集控模式下風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

周偉波

[摘? ? 要]風(fēng)能作為一種可再生的清潔新能源，日益受到國(guó)內(nèi)國(guó)際的重視，國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)正處于高速發(fā)展階段。目前隨著風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的日益增多，風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為行業(yè)中的一項(xiàng)重要的技術(shù)。而國(guó)內(nèi)和國(guó)際并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的依據(jù)來(lái)設(shè)置風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)，大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)都是廠家各自提供設(shè)備，但現(xiàn)在通信種類的繁多，不同的廠家的設(shè)備系統(tǒng)呈現(xiàn)差異化，而且還存在互不兼容的現(xiàn)象，所以如何開(kāi)發(fā)通用的風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)已成為迫切需求。基于此，本文以集控模式下風(fēng)電廠綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)為題展開(kāi)討論。

[關(guān)鍵詞]集控模式;風(fēng)電場(chǎng);自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]TM614;TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）03–0–03

[Abstract]As a kind of renewable clean new energy， wind energy has been paid more and more attention at home and abroad. The domestic wind power industry is in a stage of rapid development. With the increasing number of wind farms， wind power monitoring systems have become an important technology in the industry. However， there is no standard domestic and international basis for setting up wind power plant monitoring systems. Most wind power plant monitoring systems are provided by manufacturers. However， there are many types of communications and the equipment systems of different manufacturers are differentiated. Moreover， there are still incompatibility， so how to develop a general-purpose wind farm integrated automatic monitoring system has become an urgent need. Based on this， this article discusses the design of the optimization scheme of the integrated automation monitoring system for wind power plants under the centralized control mode.

[Keywords]centralized control mode; wind farm; automatic monitoring system

1 風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的概述

風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)測(cè)風(fēng)塔、升壓站、SVC等控制系統(tǒng)，通信實(shí)現(xiàn)的對(duì)風(fēng)電場(chǎng)中的測(cè)風(fēng)塔、升壓站、箱變等設(shè)備的控制和記錄，系統(tǒng)還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向區(qū)域集控中心傳輸各種數(shù)據(jù)、各種控制命令，使偏離風(fēng)電廠集控中心等一些電廠也能夠提供各種運(yùn)行狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)。由此可以實(shí)現(xiàn)一體化的管理機(jī)制，可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制機(jī)組控制整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的啟停和負(fù)荷調(diào)整。在一定程度下集控模式的風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠使得各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的管理更加合理化。

2 現(xiàn)狀分析

由于目前全球能源供應(yīng)緊張，環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，具有儲(chǔ)量最大、分布廣泛、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電越來(lái)越受到各國(guó)的關(guān)注，但風(fēng)力發(fā)電一直處于惡劣的環(huán)境，在無(wú)人值守的情況下常年運(yùn)行。如此必須增加其可靠性，必須加大其控制力度，特別是一些大型的風(fēng)力發(fā)電廠，就需要對(duì)幾十臺(tái)或者是幾排的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行集群控制，由此就需要采用先進(jìn)的控制手段和通信技術(shù)。

目前在風(fēng)力系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)也相當(dāng)?shù)某墒?。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程控制、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠?qū)υO(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集設(shè)備的監(jiān)控、事故報(bào)警。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中軟件的應(yīng)用可以提高信息的完整性，保證風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，加快故障診斷，提高生產(chǎn)效率。目前在使用過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)并未重視這些相關(guān)設(shè)備的采集，所以導(dǎo)致一體化機(jī)制的構(gòu)建存在困難。在新形勢(shì)下急需要規(guī)范管理來(lái)建設(shè)集控模式下的風(fēng)電場(chǎng)管理機(jī)制。這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)部門(mén)數(shù)據(jù)的整合與監(jiān)管，進(jìn)而為風(fēng)電場(chǎng)的管理工作服務(wù)。但目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的風(fēng)電場(chǎng)綜合監(jiān)控平臺(tái)存在滯后性，只能對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，并不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，這無(wú)疑使得其連接方式通信不暢通，由此給風(fēng)電場(chǎng)的管理帶來(lái)了一定的困難，使得風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理極為不便。在新形勢(shì)下，只有基于計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的高速發(fā)展實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)一體化的建設(shè)，才能更好地做好信息開(kāi)放性、兼容性、全面性的管理。

3 風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)

