風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化探討

文 | 吳光雄

風(fēng)電場(chǎng)的正常運(yùn)行離不開監(jiān)控系統(tǒng)，但是隨著系統(tǒng)運(yùn)行的要求逐年提高，早期的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今電網(wǎng)運(yùn)行的要求。

中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)正處于不斷發(fā)展和壯大中，伴隨而來的風(fēng)電場(chǎng)管理問題也日益凸顯。在風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際管理中存在如下問題：

（1）目前風(fēng)電場(chǎng)存在工作繁雜、不能保證報(bào)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、及時(shí)性等問題，管理人員不能及時(shí)了解風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況，而且對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的性能評(píng)價(jià)缺乏實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支持。

（2）風(fēng)電場(chǎng)需要向各部門上報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)（已有的監(jiān)控系統(tǒng)不能向其他部門提供所需數(shù)據(jù)），每個(gè)部門所需要的數(shù)據(jù)均為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且每個(gè)部門都需要相應(yīng)的報(bào)表，導(dǎo)致同一項(xiàng)數(shù)據(jù)需要多次人工輸入系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能共享。另外，目前報(bào)表等統(tǒng)計(jì)工作均由人工完成，耗時(shí)耗力，有時(shí)不能保證統(tǒng)計(jì)工作的準(zhǔn)確性和完整性，同時(shí)很多系統(tǒng)沒有歷史記錄，信息化程度很低，因此迫切需要一套能提供靈活豐富的報(bào)表及分析的系統(tǒng)，最大限度地從總體上掌握信息資源，進(jìn)行更深層次的信息開發(fā)，以保證設(shè)備經(jīng)常在最佳經(jīng)濟(jì)參數(shù)下運(yùn)行，獲取最高的效益。

（3）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電設(shè)備繁多，涉及系統(tǒng)各異，風(fēng)電開發(fā)技術(shù)性要求高，運(yùn)行人員需要熟悉各類系統(tǒng)才能對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整合與分析，進(jìn)一步形成各類知識(shí)庫(kù)，以指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。而以單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為單位實(shí)施風(fēng)電開發(fā)管理，人員的素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力無法滿足技術(shù)要求，導(dǎo)致人員管理成本居高不下，且容易留下安全質(zhì)量隱患。

（4）沒有具體的故障診斷系統(tǒng)，易發(fā)生錯(cuò)誤的故障診斷，且當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，工作人員趕到現(xiàn)場(chǎng)按照“兩票三制”的原則檢修風(fēng)電機(jī)組，往往會(huì)出現(xiàn)這種情況，例如，檢修人員開車進(jìn)行巡檢，爬上風(fēng)電機(jī)組后，發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，需要開具相關(guān)工作票和操作票，進(jìn)行檢修維護(hù)，此時(shí)需要下機(jī)艙，返回主控，開具票后再進(jìn)行相關(guān)工作，既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)。

（5）沒有風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，不但給工作人員帶來維護(hù)的困難，同時(shí)錯(cuò)過了大風(fēng)期的風(fēng)電機(jī)組發(fā)電。

（6）人才綜合利用能力差,有經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)電運(yùn)行、檢修以及管理人員安排在具體的某個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，這樣僅能解決一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際問題，無法發(fā)揮人力資源的最大價(jià)值，使企業(yè)整體績(jī)效水平無法提高；整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力弱,以場(chǎng)為單位實(shí)施經(jīng)營(yíng)管理，資源配置效率低，管控能力弱，風(fēng)電場(chǎng)的效益無法充分實(shí)現(xiàn)，整體利益得不到保障。

綜上所述，深入研究風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)，完成大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電運(yùn)行控制、對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響等關(guān)鍵技術(shù)已迫在眉睫，而最基礎(chǔ)的信息來自于風(fēng)電場(chǎng)，建立智能化的監(jiān)控系統(tǒng)將為風(fēng)電的有效并網(wǎng)及可靠運(yùn)行，全面建成風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括對(duì)風(fēng)力發(fā)電相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組功率預(yù)測(cè)及有功功率的實(shí)時(shí)控制，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理，風(fēng)電機(jī)組故障診斷、預(yù)警分析，為打造智能化風(fēng)電場(chǎng)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

