風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案研究

文 | 劉文斌

風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案研究

文 | 劉文斌

隨著新能源的快速發(fā)展，風電場數(shù)量及裝機規(guī)模不斷增加，風電場管理問題也日益凸顯。當前風電運營管理存在風電場分散、風電機組配置SCADA系統(tǒng)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)量大、人員經(jīng)驗不足、資源利用效率低、報表重復報送、資源浪費嚴重等等問題。為有效解決上述問題，需構建總部集團、區(qū)域集控、風電場廠站“三級一體”的管控模式。該模式以集中監(jiān)控系統(tǒng)為核心，智能運維為目標，逐步實現(xiàn)風電場群管控的標準化、規(guī)范化建設。

系統(tǒng)目標

風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)是通過智能一體化監(jiān)控管理平臺的建設與實施，逐步實現(xiàn)對公司的多個風電場運營生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入，實現(xiàn)對所轄風電場的集中監(jiān)視、集中控制、集中調度、集中管理，并進行各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理（如數(shù)據(jù)報表、故障分析與預測診斷、設備參數(shù)綜合統(tǒng)計、設備定期維修檢測、設備綜合信息查詢等），逐步實現(xiàn)少人值守或無人值班，以減少運行維護成本，最大限度地實現(xiàn)資源集約化、精益化和能源效益化。

基于集中管理的思想，風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)平臺應具有統(tǒng)一性、開放性、標準化、模塊化和擴展性等特點，并能夠保證數(shù)據(jù)的安全，可實現(xiàn)對所轄多個風電場的集中監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)報表統(tǒng)計分析和生產(chǎn)運營管理。

系統(tǒng)解決的難點問題

（一）規(guī)約多樣化：風電場廠站側數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括風電機組SCADA系統(tǒng)、升壓站綜自系統(tǒng)、風電功率預測系統(tǒng)、AGC/AVC、振動監(jiān)測系統(tǒng)、視頻安防系統(tǒng)及故障錄波信息等等。這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息通信基本涉及到101、103、104、CDT、Modbus、IEC61850等通信協(xié)議，且需統(tǒng)一接入，并將其標準化轉發(fā)上傳至集控中心。

（二）數(shù)據(jù)安全性：風電場廠站側與區(qū)域集控中心側數(shù)據(jù)信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設置在安全I區(qū)。風電場廠站側在安全I區(qū)、II區(qū)需增加網(wǎng)關機等設備，進行數(shù)據(jù)接入和上行數(shù)據(jù)轉發(fā)；區(qū)域集中監(jiān)控中心系統(tǒng)建設需設置在安全I區(qū)、III區(qū)，其中集中監(jiān)控、運維設置在安全I區(qū)，數(shù)據(jù)上行轉發(fā)設置在安全III區(qū)；總部級別集中監(jiān)控系統(tǒng)設置在安全III區(qū)，設立大數(shù)據(jù)分析中心、管理中心、展示中心，這些中心不具備集中控制功能。

（三）時鐘同步性：風電場廠站因地理位置差異，各廠站側數(shù)據(jù)因GPS/北斗對時系統(tǒng)時差影響存在時間差異，區(qū)域集中監(jiān)控中心必須解決時鐘差異問題，設置一用一備的兩套對時系統(tǒng)，以在時間尺度上完成標準統(tǒng)一。

（四）系統(tǒng)擴展性：隨著新能源制造技術、安裝技術、施工技術、管理能力等的提升，加上國家政策的支持，新能源仍將持續(xù)發(fā)展，總部級和區(qū)域級集中監(jiān)控系統(tǒng)需滿足企業(yè)對新能源發(fā)展的持續(xù)接入，系統(tǒng)應具備易擴容性和可升級性。

（五）集中控制專用通道特性：區(qū)域集中監(jiān)控中心實現(xiàn)集中調度、并網(wǎng)優(yōu)化、AGC/AVC、功率預測等功能，需與電網(wǎng)調度機構通過電力專網(wǎng)通道通信；區(qū)域集中監(jiān)控中心與風電場廠站實現(xiàn)控制功能，為確保區(qū)域集中監(jiān)控中心下行數(shù)據(jù)安全，需通過專網(wǎng)通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置。

