經(jīng)營管理、生產(chǎn)管理、安全管理和績效評估。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)借鑒國際國內(nèi)的先進(jìn)管理思想和實踐，以先進(jìn)的信息技術(shù)為依托，首先貫徹科學(xué)規(guī)范的管理要求，職責(zé)清晰、分工合理、業(yè)務(wù)流程優(yōu)化高效、信息流轉(zhuǎn)實時準(zhǔn)確、戰(zhàn)略清晰績效顯著，達(dá)到專業(yè)化的管理水平。在財務(wù)成本控制、項目建設(shè)投資、備品備件采購、設(shè)備檢修等各重點領(lǐng)域把好關(guān)，在實時的數(shù)據(jù)量化分析基礎(chǔ)上，動態(tài)決策，逐步達(dá)到精細(xì)化的管理水平。

4.3 設(shè)備集中控制

新能源控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電的生產(chǎn)自動化程度的提高，使風(fēng)電場設(shè)備均可以實現(xiàn)可靠的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

河南風(fēng)電集控中心租用電力調(diào)度的通信線路光纖或運(yùn)營商的數(shù)據(jù)專線，在保證通信鏈路的安全可靠基礎(chǔ)上，參照集控中心準(zhǔn)確實時的監(jiān)視數(shù)據(jù)，依據(jù)指令可對所有場站的風(fēng)機(jī)、電氣設(shè)備、無功補(bǔ)償、能量管理、風(fēng)功率預(yù)測、視頻監(jiān)控、五防、箱變等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制和調(diào)節(jié)。

通過集控中心的SCADA監(jiān)控平臺，集成各場站的PC、PLC等控制系統(tǒng)，操作人接到相關(guān)指令后，以報文的形式發(fā)送控制指令給各設(shè)備的控制系統(tǒng)，并經(jīng)過五防、設(shè)備中控系統(tǒng)的安全邏輯校驗后，實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和調(diào)節(jié)。

4.4 遠(yuǎn)程控制對象

4.4.1 風(fēng)機(jī)控制內(nèi)容包括：風(fēng)機(jī)的啟動、停止、復(fù)位、維護(hù)、取消維護(hù)、轉(zhuǎn)速限值或有功控制、功率因數(shù)或者無功控制等。

4.4.2 能量管理平臺控制內(nèi)容包括：能量管理平臺系統(tǒng)的投入、遠(yuǎn)方/就地的模式切換等。

4.4.3 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置：監(jiān)視內(nèi)容包括：該設(shè)備的指令接受值、運(yùn)行狀態(tài)燈；控制內(nèi)容包括：該設(shè)備的故障復(fù)位、充電就緒、遠(yuǎn)方/就地模式切換等。

4.4.4 綜合自動化系統(tǒng)：綜合自動化系統(tǒng)就是將變電站的二次設(shè)備（包括儀表，信號系統(tǒng)，繼電保護(hù)，自動裝置和遠(yuǎn)動裝置）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)和通信設(shè)備及信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，自動控制和微機(jī)保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控必須能夠?qū)崿F(xiàn)對其的監(jiān)視和控制，監(jiān)視內(nèi)容包括：所有有用的遙信、遙測；控制內(nèi)容包括：35kV開關(guān)、110系統(tǒng)開關(guān)和刀閘、主變中性點的接地刀閘、低壓開關(guān)、直流系統(tǒng)。

4.4.5 風(fēng)功率預(yù)測：該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)預(yù)測風(fēng)電場的風(fēng)能情況并上傳給調(diào)度，調(diào)度系統(tǒng)會根據(jù)此安排發(fā)電計劃。遠(yuǎn)程監(jiān)控需要監(jiān)視：該系統(tǒng)是否正常運(yùn)行、與調(diào)度上傳數(shù)據(jù)通道是否正常等。

4.4.6 故障錄波器：故障錄波器用于在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動地、準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平均有著重要作用，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將故障錄波記錄的數(shù)據(jù)實時傳送到集控中心。

4.5 視頻集中監(jiān)控

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控主要包括視頻集中監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)視頻會議、3G/4G移動視頻、安全應(yīng)急指揮。