開發(fā)一套完整的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)有助于提高風(fēng)電公司服務(wù)質(zhì)量。因此，根據(jù)太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求對(duì)其原有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化整合，研發(fā)了新的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。基本的功能包括以下幾類：

（1）系統(tǒng)整合：原有監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)來自不同廠家，因此系統(tǒng)整合將各個(gè)分散的、獨(dú)立的子系統(tǒng)整合到新的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的集中控制。

（2）自動(dòng)報(bào)表：常用報(bào)表、趨勢(shì)圖表、啟停記錄編輯功能、查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、靈活報(bào)表(實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)計(jì)報(bào)表格式和數(shù)據(jù)來源)、對(duì)標(biāo)分析報(bào)表、報(bào)表補(bǔ)充數(shù)據(jù)以及根據(jù)數(shù)據(jù)形成的分析報(bào)告等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能較多，其中最重要的是底層數(shù)據(jù)層的4個(gè)數(shù)據(jù)源(風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)、變電站數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)、人員基本信息)，每個(gè)數(shù)據(jù)源都有各自的一套業(yè)務(wù)邏輯，且相互之間存在交集，構(gòu)成復(fù)雜的管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯。

（3）移動(dòng)兩票：移動(dòng)設(shè)備上的兩票管理功能能夠通過兩票登錄、兩票處理、兩票驗(yàn)收、兩票統(tǒng)計(jì)等功能對(duì)兩票進(jìn)行登錄、審核、批準(zhǔn)、跟蹤、統(tǒng)計(jì)，方便電廠對(duì)兩票進(jìn)行有序處理。同時(shí)，兩票管理能對(duì)兩票數(shù)據(jù)按照需求進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)，企業(yè)可以根據(jù)自身工作票、操作票情況，進(jìn)行特制開發(fā)，滿足特定的需求。風(fēng)電機(jī)組維護(hù)人員去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組維護(hù)工作時(shí)，不用再返回主控開票，而是在現(xiàn)場(chǎng)利用安裝在移動(dòng)設(shè)備上的移動(dòng)兩票功能直接開票，既節(jié)省了工作人員維護(hù)時(shí)間，同時(shí)工作人員還可以利用移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)查詢網(wǎng)絡(luò)及歷史經(jīng)驗(yàn)庫(kù)或知識(shí)庫(kù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組的故障做出最正確快速的解決方案。

（4）設(shè)備臺(tái)帳：設(shè)備臺(tái)帳管理這一功能模塊主要是設(shè)備基礎(chǔ)檔案信息的維護(hù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)帳的增加、刪除、修改、查詢等，包括設(shè)備名稱、設(shè)備編碼、所屬單位、所屬班組、安裝部位、設(shè)備型號(hào)、圖號(hào)或規(guī)范、單臺(tái)數(shù)量、設(shè)備材質(zhì)、生產(chǎn)廠家、出廠日期、投運(yùn)日期、使用壽命(年)、檢修周期(月)、保修期(月)、技術(shù)規(guī)范和其它等基本信息。

圖1 總體框架圖

圖2 風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（5）故障診斷：故障診斷是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和異常情況做出判斷，并根據(jù)診斷做出判斷，為系統(tǒng)故障修復(fù)提供依據(jù)。要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，首先必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，對(duì)故障類型、故障部位及原因進(jìn)行診斷，最終給出解決方案，實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)。

