基于云桌面的風電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)研究

劉濤，廖宏，董華莉

(四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川德陽，618000)

基于云桌面的風電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)研究

劉濤，廖宏，董華莉

(四川東方電氣自動控制工程有限公司，四川德陽，618000)

文章對比目前風電場遠程集中監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)劣勢，利用現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡控制、信息安全等，提出了一種基于云桌面的遠程集中監(jiān)控中心的新構(gòu)架，使各個風電場的監(jiān)控系統(tǒng)能進行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，以此做為建設(shè)無人值守、智慧風電場的基礎(chǔ)。

監(jiān)控系統(tǒng)，云桌面，構(gòu)架

0 引言

隨著能源危機的加重以及人類環(huán)境保護意識的加強，風能作為清潔的可再生能源，越來越得到人們的重視，已經(jīng)表現(xiàn)出巨大的潛力和成熟的商業(yè)化基礎(chǔ)。國內(nèi)風電技術(shù)也在飛速發(fā)展，一種基于云技術(shù)的智慧風電場概念的運行和管理平臺已經(jīng)出現(xiàn)，力求達到風電場“無人值班，少人值守”的運營模式。但快速發(fā)展的同時，如何運用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決遠程集中監(jiān)控中心的架構(gòu)問題也是個難題。比如各個風機制造商設(shè)備之間的通信控制系統(tǒng)不一樣，相互之間通信存在困難，給風電場的運行維護帶來極大的不便，同時也增加遠程集中監(jiān)控的實現(xiàn)困難。

1 風電場集中監(jiān)控現(xiàn)狀

風電場的特點是單機容量小，占地面積廣，布局分散，而且風力發(fā)電通常地處邊遠地區(qū)，技術(shù)條件、運行條件及其配套一般比較差，加上受環(huán)境因素影響較大和風電場擴建的需要，需要對各個風場實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，達到較高的自動化水平，使風電場可以逐步向“無人值班，少人值守”的管理方式發(fā)展，達到智慧風場的模式。

一般來說對于所屬的多個風電場的集中監(jiān)控，往往每個風場的機組不同，甚至一個風電場中會存在多家風電機組，每種機型都有獨立的點表數(shù)據(jù)形式，通信接口和底層通信協(xié)議往往也不一樣，造成多種信息監(jiān)控系統(tǒng)并存、通信方式多種多樣的現(xiàn)狀，而集中監(jiān)控管理各個風電場中的各個風力發(fā)電機組的運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)、故障報警、工作票管理等就顯得十分重要。本文通過研究基于云桌面技術(shù)的風場遠程集中監(jiān)控原理，提出一種更可靠、安全和經(jīng)濟性更高，部署更快捷的構(gòu)架。

2 系統(tǒng)交互構(gòu)架

目前風電場的遠程集中監(jiān)控的系統(tǒng)交互構(gòu)架的前提是各個風電場開放數(shù)據(jù)交換接口，遠程集控中心與風電場監(jiān)控系統(tǒng)通過規(guī)約協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式進行數(shù)據(jù)交換，完成實時數(shù)據(jù)采集和控制指令下發(fā)，如圖1所示為風電場集中監(jiān)控傳統(tǒng)系統(tǒng)交互網(wǎng)絡拓撲圖。

圖1 風場遠程及本地交互構(gòu)架

根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》，在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間，必須設(shè)置電力專用橫向單向安全隔離裝置。根據(jù)數(shù)據(jù)流向，又分為正向隔離裝置和反向隔離裝置兩種，調(diào)度安全防護總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 調(diào)度安全防護總體結(jié)構(gòu)示意圖

當需從生產(chǎn)控制大區(qū)傳送數(shù)據(jù)至管理信息大區(qū)時（如采集風機數(shù)據(jù)并發(fā)送至遠程），需要通過正向隔離裝置，當需從管理信息大區(qū)傳送數(shù)據(jù)至生產(chǎn)控制大區(qū)時（比如從遠程下發(fā)命令對風機進行控制），則要通過反向隔離裝置。

風場前置數(shù)據(jù)采集機通過OPC/ModBus等協(xié)議從風場SCADA等子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，定時通過正向隔離裝置把數(shù)據(jù)傳送給風場前置傳輸機，前置傳輸機把接收到的數(shù)據(jù)進行必要處理后，再通過路由器以VPN連接的方式把數(shù)據(jù)傳送給遠程監(jiān)控中心。VPN技術(shù)可以有效保證設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全性。監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)進行分類處理，并轉(zhuǎn)給具體應用進行實時數(shù)據(jù)顯示，同時把分析處理后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)存儲至關(guān)系數(shù)據(jù)庫以供查詢調(diào)用。

當需進行遠程控制時，用戶必須具備遠程控制的權(quán)限，在進行安全檢查后，控制指令由中心數(shù)據(jù)接收處理服務器傳遞給風場前置數(shù)據(jù)傳輸服務器，然后通過反向隔離裝置以文本文件的形式轉(zhuǎn)送至數(shù)據(jù)采集服務器，最后經(jīng)過解碼把指令下發(fā)給各受控系統(tǒng)。

