基于WMCS的大型風(fēng)電場群遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行調(diào)試研究

文 | 何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春

基于WMCS的大型風(fēng)電場群遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行調(diào)試研究

文 | 何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春

目前很多風(fēng)電場位于比較偏遠(yuǎn)、交通和生活條件比較艱苦的高山、沙漠等地區(qū)，且風(fēng)電機(jī)組數(shù)量眾多、型號(hào)不一、分布較分散，這給風(fēng)電場的現(xiàn)場運(yùn)行控制帶來了諸多困難，也成為制約風(fēng)電發(fā)展的重要因素之一。為了保證風(fēng)電場安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提高其管理效率，開發(fā)利用能滿足風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行要求、功能完善且性能穩(wěn)定的風(fēng)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正成為風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的趨勢。基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)異地控制和大范圍的資源共享，也可實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的全方位科學(xué)管理，使機(jī)組的所有運(yùn)行狀態(tài)都處于可控及在控的狀態(tài)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可以對系統(tǒng)功能加以擴(kuò)展，形成豐富的數(shù)據(jù)庫，為高層基于知識(shí)的決策提供支持；可搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場級(jí)情況的平臺(tái)，便于生產(chǎn)管理人員大范圍統(tǒng)籌和直接干預(yù)現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)。

在風(fēng)電場群遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)過程中，風(fēng)電場群遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的聯(lián)動(dòng)調(diào)試是其重要的環(huán)節(jié)，WMCS系統(tǒng)既是對設(shè)備性能的檢驗(yàn)測試，也是對風(fēng)電場新型聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模式的實(shí)訓(xùn)，更重要的是對遠(yuǎn)程監(jiān)控及時(shí)性、準(zhǔn)確性、多功能性和安全性等多項(xiàng)指標(biāo)的綜合評估。作者結(jié)合建設(shè)基于WMCS系統(tǒng)的大型風(fēng)電場群遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)和系統(tǒng)建設(shè)的工作實(shí)踐，研究基于WMCS系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)、方案和工作準(zhǔn)則，對風(fēng)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心建設(shè)和運(yùn)行具有重要的意義。

基于WMCS系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

WMCS系統(tǒng)提供基于B/S架構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，為遠(yuǎn)程集中監(jiān)控用戶提供包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)預(yù)警、遠(yuǎn)程控制等功能。通過合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，建立Web發(fā)布系統(tǒng)，還能為公共用戶提供Internet信息查詢服務(wù)。其主要功能組成如下：

一、界面組成

WMCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)頁面根據(jù)風(fēng)電場的監(jiān)控特點(diǎn)開發(fā)，系統(tǒng)界面可劃分為標(biāo)題菜單區(qū)域、導(dǎo)航區(qū)域、數(shù)據(jù)顯示區(qū)域、風(fēng)電場基本信息區(qū)域、事件（報(bào)警）顯示區(qū)域，如圖1所示。

導(dǎo)航區(qū)域：該區(qū)域?yàn)榉诛L(fēng)電場、類型、線路、一覽等方式實(shí)現(xiàn)場級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)導(dǎo)航鏈接，由此可以跳轉(zhuǎn)至風(fēng)電場任一接入機(jī)組、系統(tǒng)的子界面。按類型導(dǎo)航的內(nèi)容包括風(fēng)電場、風(fēng)電機(jī)組、測風(fēng)塔、升壓站等。其中風(fēng)電場子界面以列表、矩陣、線路等動(dòng)畫方式顯示風(fēng)電場所有機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、主要運(yùn)行參數(shù)、主要性能參數(shù)等信息以及升壓站、測風(fēng)塔子界面；按線路導(dǎo)航是根據(jù)風(fēng)電場實(shí)際線路圖設(shè)計(jì)按線路導(dǎo)航菜單；按一覽表導(dǎo)航是以一覽表的方式排發(fā)風(fēng)電場所有監(jiān)控子界面菜單。

數(shù)據(jù)顯示區(qū)域：數(shù)據(jù)顯示區(qū)域即子界面顯示區(qū)域包括風(fēng)電機(jī)組基本信息、當(dāng)前報(bào)警、機(jī)組工藝部件子界面系統(tǒng)、測風(fēng)塔子界面、升壓站子界面、

用戶要求的其它子界面。其中機(jī)組工藝部件子系統(tǒng)界面提供實(shí)時(shí)工藝分類報(bào)警指示信息，幫助運(yùn)行人員及時(shí)了解和發(fā)現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組的各工藝部位情況。