安全應(yīng)急指揮包括安全風(fēng)險識別、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急演練、應(yīng)急通信、聯(lián)動指揮等，旨在出現(xiàn)安全事件事故后能及時準(zhǔn)確獲取信息，及時的作出正確決策，把損失降低到最低限度。集團(tuán)現(xiàn)正籌劃應(yīng)急指揮中心建設(shè)，河南風(fēng)電集控中心本期預(yù)留擴(kuò)展余地和擴(kuò)展接口。

視頻集中監(jiān)控是在集控中心建設(shè)統(tǒng)一的基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，把所屬的所有單位的視頻監(jiān)控點有序集成起來，并分級授權(quán)管理，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程察看、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程調(diào)用。

IP網(wǎng)絡(luò)視頻會議是為了集控中心與各場站、場站之間進(jìn)行有效的溝通而建，方便而廉價。

移動視頻主要是為設(shè)備檢修的故障遠(yuǎn)程診斷、維修遠(yuǎn)程指導(dǎo)、應(yīng)急指揮而建，其特點是方便、靈活，作為對固定視頻監(jiān)控的功能完善補(bǔ)充。

4.6 行政綜合管理

行政綜合管理系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容是上述業(yè)務(wù)系統(tǒng)未能覆蓋的功能，包括企業(yè)內(nèi)部門戶系統(tǒng)、自動化辦公系統(tǒng)和郵件系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)。作為企業(yè)應(yīng)用的重要組成部分，行政綜合管理系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)溝通的便捷、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)的高效、系統(tǒng)的直觀易用。

5 建設(shè)方案

5.1 方案1

該方案在風(fēng)電場已有升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將各個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通過光纖延伸至集控中心，在集控中心配置各個監(jiān)控系統(tǒng)的工作站，實現(xiàn)對風(fēng)電場的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用星型。通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，應(yīng)用層通信規(guī)約嚴(yán)格等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60870-5-103規(guī)約和IEC60870-5-104規(guī)約。

該方案主要優(yōu)點有：在風(fēng)電場升壓站和集控中心各配置一套光纖網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，配置較簡單，新增屏柜數(shù)量較少，工程量較少，將各個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通過光纖延伸至集控中心，相當(dāng)于將風(fēng)電場升壓站控制室空間上移至集控中心，建設(shè)成本較少；

該方案主要劣勢有：各個監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)或服務(wù)器均布置在風(fēng)電場升壓站，運(yùn)行維護(hù)較不便，可擴(kuò)展性、兼容性較弱，監(jiān)控軟件功能較單一；該方案適用于單個風(fēng)電場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，不利于區(qū)域風(fēng)電場的發(fā)展。

系統(tǒng)配置圖如圖1所示。

5.2 方案2

借助先進(jìn)的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立統(tǒng)一的規(guī)范化的軟、硬件架構(gòu)平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。建立一個規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化的信息資源共享資源，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)分類、統(tǒng)計規(guī)則、標(biāo)簽命名等的標(biāo)準(zhǔn)化。將各類廠家設(shè)備級SCADA等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)范，并以統(tǒng)一的監(jiān)控界面顯示出來。

該方案采用分層分布的體系結(jié)構(gòu)，整個自動化系統(tǒng)分為廠站監(jiān)控層和集中監(jiān)控層。

圖1

圖2

廠站監(jiān)控層設(shè)在風(fēng)電場升壓站內(nèi)，對全場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，在風(fēng)電場升壓站配置通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，用來采集風(fēng)電場內(nèi)所有設(shè)備的信息，包括風(fēng)機(jī)、升壓站電氣設(shè)備、電能計量系統(tǒng)、功率預(yù)測系統(tǒng)等，并執(zhí)行集控中心對風(fēng)電場設(shè)備的控制指令，以實現(xiàn)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)全部風(fēng)電場運(yùn)行的監(jiān)視、控制、管理、統(tǒng)計、分析等功能。