系統(tǒng)構架

基于集中管理的思想，風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)主要包含各風電場生產(chǎn)過程監(jiān)控、遠程集中監(jiān)控、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策四大系統(tǒng)層次。系統(tǒng)采用分層分布的體系結構，整個系統(tǒng)分為三層：風電場控制層、區(qū)域控制層和集中控制層。風電場控制層設在風電場現(xiàn)場側，為風電場運行與管理提供完整的自動化監(jiān)控，為上級系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與信息服務；區(qū)域控制層設在區(qū)域風電場中央控制室，負責所轄風電場運行狀態(tài)的監(jiān)視、控制與管理，為集中控制層提供數(shù)據(jù)與信息服務；集中控制層作為總部或集團級監(jiān)控中心，全面掌控總部所有風電場運行狀況，統(tǒng)籌資源調配。

一、系統(tǒng)構架總體方案

系統(tǒng)架構采用分層模式，分為基礎數(shù)據(jù)層（風電場側）、數(shù)據(jù)采集存儲層（數(shù)據(jù)中心）、多引擎數(shù)據(jù)服務層、業(yè)務邏輯層、集控平臺展示層，及對外接口層?；A數(shù)據(jù)層實現(xiàn)廠站側數(shù)據(jù)的采集與存儲功能，提供原始基礎數(shù)據(jù)服務；數(shù)據(jù)中心層存結構化/非結構化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務層針對各種格式的數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)管理和對外統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務；業(yè)務邏輯層主要針對業(yè)務邏輯的操作，對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進行業(yè)務邏輯處理，包括指標統(tǒng)計、邏輯運算、性能分析、狀態(tài)監(jiān)測、圖表配置等服務。展示層提供展示平臺的應用功能。對外接口層提供遠程控制的指令下達與其他系統(tǒng)交互服務。

二、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

廠側數(shù)據(jù)通過部署在廠側的數(shù)據(jù)采集接口機將實時數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的通信規(guī)約通過加密認證設備上傳到一體化集控平臺數(shù)據(jù)中心，在生產(chǎn)大區(qū)完成數(shù)據(jù)的上傳采集和控制指令的下達，再通過隔離裝置進入到管理大區(qū)的數(shù)據(jù)鏡像服務器，完成一體化集控平臺的數(shù)據(jù)集中展示及其他高級應用。在管理大區(qū)完成數(shù)據(jù)的集中展示，在生產(chǎn)大區(qū)完成遠程控制的指令下達。

三、系統(tǒng)物理架構

風電場廠站側與區(qū)域集控中心側數(shù)據(jù)信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設置在安全I區(qū)。風電場廠站側在安全I區(qū)、II區(qū)需增加網(wǎng)關機等設備，進行數(shù)據(jù)接入和上行數(shù)據(jù)轉發(fā)；區(qū)域集中監(jiān)控中心系統(tǒng)建設需設置在安全I區(qū)、III區(qū)，其中集中監(jiān)控、運維設置在安全I區(qū)，數(shù)據(jù)上行轉發(fā)設置在安全III區(qū)；總部級別集中監(jiān)控系統(tǒng)設置在安全III區(qū)，設立大數(shù)據(jù)分析中心、管理中心、展示中心，不具備集中控制功能。區(qū)域集中監(jiān)控中心實現(xiàn)集中調度、并網(wǎng)優(yōu)化、AGC/AVC、功率預測等功能，需與電網(wǎng)調度機構通過電力專網(wǎng)通道通信；區(qū)域集中監(jiān)控中心與風電場廠站實現(xiàn)控制功能，為確保區(qū)域集中監(jiān)控中心下行數(shù)據(jù)安全，需通過專網(wǎng)通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置?？偛考墔^(qū)域中心、區(qū)域集中監(jiān)控中心及風電場廠站三者之間相互進行生產(chǎn)管理信息通信，通過管理網(wǎng)通道進行通信交互。