風(fēng)電場信息區(qū)域：該區(qū)域顯示風(fēng)電場年、月、日總發(fā)電量；顯示風(fēng)電場接入、運(yùn)行、停止、故障、檢修、維護(hù)、暫停、網(wǎng)絡(luò)故障等風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)數(shù)量。

事件（報(bào)警）顯示區(qū)域：該區(qū)域以實(shí)時(shí)列表方式顯示整個(gè)風(fēng)電場所有接入設(shè)備、系統(tǒng)的事件（報(bào)警）內(nèi)容、報(bào)警代碼、報(bào)警時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間、確認(rèn)操作等功能。

二、實(shí)時(shí)監(jiān)視和參數(shù)預(yù)警

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視主要由數(shù)據(jù)顯示區(qū)域、風(fēng)電場信息區(qū)域和事件（報(bào)警）顯示區(qū)域構(gòu)成，顯示的信息可分組、分類覆蓋系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備的全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。通過WMCS系統(tǒng)計(jì)算站，將系統(tǒng)類同類型設(shè)備（如風(fēng)電機(jī)組）的相同位置的測量參數(shù)（如發(fā)電機(jī)線圈溫度）進(jìn)行比較，對參數(shù)異常的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警提示。

實(shí)時(shí)監(jiān)視和參數(shù)預(yù)警具有以下功能：風(fēng)電場機(jī)組分布列表顯示、風(fēng)電場機(jī)組分布矩陣顯示、風(fēng)電場機(jī)組分布線路圖顯示、機(jī)組部件顯示界面、機(jī)組單機(jī)整機(jī)信息、機(jī)組部件中的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、機(jī)組部件中的機(jī)艙、機(jī)組部件中的電控系統(tǒng)I/O檢測及機(jī)組信息中的溫度偏差預(yù)警（如圖2所示）等。

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)主要硬件平臺(tái)檢查調(diào)試方案

一、機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器及工作站的調(diào)試

調(diào)試前應(yīng)完成機(jī)柜的固定、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備的安裝，并確保工作站已放置于操作臺(tái)，PDU模塊已上架并已正確連通輸入電源。各風(fēng)電場和集控中心機(jī)柜、路由器交換機(jī)、隔離裝置、縱向加密設(shè)備、服務(wù)器，集控中心操作臺(tái)工作站等相關(guān)設(shè)備的檢查和調(diào)整。具體檢查調(diào)試內(nèi)容如表1所示。

表1 主要設(shè)備模塊的檢查調(diào)試

二、UPS電源及系統(tǒng)上電調(diào)試方案

（一）調(diào)試準(zhǔn)備

在調(diào)試前應(yīng)確保完成以下工作：UPS電源已安裝完畢并且輸入電源已接通、UPS輸出電源電纜已放到各設(shè)備指定位置、機(jī)柜固定完畢、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備安裝完畢、工作站已放置于操作臺(tái)、PDU模塊已上架并已正確連通輸入電源；檢查UPS電源安裝情況、電壓輸入輸出大小、對各用電設(shè)備進(jìn)行上電測試。

（二）調(diào)試方案

接地檢查：控制系統(tǒng)接地點(diǎn)最好為獨(dú)立接地，也可以接入風(fēng)電場電氣系統(tǒng)。集控中心配電柜旁接地銅排是否安

放完畢并與廠內(nèi)電氣專用接地點(diǎn)連通，集控中心UPS配電柜、各機(jī)柜是否與接地銅排安全連接，監(jiān)控中心大屏系統(tǒng)、操作臺(tái)是否與接地銅排安全連接。

電壓檢查：用歐姆表檢測UPS電源輸入、輸出電壓是否符合限定值，同時(shí)測試各用電設(shè)備輸入電壓是否符合220V額定值。

各用電回路開關(guān)出口電阻檢查：用萬用表檢查各開關(guān)出口線間電阻和電源對大地電阻。在各分支開關(guān)斷開時(shí)，總開關(guān)出口電阻應(yīng)大于2MΩ；檢查各供電電源電纜對地電阻,對大地電阻應(yīng)大于2MΩ。

系統(tǒng)授電要求檢查：各機(jī)柜如有電源開關(guān)，則斷開所有供電開關(guān)；機(jī)柜內(nèi)所有用電設(shè)備均應(yīng)退出供電位置；檢查與操作站、服務(wù)器（包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）連接的電源開關(guān)出口電阻，確定是否有短路或斷路現(xiàn)象；用萬用表檢查各網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜各回路電阻是否短路或斷路。

