遠(yuǎn)程集控平臺(tái)在廣西桂林風(fēng)電集控中心的應(yīng)用

文 | 賓世楊，王曉東，楊民

風(fēng)電場(chǎng)

遠(yuǎn)程集控平臺(tái)在廣西桂林風(fēng)電集控中心的應(yīng)用

文 | 賓世楊，王曉東，楊民

建設(shè)集控中心的必要性

國(guó)家電投廣西桂林風(fēng)電公司在廣西壯族自治區(qū)桂林地區(qū)投資建設(shè)了多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，目前已建成投運(yùn)的有金紫山電場(chǎng)，其裝機(jī)容量66×1.5MW、配套1座110kV升壓站；興安源江風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量66×1.5MW、配套1座110kV升壓站?，F(xiàn)在桂林市興安縣擁有6個(gè)已核準(zhǔn)在建風(fēng)電場(chǎng)（平嶺、西坑、道坪、殿堂、石板嶺、嚴(yán)關(guān)），裝機(jī)容量為450MW，分別安裝了新疆金風(fēng)科技股份有限公司生產(chǎn)的1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組和明陽(yáng)風(fēng)電生產(chǎn)的2.0MW雙饋風(fēng)電機(jī)組，配套1座220kV升壓站，在靈川、龍勝已經(jīng)開始前期工作。各風(fēng)電場(chǎng)地域分散，對(duì)其運(yùn)行維護(hù)管理不便，因此，2015年在桂林建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)集控中心，目前在開發(fā)與使用中。

從業(yè)務(wù)角度來說，集控中心是桂林公司的數(shù)據(jù)處理中心，主要用于集中監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組、升壓站、箱變等設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集和應(yīng)用。通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，建立遠(yuǎn)程監(jiān)視與運(yùn)行分析、診斷、控制中心。

遠(yuǎn)程集控平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

一、軟件特點(diǎn)

軟件開發(fā)工程是以人為主，利用軟件開發(fā)方法及工具進(jìn)行的各種活動(dòng)的有序過程。其中，開發(fā)人員的組織管理是軟件開發(fā)成功的重要因素?；谲浖M件的軟件開發(fā)過程是在設(shè)計(jì)好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，利用軟件組件的構(gòu)造或重構(gòu)的過程。

二、通訊接口要求

（一）安全性要求

數(shù)據(jù)采集接口應(yīng)不能影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，接口的通信機(jī)制應(yīng)提供固有的安全性能，保障控制系統(tǒng)本身的安全。

（二）實(shí)時(shí)性要求

數(shù)據(jù)采集接口應(yīng)能夠及時(shí)地反映過程信息，這種及時(shí)反映是從過程分析的角度提出的，過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性是這些數(shù)據(jù)重要價(jià)值的體現(xiàn)。如果控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不能以較高的速率傳遞進(jìn)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，那么這些數(shù)據(jù)就失去了其自身最重要的價(jià)值。因此，接口系統(tǒng)應(yīng)提供高速的數(shù)據(jù)采集通道，保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

（三）可靠性要求

數(shù)據(jù)采集接口應(yīng)能夠在各種情況下正常工作。其可靠性應(yīng)與被接口的設(shè)備一樣，只要被接口的設(shè)備在工作，接口系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)工作。

（四）易維護(hù)性要求

通信接口子系統(tǒng)應(yīng)易于維護(hù)。維護(hù)包括狀態(tài)提示、故障診斷、系統(tǒng)設(shè)置、人機(jī)接口、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理連接等方面。

（五）數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)要求

在風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，通訊接口程序使用本地?cái)?shù)據(jù)源時(shí)標(biāo)，即數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)傳輸，由此解決網(wǎng)絡(luò)中斷等異常情況下數(shù)據(jù)緩存發(fā)送時(shí)的時(shí)標(biāo)問題。

（六）通訊規(guī)約要求

與風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，可使用Modbus、OPC協(xié)議；與升壓站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，可使用DL/T 634.5104規(guī)約或DL/T634.5101規(guī)約；與電能量計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，可使用DL/T 719-2000規(guī)約或者根據(jù)電能量計(jì)量系統(tǒng)供應(yīng)商開放的具體規(guī)約進(jìn)行定制開發(fā)；與風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通信，可使用Modbus協(xié)議或者根據(jù)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)供應(yīng)商開放的具體規(guī)約進(jìn)行定制開發(fā)。通訊采集內(nèi)容以現(xiàn)場(chǎng)各控制系統(tǒng)廠家（如風(fēng)電機(jī)組、NCS等）提供的實(shí)際數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)集中管控應(yīng)用

