SCADA監(jiān)控系統(tǒng)在寧夏銀星風(fēng)電能源大水坑風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

北京力控元通科技有限公司

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)在寧夏銀星風(fēng)電能源大水坑風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

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1 項(xiàng)目背景

寧夏銀儀風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司大水坑風(fēng)電場(chǎng)110千伏升壓站占地面積7973平方米，位于寧夏鹽池縣境內(nèi)大水坑鎮(zhèn)東北約20km，場(chǎng)址區(qū)海拔高度在1590m~1820m之間，屬于風(fēng)電場(chǎng)專用升壓站。

風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)總共有96臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中包含三菱2.5MW風(fēng)機(jī)、三菱1.0MW風(fēng)機(jī)、南瑞1.0MW風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)容量為99MW，項(xiàng)目共分兩期實(shí)施完成。

2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)與設(shè)計(jì)原則

2.1 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

? 顯示機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如機(jī)組的瞬時(shí)發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電小時(shí)數(shù)、風(fēng)輪及電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等，用風(fēng)玫瑰圖、曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。

? 顯示風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，如開機(jī)、停車、調(diào)向、手/自動(dòng)控制以及大/小發(fā)電機(jī)工作等情況。

? 顯示各機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)生的故障。在顯示故障時(shí)，顯示出故障的類型及發(fā)生時(shí)間，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理及消除故障，保證風(fēng)電機(jī)組的安全和持續(xù)運(yùn)行。

? 實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位等功能的實(shí)時(shí)控制。

2.2 設(shè)計(jì)原則

? 可擴(kuò)展性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上一方面要全面滿足當(dāng)前環(huán)境下的需求及未來一段時(shí)間的應(yīng)用需求，另一方面要能方便地進(jìn)行功能擴(kuò)展，可靈活增添刪減功能模塊。

? 可集成性。從技術(shù)發(fā)展角度和用戶需求來看，軟件結(jié)構(gòu)本身應(yīng)能與其它應(yīng)用系統(tǒng)集成，做到信息共享和資源共享。

? 互操作性。支持各種主流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，并通過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫接口（ODBC，OLE DB）實(shí)現(xiàn)與ERP及其它MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。平臺(tái)的開放性保證了今后可從生產(chǎn)管理系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)模塊中裁剪不同的功能，以滿足某個(gè)特定任務(wù)的需要，實(shí)現(xiàn)互操作。

3 系統(tǒng)應(yīng)用狀況

3.1 完整實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展現(xiàn)

力控科技監(jiān)控平臺(tái)軟件具備風(fēng)電行業(yè)專用的設(shè)備負(fù)荷專用曲線及監(jiān)測(cè)組件，適合風(fēng)電場(chǎng)級(jí)監(jiān)控和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維中心的系統(tǒng)集成，采用核心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的所有風(fēng)電機(jī)組、繼電保護(hù)、風(fēng)速、發(fā)電量、售電量等運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)視和接收匯總，使各級(jí)部門都能及時(shí)了解風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)電狀況?？蓪?shí)現(xiàn)以下參數(shù)的匯總展示：

電網(wǎng)參數(shù)：包括電網(wǎng)三相電壓、三相電流、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)等。電壓故障檢測(cè)：電網(wǎng)電壓閃變、過電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對(duì)稱等。

氣象參數(shù)：包括風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度等。

機(jī)組狀態(tài)參數(shù)：包括：風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)線圈溫度、發(fā)電機(jī)前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統(tǒng)油溫、油壓、油位、機(jī)艙振動(dòng)、電纜扭轉(zhuǎn)、機(jī)艙溫度等。

3.2 實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制

可以根據(jù)生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)、回路及全部風(fēng)機(jī)進(jìn)行，故障復(fù)位、遠(yuǎn)程停機(jī)及遠(yuǎn)控啟動(dòng)操作，方便對(duì)風(fēng)機(jī)的集中管理。并可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)，外部氣象條件參數(shù)，按照設(shè)定好的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)啟停、復(fù)位的遠(yuǎn)程控制。

（1）主控系統(tǒng)檢測(cè)電網(wǎng)參數(shù)、氣象參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)條件滿足時(shí)，啟動(dòng)偏航系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)解纜、對(duì)風(fēng)控制，釋放機(jī)組的剎車盤，調(diào)節(jié)槳距角度，風(fēng)車開始自由轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

（2）當(dāng)外部氣象系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的風(fēng)速大于某一定值時(shí)，主控系統(tǒng)啟動(dòng)變流器系統(tǒng)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，待發(fā)電機(jī)定子輸出電能與電網(wǎng)同頻、同相、同幅時(shí)，合閘出口斷路器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

（3）風(fēng)力機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性，當(dāng)機(jī)組處于最佳葉尖速比λ運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)機(jī)組將捕獲得最大的能量，雖理論上機(jī)組轉(zhuǎn)速可在任意轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，但受實(shí)際機(jī)組轉(zhuǎn)速限制、系統(tǒng)功率限制，不得不將該階段分為以下幾個(gè)運(yùn)行區(qū)域：即變速運(yùn)行區(qū)域、恒速運(yùn)行區(qū)域和恒功率運(yùn)行區(qū)。額定功率內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)包括：變速運(yùn)行區(qū)（最佳的λ）和恒速運(yùn)行區(qū)。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與查詢