集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)調(diào)試方案

本部分調(diào)試方案要求風(fēng)電場群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)已搭建完畢，同時(shí)可以正常授電，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也已部署正確；相應(yīng)軟件應(yīng)用均已部署到具體位置，與各風(fēng)電場側(cè)風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)和電氣數(shù)據(jù)的通信接口已調(diào)試完畢并能正確獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。主要包括通信接口調(diào)試、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試、報(bào)警系統(tǒng)調(diào)試等。

一、通信接口調(diào)試

主要是通過編寫與各風(fēng)電機(jī)組、綜自設(shè)備通信接口驅(qū)動(dòng)程序，將其布置于各風(fēng)電場側(cè)集中監(jiān)控系統(tǒng)的采集服務(wù)器中，結(jié)合廠家提供技術(shù)支持以便獲取所有電氣遙信、遙測、計(jì)量和二次保護(hù)信號(hào)等信息進(jìn)行檢查調(diào)試。

調(diào)試內(nèi)容主要是檢查獲取各風(fēng)電場各風(fēng)電機(jī)組、升壓站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及監(jiān)控中心側(cè)對風(fēng)電場側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取情況。在風(fēng)電場側(cè)主要是通過采集服務(wù)器人機(jī)界面查看獲取到的各機(jī)組、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否完整，依據(jù)IEC104規(guī)約獲取電氣部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過人機(jī)界面進(jìn)行分析；在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心側(cè)主要是通過人機(jī)界面查看各風(fēng)電場側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否完整，并通過系統(tǒng)的ModBus、OPC通信方式提供對外擴(kuò)展接口，對外傳輸數(shù)據(jù)。

二、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)提供基于B/S架構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，為用戶提供包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)預(yù)警、遠(yuǎn)程控制等功能。并通過合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，建立Web發(fā)布系統(tǒng)，為公共用戶提供Internet信息查詢服務(wù)。

調(diào)試前應(yīng)完成集中監(jiān)控系統(tǒng)所需全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取、前臺(tái)各個(gè)瀏覽界面的調(diào)整以及各數(shù)據(jù)庫訪問接口的編譯。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試主要對集中監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控部分功能進(jìn)行完整調(diào)試，主要包括瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新速度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對點(diǎn)、導(dǎo)航瀏覽分配功能及參數(shù)預(yù)警功能。調(diào)試評估系統(tǒng)人機(jī)界面各部分功能，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新速率、數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確情況。

三、報(bào)警系統(tǒng)

基于B/S架構(gòu)的報(bào)警系統(tǒng)可滿足用戶對各種報(bào)警信息的顯示、分類、查詢、統(tǒng)計(jì)等各種應(yīng)用需求。集中監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警部分功能的調(diào)試主要包括實(shí)時(shí)報(bào)警及確認(rèn)、報(bào)警過濾、歷史報(bào)警查詢、報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析軟光字牌及語音報(bào)警等功能。

（一）實(shí)時(shí)報(bào)警及確認(rèn)

WMCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)報(bào)警通常以滾動(dòng)列表的方式嵌入在WMCView運(yùn)行界面的下方提供給用戶，如圖3所示。

實(shí)時(shí)報(bào)警窗口提供1000條最近時(shí)間內(nèi)報(bào)警信息序列，最新生產(chǎn)的報(bào)警排列在列表首行。

（二）報(bào)警過濾

報(bào)警過濾分兩類，區(qū)別在于是否產(chǎn)生報(bào)警記錄。用戶可以通過相關(guān)條件，將處于檢修或調(diào)試階段產(chǎn)生的現(xiàn)場設(shè)備或系統(tǒng)報(bào)警進(jìn)行屏蔽，屏蔽后WMCS報(bào)警系統(tǒng)將不再觸發(fā)和記錄這些報(bào)警，但可以作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在工藝界面進(jìn)行顯示。

（三）歷史報(bào)警查詢

（四）報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析

（五）報(bào)警方式

集中監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個(gè)軟光字牌功能，用戶只需進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)配置，以報(bào)警模塊為基礎(chǔ)，輔以不同顏色組合，進(jìn)行光字報(bào)警指示，便可查詢相應(yīng)光字模塊的詳細(xì)內(nèi)容，方便直觀。

遠(yuǎn)程控制聯(lián)動(dòng)調(diào)試

一、聯(lián)動(dòng)調(diào)試內(nèi)容

核對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)正確無誤后，利用風(fēng)電場群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制

模塊功能對所管轄各個(gè)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)、停止等操作調(diào)試；對風(fēng)電場升壓站的斷路器、隔離刀閘、地刀進(jìn)行拉開、閉合等控制操作調(diào)試；對遙控防誤各項(xiàng)規(guī)則進(jìn)行測試。