一、運(yùn)營(yíng)商鏈路設(shè)計(jì)原則

各風(fēng)電場(chǎng)至集控中心通信系統(tǒng)方案的選取應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況，充分利用已有資源，采用風(fēng)電場(chǎng)附近運(yùn)營(yíng)商通信基站的光纜接入到風(fēng)電場(chǎng)升壓站通信系統(tǒng)。形成風(fēng)電場(chǎng)至集控中心的運(yùn)營(yíng)商通信鏈路，通信系統(tǒng)主要用于傳輸各風(fēng)電場(chǎng)至集控中心的數(shù)據(jù)傳輸和業(yè)務(wù)的辦理。通信設(shè)備的交換機(jī)和路由器要求具有極高的可靠性和較短的傳輸時(shí)延，從而提高了傳輸效率。

二、電力調(diào)度專線鏈路設(shè)計(jì)原則

110kV巖塘變電站位于桂林市臨桂區(qū)世紀(jì)大道，廣西桂林風(fēng)電集控中心通信機(jī)房位于桂林市臨桂區(qū)仕通路中段，根據(jù)集控中心所處的地理位置，從就近接入、節(jié)約投資原則考慮，集控中心光纜接入廣西電網(wǎng) 110kV 巖塘變電站；為提高運(yùn)行可靠性，降低光纜損壞對(duì)電路中斷的風(fēng)險(xiǎn)，在集控中心至110kV巖塘變電站之間敷設(shè)2根光纜，每根光纜 24 芯、長(zhǎng)度約為1km，形成廣西桂林風(fēng)電集控中心至110kV 巖塘變電站Ⅰ、Ⅱ回光纜路由，通過光纜形成站與站之間的連接，如圖1所示。

桂林風(fēng)電集控中心位于廣西桂林市臨桂新區(qū)，集控中心通信系統(tǒng)通過110kV巖塘變電站接入廣西電網(wǎng)桂林地區(qū)級(jí)光傳輸網(wǎng)A、網(wǎng)B。

三、 網(wǎng)絡(luò)布置方案

按照《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，通信系統(tǒng)按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則進(jìn)行硬件網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計(jì),遠(yuǎn)程控制區(qū)與下屬各風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管理區(qū)進(jìn)行直接通信，實(shí)現(xiàn)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集功能以及控制指令下發(fā)功能，通訊鏈路使用運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)專線，并采用千兆型縱向加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)專線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加密傳輸需求，同時(shí)部署具備防火墻功能的路由器，對(duì)遠(yuǎn)程控制大區(qū)與風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行控制。

圖1 集控中心光纜路由圖

圖2 集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

集控中心配置地區(qū)級(jí)光傳輸網(wǎng)A和光傳輸網(wǎng)B設(shè)備，建設(shè)集控中心至巖塘“1+1”622Mbit/s光纖通信電路；配置廣西電網(wǎng)省級(jí)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入路由器設(shè)備，接入廣西電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；配置廣西電網(wǎng)電廠專用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，接入廣西電網(wǎng)電廠專用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)；配置雙套通信電源設(shè)備。

廣西桂林集控中心側(cè)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)安全接入?yún)^(qū)配置1臺(tái)公網(wǎng)前置采集服務(wù)器、1臺(tái)縱向加密認(rèn)證裝置設(shè)備、1臺(tái)正向物理隔離設(shè)備、1臺(tái)反向物理隔離設(shè)備共同構(gòu)筑公網(wǎng)安全接入?yún)^(qū)。公網(wǎng)前置采集服務(wù)器應(yīng)獨(dú)立配置，不得與其他設(shè)備共用；公網(wǎng)采集數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)公網(wǎng)前置采集服務(wù)器處理后通過反向物理隔離裝置送往控制區(qū)。集控中心側(cè)配置公網(wǎng)采集處理軟件1套，完成各風(fēng)電場(chǎng)及升壓站數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集處理，以及與集控中心系統(tǒng)過物理隔離裝置通信及數(shù)據(jù)交互。