（6）故障預(yù)警分析：以故障相關(guān)參數(shù)信息知識(shí)庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備特定故障相關(guān)的參數(shù)信息，建立一個(gè)設(shè)備故障偵查預(yù)警模型對(duì)符合知識(shí)庫(kù)參數(shù)值和邏輯的進(jìn)行預(yù)警。以歷史預(yù)警信息和預(yù)警效果評(píng)估為基礎(chǔ)，建立一個(gè)設(shè)備故障預(yù)警自優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)預(yù)警參數(shù)信息知識(shí)庫(kù)的優(yōu)化，從而達(dá)到預(yù)警信息準(zhǔn)確性的不斷提高。

（7）歷史經(jīng)驗(yàn)庫(kù)：是風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行、檢修、數(shù)據(jù)挖掘過程中產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)以及風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障處理的歷史經(jīng)驗(yàn)的歸宿，為工作人員進(jìn)行設(shè)備檢修、維護(hù)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并提高了工作效率；同時(shí)也將歷史數(shù)據(jù)“變廢為寶”，為生產(chǎn)運(yùn)行、檢修管理和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘、故障預(yù)警分析等提供應(yīng)用支持的來源。

本監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組、變壓站等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和整理，并存儲(chǔ)在集控中心統(tǒng)一的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的二次加工，將原有分散的、獨(dú)立的子系統(tǒng)整合到一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)上述功能。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出發(fā)電指標(biāo)差距，定量分析由于維護(hù)、電網(wǎng)限電、設(shè)備故障或天氣等多種原因造成的電量損失情況，整體查找設(shè)備故障根源和共性問題，提高風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備利用率，提升發(fā)電量。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化管理、優(yōu)化控制及從規(guī)模化檢修維護(hù)提供強(qiáng)有力的參考數(shù)據(jù)，總體架構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

針對(duì)上述系統(tǒng)的基本功能，下面給出每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)方式：

（1）系統(tǒng)整合：利用網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)子系統(tǒng)的廠家以標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議進(jìn)行開放的接口，并對(duì)其進(jìn)行破解，然后與風(fēng)電場(chǎng)的各種不同設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)建集中監(jiān)控系統(tǒng)，滿足在中心實(shí)現(xiàn)對(duì)下屬風(fēng)電場(chǎng)各類設(shè)備的遠(yuǎn)程、集控監(jiān)控。

風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，由風(fēng)電機(jī)組廠家提供，通過匯總一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)該廠家某一型號(hào)的所有風(fēng)電機(jī)組的PLC數(shù)據(jù)，形成監(jiān)控系統(tǒng)。其常見結(jié)構(gòu)如圖2所示。

風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部通訊主要通過環(huán)網(wǎng)或星形網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)分別與網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

（2）自動(dòng)報(bào)表：將各個(gè)報(bào)表整合，再進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算、統(tǒng)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)開發(fā)好一個(gè)新報(bào)表之后，經(jīng)過測(cè)試將它部署到報(bào)表服務(wù)器，最終用戶則通過瀏覽器訪問web服務(wù)器。但有報(bào)表需求時(shí)，從報(bào)表服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得報(bào)表定義，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得報(bào)表數(shù)據(jù)，生成最終顯示的報(bào)表并返回到web服務(wù)器。報(bào)表管理員則通過瀏覽器管理報(bào)表權(quán)限和設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)連接參數(shù)等，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和報(bào)表服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)也可以在同一數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。

（3）移動(dòng)兩票：在移動(dòng)設(shè)備上安裝兩票管理系統(tǒng)，使其工作流達(dá)到一個(gè)閉環(huán)，通過工作流引導(dǎo)各個(gè)功能模塊中的數(shù)據(jù)流傳遞，并展示給工作人員。保證管理決策和運(yùn)維實(shí)施業(yè)務(wù)的高效溝通聯(lián)動(dòng)。與此同時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息流、實(shí)施工況的實(shí)時(shí)檢測(cè)，保證領(lǐng)導(dǎo)決策人員及時(shí)制定檢修計(jì)劃、督查工作進(jìn)展。