3 基于云技術(shù)的構(gòu)架

3.1 IP-KVM構(gòu)架

遠程IP-KVM構(gòu)架是一種比較常用的遠程網(wǎng)絡接入方式。該模式帶有遠程管理功能，通過數(shù)字式KVM切換器，它能較便捷地控制遠程多臺監(jiān)控服務器。IP-KVM將風電場監(jiān)控系統(tǒng)服務器的信號通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到IP信號數(shù)據(jù)包。在遠程控制中心服務器收到信號后，又被重新編譯成鍵盤、鼠標、顯示器信號。為了保證數(shù)據(jù)安全，IP-KVM系統(tǒng)的信號傳送不僅限于使用VPN專網(wǎng)來保證安全，在網(wǎng)絡傳送和接收兩端進行加解密、密碼保護及數(shù)據(jù)壓縮，確保遠程數(shù)據(jù)安全。

遠程IP-KVM構(gòu)架不受限于操作系統(tǒng)與硬件，可以實現(xiàn)跨平臺操作。這對于無法提供數(shù)據(jù)交換接口的監(jiān)控系統(tǒng)，能輕松解決。但此種構(gòu)架的缺點也是顯而易見的:用戶在遠程IP-KVM時，相當于遠程操作現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，無法實現(xiàn)控制優(yōu)先級選擇和閉鎖保護，給設(shè)備遠程控制帶來一定的安全隱患，并且對網(wǎng)絡帶寬有一定的要求。

3.2 云桌面構(gòu)架

本文提出的使用云桌面技術(shù)，簡略地說就是通過云計算軟件來實現(xiàn)桌面統(tǒng)一，資源共享，構(gòu)建私有云，讓客戶端脫離原電腦主機，用顯示器和云終端設(shè)備就能實現(xiàn)登錄、辦公、現(xiàn)場控制維護等，這樣可以大大減少管理和維護費用。

云桌面架構(gòu)將風電場的各個系統(tǒng)桌面融合為云桌面服務端，構(gòu)建成私有云桌面，遠程控制臺按需進行連接控制，為其提供功能和性能強大的遠程監(jiān)控管理綜合平臺。

此設(shè)計在原有系統(tǒng)中增加云桌面服務器與事件服務器，并在遠程監(jiān)控中心增加集中控制臺，云桌面服務器用于與各個現(xiàn)場的監(jiān)控桌面應用通信程序進行交互。事件服務器采集各個系統(tǒng)產(chǎn)生的事件報警，通過集中控制服務器連接云桌面，在遠程監(jiān)控中心控制臺就可對現(xiàn)場進行查看與控制。

云桌面架構(gòu)的優(yōu)勢是跨平臺的系統(tǒng)，其前端支持Windows系統(tǒng)、UNIX系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)；集中控制臺還支持手持與平板設(shè)備；能夠?qū)⒍鄠€風電場的多種機型的監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一到一個平臺上，對所有系統(tǒng)進行控制。通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過不可逆的軟硬件加密，同時，具有權(quán)限認證、閉鎖保護、操作日志保存等。此種模式部署快，同時這種方式通過控制用戶權(quán)限和優(yōu)選級選擇和保護閉鎖，可有效保證設(shè)備遠程控制的安全性和可靠性，很好實現(xiàn)設(shè)備遠程控制。

3.3 網(wǎng)絡拓撲

一個風電場一般由風機SCADA系統(tǒng)與PPM (能量管理)系統(tǒng)，廠站監(jiān)控系統(tǒng)與五防系統(tǒng)等組成。為了每個系統(tǒng)與云桌面應用之間進行無縫銜接，各系統(tǒng)要求提供事件報警接口，這樣可以將其系統(tǒng)統(tǒng)一集成到私有的云桌面系統(tǒng)中，在遠程的集中控制臺進行查看與控制。

現(xiàn)場網(wǎng)絡拓撲如圖3所示，將現(xiàn)場的各個系統(tǒng)進行連接，分別將桌面信息采集到云桌面服務器，將報警信息采集到事件服務器。

圖3 網(wǎng)絡拓撲圖

4 結(jié)語

本文就風電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)進行研究，給出符合國情切實可行的方案架構(gòu)，隨著云桌面架構(gòu)的推廣和應用，基于云桌面架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計及功能一定會越來越成熟，成為推動風電等新能源安全可靠并網(wǎng)、持續(xù)健康發(fā)展有效的技術(shù)保障，優(yōu)化大規(guī)模風電機組的管理模式，最終實現(xiàn)風電場“無人值班，少人值守”的運營模式，為智慧風電場打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]金紅,崔志先,單銀忠.風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J].河北電力技術(shù),2013,（6）：23-25.

[2]田英,徐麗杰,王煒,等.基于統(tǒng)一平臺的風電場中央監(jiān)控系統(tǒng)主站設(shè)計[J].電力系統(tǒng)及其自動化,2014,（2）：55-59.

Study of Remote Centralized Monitoring System in Wind Farm Based on Cloud Desktop

Liu Tao，Liao Hong，Dong Huali

（Dongfang Electric Auto Control Engineering Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

By comparing structures of advantages&disadvantages remote centralized monitoring center and using the modern computer technology,network controlling and information security etc.,this paper proposes a new architecture of remote centralized monitoring center based on cloud desktop.Under this new architecture,monitoring system in wind farm can realize unified scheduling and management which takes a step toward unattended and smart wind power plant.

monitoring system,cloud desktop,the architecture

TK89

A

1674-9987（2017）02-0066-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.02.015

劉濤（1979-），男，工學碩士，2008年畢業(yè)于西南交通大學自動控制專業(yè)，現(xiàn)從事風電及光伏研究設(shè)計工作。