桂林集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與廣西中調(diào)、廣西備調(diào)和桂林地調(diào)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，主要完成集控中心所轄風(fēng)電場(chǎng)群的總有功、總無功以及風(fēng)電場(chǎng)群風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與以上調(diào)度機(jī)構(gòu)的傳送，同時(shí)接收調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)的發(fā)電調(diào)度計(jì)劃或調(diào)度命令，根據(jù)發(fā)電調(diào)度要求對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)控。桂林集控中心與廣西中調(diào)、桂林地調(diào)的OS2系統(tǒng)之間通信采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和MSTP/FE網(wǎng)絡(luò)專線通道，與廣西備調(diào)之間通信采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，通信規(guī)約采用TASE2或IEC104規(guī)約。集控中心應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的接入電網(wǎng)系統(tǒng)接口開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間的交互。

四、遠(yuǎn)程控制功能

遠(yuǎn)程控制軟件要求采用C/S方式進(jìn)行發(fā)布，并需在大屏幕上進(jìn)行顯示，用于集控中心的人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制操作。遠(yuǎn)程控制軟件要求界面美觀、易用、友好，遠(yuǎn)程控制主要面向運(yùn)行操作人員，系統(tǒng)不需要過多的分析統(tǒng)計(jì)功能，主要功能為滿足運(yùn)行人員的監(jiān)視、操作需求，除可進(jìn)行常規(guī)生產(chǎn)監(jiān)視外，還可實(shí)現(xiàn)針對(duì)故障的閉環(huán)處理功能，即發(fā)現(xiàn)故障、解決故障、分析故障三步。除此以外，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)針對(duì)調(diào)度AGC/AVC指令的分析及風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)功率分配功能，以及針對(duì)升壓站的設(shè)備控制功能。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)并發(fā)布，出于安全及穩(wěn)定性考慮，遠(yuǎn)程控制功能采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)。

各風(fēng)電場(chǎng)及升壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接受集控中心的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制指令，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)和管理功能。風(fēng)電場(chǎng)實(shí)行“無人值班、少人值守”運(yùn)行方式，所有調(diào)控指令均由集控中心發(fā)出，各風(fēng)電場(chǎng)值守人員只負(fù)責(zé)維護(hù)和巡視工作，在特殊情況下才進(jìn)行必要的操作。

五、主要應(yīng)用功能

集控系統(tǒng)將結(jié)合廣西公司和風(fēng)電公司長(zhǎng)期戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行整體規(guī)劃和實(shí)施，并以“監(jiān)、管、控”三位一體的管控一體化為項(xiàng)目的總體建設(shè)目標(biāo)。項(xiàng)目將按照“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的建設(shè)原則分期建設(shè)。即總體規(guī)劃設(shè)計(jì)搭建100萬(wàn)千瓦容量集控系統(tǒng)(初步為10個(gè)風(fēng)電場(chǎng))，最終完成所有風(fēng)電場(chǎng)的接入。

集控系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的集中監(jiān)控，需要信息化建設(shè)的整體支撐。根據(jù)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)需求，形成完整的信息化建設(shè)藍(lán)圖。其中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)、遠(yuǎn)程控制平臺(tái)以及生產(chǎn)管理平臺(tái)是買方整體信息化規(guī)劃中的三個(gè)主要平臺(tái)：

1.遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集控系統(tǒng)對(duì)公司下屬各風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、存儲(chǔ)，采集數(shù)據(jù)涵蓋風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)全周期的各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)、升壓站NCS系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)、AGC/AVC一次調(diào)頻系統(tǒng)等。同時(shí)以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)，以及區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)的對(duì)標(biāo)分析統(tǒng)計(jì)。

2.遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，其控制功能將涵蓋單個(gè)機(jī)組及批量機(jī)組控制及升壓站刀閘等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“以人為本，減人增效”的建設(shè)理念。

3.生產(chǎn)管理平臺(tái)。此平臺(tái)是為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)電公司下屬各風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理，提高企業(yè)信息化管理水平。

集控系統(tǒng)三大平臺(tái)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施要滿足廣西公司、集團(tuán)公司提供數(shù)據(jù)的要求；滿足SIS/MIS等周邊其他系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的要求；具有數(shù)據(jù)的前瞻性和數(shù)據(jù)接口的可擴(kuò)展性。