集中監(jiān)控層設(shè)立在集控中心，負(fù)責(zé)對風(fēng)電場進(jìn)行集中監(jiān)控、管理，運(yùn)行人員在集控中心可實現(xiàn)對接入的風(fēng)電場（并具備進(jìn)一步擴(kuò)容的能力）的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制，優(yōu)化調(diào)控，并負(fù)責(zé)所有風(fēng)電場的設(shè)備管理、運(yùn)營優(yōu)化、安排檢修和維護(hù)工作，對于異常情況通過遠(yuǎn)程操作進(jìn)行控制，進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行，使發(fā)電效率最大化。

集控中心總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)兩大區(qū)域，之間采用隔離設(shè)備物理隔離。生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)配置兩臺互備的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過數(shù)據(jù)專線或光纖專線連接到各發(fā)電場站，兩端配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、接口通信設(shè)備；生產(chǎn)管理區(qū)配置兩臺互備的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)VPN通道連接到各發(fā)電場站，兩端配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。

集中監(jiān)控層擬通過專用光纖網(wǎng)絡(luò)或租用2×2m通道等方式實現(xiàn)雙通信通道，與風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，采集風(fēng)電場現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)信息進(jìn)行集中監(jiān)測，并對主要的電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方控制。

集控中心基礎(chǔ)支撐平臺主要包括服務(wù)器存儲系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信及值班系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安防報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控及視頻會議系統(tǒng)，物理場所主要有集控中心、集控機(jī)房、值班休息室、會商室、辦公室。

此外集中監(jiān)控層留有與上級集控中心和上級管理部門的通信接口，在需要時可通過該系統(tǒng)向上級集控中心和上級管理部門傳送信息。

系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

該方案主要優(yōu)點是：采用分層分布式結(jié)構(gòu)體系，可擴(kuò)展性、兼容性較強(qiáng)，監(jiān)控軟件較豐富，適用于多個風(fēng)電場進(jìn)行集中監(jiān)控，能方便地擴(kuò)充新增接入風(fēng)電場，具有工程擴(kuò)展能力和方便的工程維護(hù)管理工具，可以隨時增加、修改任何廠站實時與非實時信息，并具有與第三方系統(tǒng)互聯(lián)互通的能力，保證系統(tǒng)的開放性，減少重復(fù)性投資；風(fēng)電場數(shù)據(jù)保存在集控端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，方便集控人員調(diào)用；

該方案主要劣勢是：在廠站端配置通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，在集控端配置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，配置較復(fù)雜，新增屏柜較多，工程量較大，建設(shè)成本較高。

5.3 方案比選

方案1投資較少，但技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，可擴(kuò)展性差，只能接入單個風(fēng)電場；

方案2技術(shù)先進(jìn)，雖然投資較大，但可保證后續(xù)風(fēng)電場的順利接入，且隨著集控中心的投入，運(yùn)行人員大為減少，以5個風(fēng)電場計算，每個風(fēng)電場可減少人員8人，共計40人，以人員工資5萬元/年計算，每年可節(jié)約工資總額200萬元。目前國電河南區(qū)域已開工一個風(fēng)電場，另外有3個正開展項目前期工作，預(yù)計2015年底開工建設(shè)，當(dāng)后續(xù)風(fēng)場投運(yùn)后，即可實現(xiàn)方案2的全部功能，可有效節(jié)風(fēng)場運(yùn)營維護(hù)成本。

結(jié)論

本論文對國電河南區(qū)域集控中心建設(shè)的目標(biāo)、意義、功能及架構(gòu)進(jìn)行了論述，對兩個建設(shè)技術(shù)方案存在的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比，結(jié)合風(fēng)電場管理模式的發(fā)展趨勢，同時為適應(yīng)國電河南公司未來風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，方便后續(xù)風(fēng)電場的順利接入，建議采用第二方案，該方案可實現(xiàn)對區(qū)域風(fēng)電場“無人值班、少人值守、區(qū)域檢修”的管理模式，減少運(yùn)行維護(hù)成本，提升企業(yè)整體核心競爭力，同時可實現(xiàn)將現(xiàn)有風(fēng)場數(shù)據(jù)向集團(tuán)公司風(fēng)電集控中心的實時傳送。

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