由于目前各公司監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件、環(huán)境平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置都不相同，有的是按照國(guó)家風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控設(shè)計(jì)的組網(wǎng)，而還有些公司是依據(jù)主機(jī)廠建立一套通信標(biāo)準(zhǔn)。其建設(shè)方式和內(nèi)容并不統(tǒng)一，因此，本系統(tǒng)采用模塊分層管理是數(shù)據(jù)通信層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用層等多層次建設(shè)。數(shù)據(jù)通信層采用的是電廠前置通訊機(jī)的方式，通過(guò)一系列可接入的設(shè)備，建立通信接口，同時(shí)與多種風(fēng)機(jī)、測(cè)風(fēng)塔升壓站進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和通信并且通過(guò)監(jiān)控軟件可以對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)形成一個(gè)，包含測(cè)量、姚信量、電鍍量等各類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，再利用標(biāo)準(zhǔn)的104通信協(xié)議將各種數(shù)據(jù)傳至應(yīng)用層，也就是所謂的場(chǎng)站和集控中心，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，進(jìn)而為風(fēng)電場(chǎng)的管理提供科學(xué)依據(jù)。

3.1 風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要任務(wù)

風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化控制的主要任務(wù)分為以下幾個(gè)方面：（1）是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外的通信以及設(shè)備的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的收集，以供風(fēng)電場(chǎng)分析所需，其中包括場(chǎng)站的發(fā)電、停電及有關(guān)信息，以及所有系統(tǒng)內(nèi)外的通信信息。（2）它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的分析、處理、儲(chǔ)存，以供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供依據(jù)，從而對(duì)其收集的信息進(jìn)行分析處理后，要進(jìn)行儲(chǔ)存，并且傳送給相應(yīng)的應(yīng)用層。設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中可以對(duì)發(fā)電站的自動(dòng)監(jiān)視和電力調(diào)度場(chǎng)站的運(yùn)行做相關(guān)規(guī)定，對(duì)場(chǎng)站的一些設(shè)備要進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)和控制，確保場(chǎng)站內(nèi)所有的設(shè)備都能夠安全可靠的運(yùn)行。（3）它還能夠?qū)?chǎng)站進(jìn)行綜合性的安全分析與部門(mén)進(jìn)行通訊，通過(guò)建立信息系統(tǒng)，以供傳送信息接受要求做準(zhǔn)備。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

風(fēng)電綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，應(yīng)該按照減少投資系統(tǒng)規(guī)范的原則進(jìn)行總體設(shè)置，這樣才能夠滿足場(chǎng)站標(biāo)準(zhǔn)化的管理需求，提高場(chǎng)站運(yùn)維人員的相關(guān)水平。（1）風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)要基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立應(yīng)用系統(tǒng)，以劃分生產(chǎn)控制區(qū)、管理信息區(qū)。生產(chǎn)控制區(qū)要分為控制區(qū)和非控制區(qū)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是屬于生產(chǎn)控制區(qū)，必須要按照國(guó)家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，使得數(shù)據(jù)得到安全的防護(hù)。（2）風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該以可靠為基準(zhǔn)，降低本身的局部故障，這樣才能夠不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)的配置選型應(yīng)該保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、實(shí)用性。（3）要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件、硬件的開(kāi)放性，這樣才能夠符合自動(dòng)化控制的發(fā)展需求，使其實(shí)現(xiàn)更新周期短的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的充分利用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)人員應(yīng)該滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)際需求，并且按照風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)的規(guī)范，設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，這樣才能提高其可靠性和安全性。（4）在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中要基于系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)性的需要，在系統(tǒng)平臺(tái)做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，要采用模塊化的設(shè)計(jì)原則將各功能劃分清楚，并且使其清晰且獨(dú)立，這樣才能夠在獨(dú)立開(kāi)發(fā)測(cè)試和維護(hù)模塊之間，以及模塊與平臺(tái)之間，應(yīng)該有相應(yīng)的接口，接口要遵循統(tǒng)一的接口規(guī)范，努力做到接口協(xié)議逐漸統(tǒng)一化、一致化，接口的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵循IEC相關(guān)規(guī)范。

3.3 風(fēng)電場(chǎng)綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指其包括的設(shè)備，其主要包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器、操作工作站、通訊機(jī)等多種設(shè)備。而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是獲取底層數(shù)據(jù)的，并且建立通信機(jī)制的構(gòu)架。兩者之間可以相互獨(dú)立，又可以混合完成，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)該配置榮譽(yù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器和AB網(wǎng)的通訊聯(lián)絡(luò)，使得所有的操作人員都可以實(shí)現(xiàn)共通，進(jìn)而對(duì)計(jì)算機(jī)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效地分析和處理，進(jìn)而再把處理完的數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器之中，完成數(shù)據(jù)指令的分析，這樣集控中心也可以得到所需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)而從前置通訊機(jī)接收。