（一）首頁(yè)監(jiān)盤

作為數(shù)據(jù)監(jiān)視總體情況展示界面，讓登錄平臺(tái)的集控中心人員，在第一時(shí)間看到公司、風(fēng)電場(chǎng)等不同維度總覽數(shù)據(jù)，以列表和風(fēng)電機(jī)組矩陣等方式進(jìn)行展示，方便集控中心人員對(duì)公司、風(fēng)電場(chǎng)等不同維度的運(yùn)行情況進(jìn)行直觀總體的認(rèn)識(shí)。

總覽數(shù)據(jù)，包括投產(chǎn)/運(yùn)行容量、安全運(yùn)行天數(shù)、發(fā)電指標(biāo)、減排指標(biāo)、機(jī)組狀態(tài)等信息以列表方式進(jìn)行直觀展示，并將每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)或項(xiàng)目期的各機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)通過機(jī)組矩陣的形式進(jìn)行展示，一旦出現(xiàn)異常，將以不同顏色進(jìn)行提示，并配以各風(fēng)電場(chǎng)升壓站畫面，方便集控中心的人員了解升壓站的運(yùn)行情況。

（二）風(fēng)電機(jī)組監(jiān)視

平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)進(jìn)行分類，如變槳系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)艙系統(tǒng)等。集控中心的人員可直接點(diǎn)擊單個(gè)機(jī)組，可以進(jìn)入機(jī)組的詳細(xì)數(shù)據(jù)頁(yè)面，界面以剖面圖、列表、曲線等方式對(duì)機(jī)組各重要信息進(jìn)行展示，方便工作人員詳細(xì)了解機(jī)組重要數(shù)據(jù)以及事件狀態(tài)。

（三）數(shù)據(jù)報(bào)警

生產(chǎn)異常報(bào)警主要針對(duì)參數(shù)異常、設(shè)備故障等事件進(jìn)行綜合提示及管理，在異常發(fā)生時(shí)系統(tǒng)將第一時(shí)間觸發(fā)報(bào)警，無論當(dāng)前用戶處在哪個(gè)頁(yè)面，系統(tǒng)均會(huì)第一時(shí)間通知用戶發(fā)生了異常，同時(shí)還將觸發(fā)集控中心的報(bào)警音箱。

報(bào)警觸發(fā)后可基于規(guī)則解析引擎的邏輯判斷，準(zhǔn)確地描述出各類不同異常信息，并將記錄其具體分類、報(bào)警時(shí)間、級(jí)別等信息，方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)、追溯報(bào)警詳細(xì)過程。同時(shí)報(bào)警觸發(fā)后，可由運(yùn)行人員手工消除。最終完整的報(bào)警信息將可通過報(bào)警列表查詢功能進(jìn)行追溯。

總結(jié)

目前，系統(tǒng)集控范圍是所轄的風(fēng)電場(chǎng)，可在同一平臺(tái)下對(duì)不同控制系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組和升壓站輸配電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，在集中控制領(lǐng)域處于先進(jìn)水平。該遠(yuǎn)程集控中心的應(yīng)用，不僅極大地降低了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，而且能將各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組、箱變、升壓站繼保與自動(dòng)化裝置、電能計(jì)量和風(fēng)功率預(yù)測(cè)信息統(tǒng)一傳輸至集控中心，進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析和應(yīng)用，大幅提高了風(fēng)電運(yùn)行管理水平。同時(shí)該系統(tǒng)可對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視及對(duì)出力變化趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并在上述基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制，最終達(dá)到風(fēng)電運(yùn)行可控化的目標(biāo)。

集控方式下的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理模式對(duì)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)人員、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了“管控一體化”。通過對(duì)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的集中管控，最終實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”運(yùn)行模式，體現(xiàn)了“以人為本，減人增效，開源節(jié)流”的管理理念，勞動(dòng)用工減少，生產(chǎn)成本降低，同時(shí)通過提高設(shè)備安全可靠性、設(shè)備完好率和可利用率，將大幅提高公司生產(chǎn)管理水平及整體經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。集控平臺(tái)同時(shí)作為“監(jiān)視控制中心、數(shù)據(jù)中心、管理中心”最終實(shí)現(xiàn)集控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行“遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙視”功能。這為國(guó)內(nèi)風(fēng)電數(shù)字化時(shí)程的快速推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（作者單位：國(guó)家電投集團(tuán)廣西電力有限公司桂林分公司）

攝影：陳裕法