系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

一、風電場側實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

風電場側實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎核心，通過規(guī)范化、標準化的信息資源采集中心，將各風電場不同型號的風電機組、升壓站、振動監(jiān)測、AGC/AVC、測風塔數(shù)據(jù)和視頻信息轉換成標準的統(tǒng)一格式、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一上傳，形成一個數(shù)據(jù)格式和操作控制高度統(tǒng)一的系統(tǒng)，并有良好的實時性、響應性、并發(fā)性和可擴展性，實現(xiàn)對風電場內風電機組、升壓站、振動監(jiān)測、AGC/AVC、測風塔數(shù)據(jù)和視頻等設備的實時數(shù)據(jù)采集。風電場側實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)需考慮一定的網(wǎng)絡冗余，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、風電場群集中監(jiān)控子系統(tǒng)

風電場群集中監(jiān)控中心子系統(tǒng)采用分層分布式結構，獨立系統(tǒng)，層次界限清晰，控制調度管理權限分明、清楚，具有安全可靠、功能齊全和智能的特點。集中監(jiān)控中心子系統(tǒng)具有獨立的采集功能，直接與所轄的風電場通信，其節(jié)點多、系統(tǒng)復雜，采取冗余配置。其功能主要包括：數(shù)據(jù)采集與處理、基礎信息維護、監(jiān)控畫面統(tǒng)一、控制與調節(jié)、告警、事故順序記錄、事故追憶、歷史數(shù)據(jù)管理、報表、統(tǒng)計分析、權限管理、圖形及畫面顯示、地理信息顯示、通信接口、環(huán)境監(jiān)測、視頻安防、系統(tǒng)容量及系統(tǒng)自診斷和自恢復。

三、生產(chǎn)運營管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)運營管理子系統(tǒng)充分整合各個風電場的人力、設備及備品備件資源，進行統(tǒng)一的運維管理，提高企業(yè)的綜合資源管理能力，形成標準的“管、控、營”體系平臺，加速企業(yè)技術知識的積累和應用推廣，從而提高生產(chǎn)管理效率、降低運營成本。其主要功能包括：運行管理、設備管理、檢修管理、物資管理、技術管理、庫存管理、安全管理、質量管理、檢測管理、指標考核、故障診斷及電量分析。

四、風電場群功率預測子系統(tǒng)

風電場群功率預測子系統(tǒng)主要包括：實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、風電場氣象信息、風電場功率預測信息、誤差統(tǒng)計分析等。

五、遠程決策分析子系統(tǒng)

遠程決策分析子系統(tǒng)是以實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎，以數(shù)據(jù)處理平臺為手段，充分利用并整合各類一次原始數(shù)據(jù)、二次加工數(shù)據(jù)，結合運營目標及相應的決策策略，提供各種決策支持數(shù)據(jù)，輔助運營決策，提升決策能力、提高綜合效益。其功能包括：各級KPI關鍵指標分析、多級分析決策知識庫、預測、計修正劃、生產(chǎn)績效評估、設備狀態(tài)評估。

結語

本文針對風電場的分散性、規(guī)約多樣性、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)量大等特點，對風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案難點問題進行分析，對系統(tǒng)構架和主要實現(xiàn)的功能進行研究，為構建總部集團、區(qū)域集控、風電場廠站“三級一體”的管控模式提供了解決方法。該方法以數(shù)字化、自動化、智能化、信息化為目標建設一體化集中監(jiān)控運營管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的存儲、共享、流轉；利用穩(wěn)定的通信技術，實現(xiàn)運行、設備的智能化管理；利用尖端的大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理的精細化、標準化、科學化。在信息化體系不斷完善過程中，逐步提升風電運營的管理效益、經(jīng)濟效益，最大限度地實現(xiàn)資源集約化、精益化和能源效益化。

（作者單位：中國電建中南勘測設計研究院有限公司）