海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

肖異，劉超，馬怡晴，魏來(lái)，張勇，王文怡，劉宣宣，周欣宇，朱璧君

（中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司， 武漢 430071）

0 引言

隨著世界各國(guó)對(duì)能源與環(huán)境的重視程度不斷提高，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、加快新能源建設(shè)已成為普遍共識(shí)［1-4］。我國(guó)提出2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和“雙碳目標(biāo)”，將極大推動(dòng)可再生能源開發(fā)力度。相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電具有年發(fā)電小時(shí)數(shù)高、風(fēng)力資源穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是較為優(yōu)質(zhì)的可再生能源［5］。我國(guó)經(jīng)過(guò)近十年來(lái)大力發(fā)展，近海風(fēng)電已趨近飽和，考慮到交流海纜的傳輸距離限制，以柔性直流送出技術(shù)為特征的中遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)。中遠(yuǎn)海風(fēng)電通過(guò)柔性直流輸電方式并網(wǎng)，海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)集海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、海上換流站、陸上換流站、交流海纜、直流海纜于一體，由于海上場(chǎng)站地理分布廣闊，且海上環(huán)境惡劣，海上場(chǎng)站的運(yùn)行巡檢工作十分困難。同時(shí)，海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)調(diào)度管理對(duì)象眾多，投資主體不同，關(guān)系復(fù)雜，增加了調(diào)度管理的難度［6-11］。

歐洲包括HelWin1、HelWin2和BorWin在內(nèi)的海上風(fēng)電柔性直流送出工程都已竣工投運(yùn)，國(guó)外類似工程依據(jù)承包廠家的不同采用局部集中的監(jiān)控模式［12-15］。我國(guó)首個(gè)海上風(fēng)電柔性直流送出示范工程三峽如東海上風(fēng)電柔性直流示范項(xiàng)目已于2021年12月成功投運(yùn)，如東工程采用一體化監(jiān)控方式，將海上風(fēng)場(chǎng)、海上升壓站、柔性直流換流站、交直流海纜進(jìn)行集中監(jiān)控。

海上風(fēng)電場(chǎng)/海上升壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與海上換流站/陸上換流站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分別針對(duì)常規(guī)交流發(fā)輸變電系統(tǒng)和柔性直流輸電系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)所采用的技術(shù)路線、硬件平臺(tái)、軟件結(jié)構(gòu)等均存在較大的差異或技術(shù)壁壘，在目前現(xiàn)狀條件下，需要運(yùn)行人員在不同的監(jiān)控平臺(tái)下分別對(duì)兩套系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)維；同時(shí)各個(gè)不同子系統(tǒng)之間互相孤立，形成信息孤島，系統(tǒng)的信息融合度不夠，缺乏對(duì)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘整合的手段，增加了運(yùn)維工作量，降低了運(yùn)維效率。本文以實(shí)現(xiàn)海上場(chǎng)站、陸上換流站、交/直流海纜統(tǒng)一調(diào)度和集中監(jiān)控為目標(biāo)，首次提出了海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用一體化監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理協(xié)同運(yùn)行維護(hù)，打破因投資主體不同而帶來(lái)的管理壁壘，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)和新能源發(fā)電側(cè)的互聯(lián)互通、信息共享，強(qiáng)化了對(duì)海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)各環(huán)節(jié)安全生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)管和專業(yè)化指導(dǎo)，為無(wú)人值守提供技術(shù)基礎(chǔ)，為海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)一體化控制能力提出新方法、開拓新思路，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)工作地點(diǎn)遠(yuǎn)程管理整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目的功能，提高安全運(yùn)行管理水平，進(jìn)一步推進(jìn)集約化管理，對(duì)后續(xù)類似工程具有指導(dǎo)意義。