（1）歷史狀態(tài)日志查詢：根據(jù)選擇風(fēng)機(jī)及時(shí)間段，查詢風(fēng)機(jī)的歷史工作狀態(tài)。

（2）歷史瞬態(tài)日志查詢：查詢選擇風(fēng)機(jī)在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)記錄。

（3）歷史故障日志查詢，查詢當(dāng)前選擇風(fēng)機(jī)在查詢時(shí)間段內(nèi)的故障狀態(tài)。

3.4 強(qiáng)大的風(fēng)勢(shì)曲線與風(fēng)頻圖

（1）風(fēng)速曲線圖：根據(jù)設(shè)定時(shí)間段，自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)差值，描繪風(fēng)速變化軌跡，并根據(jù)設(shè)定起始風(fēng)速及區(qū)間，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)于右側(cè)表格。

（2）趨勢(shì)圖：可以將風(fēng)機(jī)所有變量在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄獲取到右側(cè)表格，并且于左側(cè)區(qū)域以曲線方式表現(xiàn)。

（3）風(fēng)頻圖：查詢?cè)O(shè)定時(shí)間段內(nèi)，各風(fēng)速區(qū)間出現(xiàn)的次數(shù)，以柱狀圖的形式表現(xiàn)。

（4）關(guān)系對(duì)比圖；在同一曲線控件內(nèi)同時(shí)顯示兩個(gè)不同變量在同一時(shí)間段內(nèi)的線性對(duì)比關(guān)系。

3.5 有功功率跟蹤控制功能

風(fēng)電場(chǎng)正式運(yùn)行過程中，為了避免風(fēng)力強(qiáng)度較高的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電電量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中的時(shí)候功率過大，需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機(jī)在不同的風(fēng)力情況下，自控控制開啟不同數(shù)量的風(fēng)機(jī)，使風(fēng)力發(fā)電的功率按照計(jì)劃的輸送功率進(jìn)行運(yùn)行，因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)施過程中專門加入了有功功率跟蹤控制功能。

邏輯控制模塊單元：

? 首先對(duì)單個(gè)風(fēng)機(jī)都設(shè)定是否參與AGC自動(dòng)控制單元：在運(yùn)行過程中，如果因?yàn)闄z修或者其他原因可以手動(dòng)將某一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)停止參與AGC自動(dòng)控制，在該情況下，自動(dòng)控制的時(shí)候不再將該風(fēng)機(jī)參與自動(dòng)運(yùn)算。

? 停風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制單元：在當(dāng)前時(shí)間情況下，比較當(dāng)前所有風(fēng)機(jī)的總體發(fā)電功率和中調(diào)設(shè)定的有功功率數(shù)據(jù)差，在總體發(fā)電功率大于有功功率的時(shí)候，停機(jī)部分風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

? 風(fēng)機(jī)停機(jī)選擇：對(duì)需要停止的風(fēng)機(jī)選擇上，需要首先篩選掉檢修或其他原因未參與AGC控制的風(fēng)機(jī)，然后取消部分當(dāng)前停止的風(fēng)機(jī)，從1號(hào)開始遍歷所有的風(fēng)機(jī)，查找單個(gè)風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率比較接近功率差值的風(fēng)機(jī)，停止掉該風(fēng)機(jī)，該方案存在的缺點(diǎn)是可能找不到適合的風(fēng)機(jī)，這時(shí)還需要從1號(hào)開始停止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)在找到的情況下可能存在直接多次停止同一臺(tái)風(fēng)機(jī)的情況，不建議采用該方案。

? 手動(dòng)投入情況：界面存在手動(dòng)輸入框，可以人工輸入設(shè)定功率，系統(tǒng)自動(dòng)判斷該設(shè)定為較高優(yōu)先級(jí)，自動(dòng)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

? 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的判斷：在實(shí)際發(fā)電功率曲線和設(shè)定功率曲線差值較大，實(shí)際發(fā)電功率較小的情況下，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，啟動(dòng)方案為，首先判斷出每臺(tái)風(fēng)機(jī)的平均發(fā)電功率，在差值處于某一個(gè)點(diǎn)的情況下開始判斷，啟動(dòng)功率差值/平均發(fā)電功率臺(tái)風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)順序從停止風(fēng)機(jī)的順序順序啟動(dòng)即從最開始停止的風(fēng)機(jī)開始啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

控制單元會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的限值與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的手動(dòng)或者自動(dòng)投切，從而達(dá)到各個(gè)回路的負(fù)荷平衡。

4 效益分析

系統(tǒng)投運(yùn)后遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與風(fēng)場(chǎng)控制中心數(shù)據(jù)庫平臺(tái)通訊，作為系統(tǒng)的客戶端，將各個(gè)風(fēng)廠的相關(guān)數(shù)據(jù)都采集到該中心。采集上來的數(shù)據(jù)分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且可提供運(yùn)維記錄管理以及對(duì)電廠的產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)。整套系統(tǒng)的投運(yùn)實(shí)現(xiàn)了中心與風(fēng)場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)交互，通過先進(jìn)的軟、硬件技術(shù)和控制理論，提高了工作效率。由于實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，使得運(yùn)維人員能迅速快捷地了解風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，提高了突發(fā)故障的排查速度，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看降低了整體運(yùn)維成本。