二、聯(lián)動(dòng)調(diào)試規(guī)程

完成了集控中心側(cè)、風(fēng)電場側(cè)軟硬件設(shè)備調(diào)試，并完成了與各風(fēng)電場側(cè)風(fēng)電機(jī)組、升壓站的通信，獲取了所有所需實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)授電完成進(jìn)入試運(yùn)行遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)調(diào)試階段。在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作前必須嚴(yán)格遵守防誤規(guī)則策略，以確保遙控操作的自身安全：

（1）合位開關(guān)和刀閘之間的閉鎖關(guān)系：開關(guān)在合位時(shí)，開關(guān)兩側(cè)直接相連的刀閘禁止拉合；（2）刀閘操作順序閉鎖（送電）：開關(guān)間隔送電順序閉鎖：先合電源側(cè)刀閘后合負(fù)荷側(cè)刀閘，不滿足則閉鎖操作；（3）刀閘操作序閉鎖（停電）：單母線接線的開關(guān)間隔停電順序閉鎖：先斷線路側(cè)刀閘后斷開母線側(cè)刀閘 ；（4）禁止帶電合地刀：若接地點(diǎn)處是帶電的，應(yīng)閉鎖合上該接地刀閘；若與接地刀閘緊鄰的刀閘在合位，則應(yīng)閉鎖合上該接地刀閘；（5）帶負(fù)荷拉合刀閘：刀閘所連接子系統(tǒng)帶電情況下，禁止拉合刀閘 。

三、聯(lián)動(dòng)調(diào)試方案

在操作前，確?，F(xiàn)場機(jī)組沒有相關(guān)人員進(jìn)行維護(hù)檢修操作，并核對機(jī)組是否為操作狀態(tài)調(diào)試方案如下：

停止（或啟動(dòng)）：與風(fēng)電場值班人員保持同步在線，實(shí)時(shí)監(jiān)視遠(yuǎn)程操作后機(jī)組的狀態(tài)；點(diǎn)擊進(jìn)入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中所控機(jī)組監(jiān)控界面，在機(jī)組控制模塊直接點(diǎn)擊“停止”（或啟動(dòng)）按鈕；遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)中機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)，該機(jī)組功率逐漸減?。ɑ蛟龃螅?，停機(jī)過程所需時(shí)間取決于當(dāng)前風(fēng)速以及機(jī)組自身（一般需要若干分鐘）；同步觀測風(fēng)電場側(cè)機(jī)組自帶的監(jiān)控系統(tǒng)中該機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行狀況協(xié)同反饋。

非計(jì)劃停機(jī)：遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程停機(jī)；當(dāng)遠(yuǎn)程停機(jī)無效時(shí)，則風(fēng)電場側(cè)就地按正常停機(jī)按鈕停機(jī)；當(dāng)正常停機(jī)按鈕無效時(shí)，使用緊急停機(jī)按鈕停機(jī)；仍然無效時(shí)，拉開風(fēng)電機(jī)組主開關(guān)或連接此臺(tái)機(jī)組的線路斷路器。

四、聯(lián)動(dòng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

經(jīng)過遠(yuǎn)程－風(fēng)電場聯(lián)動(dòng)調(diào)試和初期運(yùn)行以后，遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行趨于正常，調(diào)試取得了圓滿成功，圖4為調(diào)試完成后的風(fēng)電場機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控負(fù)荷曲線圖。

由圖4可以看出機(jī)組運(yùn)行正常，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)電場的監(jiān)控及時(shí)準(zhǔn)確，而且方便高效，表明系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試取得了成功。

結(jié)論與應(yīng)用

本文結(jié)合風(fēng)電遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和調(diào)試工作實(shí)踐，對風(fēng)電場群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行部署測試，對相關(guān)HMI界面根據(jù)用戶需求進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，使其技術(shù)指標(biāo)和各項(xiàng)功能符合本工程設(shè)計(jì)要求；規(guī)范并明確調(diào)試項(xiàng)目和程序，制定并優(yōu)化了監(jiān)控中心－風(fēng)電場聯(lián)動(dòng)調(diào)試工作方案、協(xié)調(diào)機(jī)制、安全保障和操作規(guī)程，確保了系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的最佳工作狀態(tài)。開展了設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)調(diào)試試運(yùn)行，調(diào)試結(jié)果表明調(diào)試方案合理可行，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為下一步采用輔助專家系統(tǒng)對風(fēng)電場設(shè)備實(shí)行故障預(yù)警診斷和實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組集群運(yùn)行優(yōu)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者單位：何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春：長沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院；趙飛：中電投河南新能源有限公司）