（4）設(shè)備臺(tái)帳：通過打通各個(gè)系統(tǒng)之間的信息流，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生命周期內(nèi)的全方位跟蹤管理，建立系統(tǒng)化的“一設(shè)備一檔案”管理機(jī)制，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各設(shè)備部件實(shí)現(xiàn)從采購(gòu)、備檔、運(yùn)行跟蹤到報(bào)廢的細(xì)致管理。

（5）故障診斷：通過對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、提取和分析從而進(jìn)行故障診斷。其中數(shù)據(jù)包括，風(fēng)電場(chǎng)中每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的傳感點(diǎn)的參數(shù)類型、每隔2s的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障的種類，每種故障發(fā)生的次數(shù)等，數(shù)據(jù)量達(dá)到T級(jí)。通過對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析和挖掘，找出風(fēng)電機(jī)組每種故障發(fā)生與風(fēng)電機(jī)組參數(shù)的關(guān)系，建立故障相關(guān)參數(shù)信息挖掘模型，以該模型和已有的工業(yè)運(yùn)行庫(kù)為基礎(chǔ)，形成特定型號(hào)設(shè)備的故障相關(guān)參數(shù)信息知識(shí)庫(kù)，為故障診斷提供了有利的依據(jù)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，會(huì)根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的信息來判斷故障的類型、并會(huì)自動(dòng)提示處理辦法預(yù)防措施及故障征兆。

（6）預(yù)警分析：故障預(yù)警建立在故障診斷的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)周期性檢測(cè)設(shè)備相關(guān)參數(shù)（每個(gè)故障有3個(gè)－5個(gè)相關(guān)參數(shù)），計(jì)算出相關(guān)參數(shù)幅值，對(duì)比設(shè)定的參數(shù)幅值和計(jì)算的相關(guān)參數(shù)幅值大小和各參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)邏輯，若符合以上條件即推出報(bào)警信息，并歸檔。以歷史預(yù)警信息和預(yù)警效果評(píng)估為基礎(chǔ)，建立一個(gè)設(shè)備故障預(yù)警自優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)預(yù)警參數(shù)信息知識(shí)庫(kù)的優(yōu)化，從而達(dá)到預(yù)警信息準(zhǔn)確性的不斷提高。預(yù)警系統(tǒng)開放用戶參數(shù)調(diào)整接口，保證權(quán)限的用戶可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接添加系統(tǒng)的故障相關(guān)參數(shù)信息知識(shí)庫(kù)等配置信息，以保證運(yùn)行人力智庫(kù)的充分利用。

（7）歷史經(jīng)驗(yàn)庫(kù)：以業(yè)務(wù)推動(dòng)數(shù)據(jù)，預(yù)警自動(dòng)生成檢修工單、兩票系統(tǒng)按流程審批，檢修人員進(jìn)行故障排查，完善數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)束流程。一方面對(duì)生產(chǎn)一線的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的匯總，另一方面應(yīng)對(duì)知識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，如各現(xiàn)場(chǎng)的檢修經(jīng)驗(yàn)匯總、人才匯總、備品備件的匯總（后續(xù)區(qū)域檢修方案中涉及），為更好的提高公司的生產(chǎn)管理的效率、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供更為全面的數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)語(yǔ)

風(fēng)能資源是一種純粹的綠色資源，但是由于風(fēng)具有隨機(jī)性，所以風(fēng)電場(chǎng)就需要有一套完整的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。為太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)將原有的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中零散的子系統(tǒng)整合、優(yōu)化。工作人員可通過新的風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)表管理、移動(dòng)兩票管理、故障診斷、故障預(yù)警分析、設(shè)備臺(tái)賬管理、歷史經(jīng)驗(yàn)庫(kù)等。信息化的管理模式取替了紙質(zhì)工作和人工操作的管理模式，減輕了工作人員的工作量，提高了工作效率和風(fēng)電企業(yè)的管理水平，從而提升了風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量以及企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使得太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)成為達(dá)到高水平的智能化風(fēng)電場(chǎng)。