3.4 風(fēng)電場(chǎng)軟件構(gòu)架

在基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，主要涉及到計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)當(dāng)中一并購(gòu)入的，由廠商提供的軟件，它用于監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，而用戶軟件的開(kāi)發(fā)就是基于用戶程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、退出、編輯。基本軟件是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)基本監(jiān)控能力的軟件，比如它能夠?qū)Ω鞣N通信接口進(jìn)行監(jiān)控，能夠促進(jìn)處理部門(mén)數(shù)據(jù)處理庫(kù)和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行管理，而且能夠以無(wú)人化的人機(jī)界面，自動(dòng)生成報(bào)表和語(yǔ)音報(bào)警等軟件，在一定程度上提高了監(jiān)控的水平。應(yīng)用軟件是在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中操作或者是控制的軟件，比如AGC、AVC等。在開(kāi)發(fā)此類軟件時(shí)要結(jié)合發(fā)電廠本身的實(shí)際情況以及用戶的需求，這樣才能夠全面地覆蓋風(fēng)電場(chǎng)的功能。另外，工具軟件是提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率的有效措施，它可以減輕軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的強(qiáng)度，提高系統(tǒng)的維護(hù)性，進(jìn)而使得系統(tǒng)真正的向用戶開(kāi)發(fā)。

3.5 系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)安全防護(hù)主要是指場(chǎng)站安全防護(hù)，巡查工作中的安全防護(hù)，外部通信的安全防護(hù)。首先，為了保證生產(chǎn)管理信息服務(wù)器與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)的安全性，必須要基于網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)際需求，在生產(chǎn)管理過(guò)程當(dāng)中保證其服務(wù)器的安全隔離裝置的安裝，并且使其與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)相連接，還可以設(shè)立傳電力系統(tǒng)專用的物理隔離裝置以及防火墻，這樣才能夠更好地保證場(chǎng)內(nèi)的安全防護(hù)。另外，為了保證長(zhǎng)端和集控端以及系統(tǒng)外部的網(wǎng)絡(luò)連接安全性，就要做好電力系統(tǒng)的安全防護(hù)工作，在場(chǎng)站內(nèi)的前置通信增值外，外部系統(tǒng)之間配置縱向的加密裝置，這樣才能夠提高外部通信的安全性。

3.6 擴(kuò)展功能

為了更好地滿足新能源下，集控?zé)o人值班，少人值守的實(shí)際需求，在風(fēng)力綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該設(shè)立報(bào)警服務(wù)器，從而可以有效地借助移動(dòng)APP。比如通過(guò)手機(jī)通話、短信的方式將一些生產(chǎn)和報(bào)警信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給指定的人員，這樣才能夠提高系統(tǒng)的運(yùn)用水平，進(jìn)而使得設(shè)備的缺陷能夠及時(shí)的被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而得到及時(shí)的處理。

3.7 歷史經(jīng)驗(yàn)庫(kù)

以業(yè)務(wù)推動(dòng)數(shù)據(jù)，預(yù)警自動(dòng)生成檢修工單、兩票系統(tǒng)按流程審批，檢修人員進(jìn)行故障排查，完善數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)束流程。一方面對(duì)區(qū)域檢修生產(chǎn)管理一線的檢修經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行有效的知識(shí)數(shù)據(jù)匯總，另一方面我們還應(yīng)對(duì)區(qū)域檢修知識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的匯總，如各現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)域檢修生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的匯總、人才培訓(xùn)的匯總、備品備件的知識(shí)數(shù)據(jù)匯總（后續(xù)的區(qū)域檢修解決方案中可能也會(huì)涉及），為更好的發(fā)展和提高區(qū)域檢修公司的競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的工作效率，促進(jìn)企業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展，提供更為全面的知識(shí)數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)風(fēng)電網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，整合風(fēng)電場(chǎng)的可控資源，響應(yīng)電網(wǎng)綜合調(diào)度要求和遠(yuǎn)程集控要求，是提高風(fēng)電安全的有效管理措施。如此，在實(shí)際工作當(dāng)中，相關(guān)部門(mén)應(yīng)該結(jié)合目前風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展需求以及運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，闡述一套典型的風(fēng)電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，這樣才能夠基于實(shí)際情況，建設(shè)不同廠家設(shè)備統(tǒng)一化一體機(jī)制，并且構(gòu)建集控中心實(shí)時(shí)地進(jìn)行全面監(jiān)控，使得電廠管理更加規(guī)范化，更加值得推廣。

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