1 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)及設(shè)備配置

海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)通常匯集兩片以上的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力資源，這些風(fēng)電場(chǎng)由于投資主體不同，可能分屬于不同的業(yè)主單位，柔性直流輸電系統(tǒng)的業(yè)主單位和遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)的業(yè)主也可能不同。若各業(yè)主單位采用不具友好兼容特性的局部集中監(jiān)控模式，海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)調(diào)度及運(yùn)維管理模式將較為復(fù)雜，不便于系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)維。針對(duì)該問題，本文提出了一體化監(jiān)控系統(tǒng)方案，以運(yùn)維模式優(yōu)化為目標(biāo)，首次將海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)（海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、海上換流站、陸上換流站）作為整體調(diào)度對(duì)象設(shè)計(jì)集控系統(tǒng)，并從工程經(jīng)濟(jì)性角度，提出了海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)和陸上換流站監(jiān)控系統(tǒng)同站址建設(shè)的工程建設(shè)模式。

該一體化監(jiān)控系統(tǒng)由柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)［12］、升壓站監(jiān)控、風(fēng)功率預(yù)測(cè)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控、故障錄波、保護(hù)及故障信息管理、電能量計(jì)量、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、視頻及環(huán)境監(jiān)控、海纜監(jiān)測(cè)等多個(gè)子系統(tǒng)共同組成，其總體架構(gòu)如圖1所示。

1.1 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備由系統(tǒng)服務(wù)器、前置服務(wù)器、監(jiān)控Ⅰ區(qū)工作站、同步相量測(cè)量系統(tǒng)主機(jī)、監(jiān)控Ⅱ區(qū)工作站、綜合應(yīng)用服務(wù)器（兼前置服務(wù)器）、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、電能量處理器、智能運(yùn)維服務(wù)器、WEB服務(wù)器、智能運(yùn)維工作站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)、一體化接口裝置（換流站部分、海上升壓站部分）、核心以太網(wǎng)交換機(jī)、二次安防等設(shè)備組成。

海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、柔性直流換流站控保信息、輔控信息根據(jù)各自系統(tǒng)安全分區(qū)分別通過(guò)站內(nèi)光纜接入一體化監(jiān)控系統(tǒng)各安全區(qū)。同時(shí)，一體化監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一將各個(gè)區(qū)域調(diào)度所需信息匯集后接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備傳送至各相關(guān)調(diào)度端。廠站端可在一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全區(qū)域的運(yùn)維管理，也可分別在各區(qū)域子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各自區(qū)域的運(yùn)維管控。一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用雙局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖1中僅示意單網(wǎng)），構(gòu)成分層分布式的開放系統(tǒng)，其各區(qū)按功能分別組網(wǎng)，可分為生產(chǎn)控制區(qū)、生產(chǎn)非控制區(qū)、管理信息區(qū)。各安全分區(qū)內(nèi)部使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，安全分區(qū)之間橫向隔離，生產(chǎn)控制大區(qū)與電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)之間、管理信息大區(qū)與電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置縱向加密認(rèn)證裝置。

圖1 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of integrated monitoring system for VSC-HVDC transmission of offshore wind power

1.1.1 生產(chǎn)控制區(qū)（安全區(qū)Ⅰ）

一體化監(jiān)控系統(tǒng)Ⅰ區(qū)系統(tǒng)從陸上換流站控制部分和升壓站控制部分的一體化接口裝置上接收和處理Ⅰ區(qū)實(shí)時(shí)信息，換流站和升壓站上送的遙測(cè)、遙信、事件等信息直接送達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的前置系統(tǒng)，并通過(guò)Ⅰ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將風(fēng)電場(chǎng)及換流站調(diào)度所需信息接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)Ⅰ區(qū)交換機(jī)發(fā)送至相關(guān)調(diào)度端運(yùn)行人員，通過(guò)監(jiān)控中心工作站對(duì)換流站和升壓站進(jìn)行操作，遙控操作命令也通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)前置網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至換流站和升壓站執(zhí)行。

1.1.2 生產(chǎn)非控制區(qū)（安全區(qū)Ⅱ）

根據(jù)二次安防相應(yīng)規(guī)定，故障錄波系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保信子站、智能輔控系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)屬于安全區(qū)Ⅱ。換流站內(nèi)和海上升壓站的故障錄波系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能輔控系統(tǒng)、閥廳紅外測(cè)溫系統(tǒng)均僅在陸上換流站內(nèi)設(shè)置系統(tǒng)主機(jī)，在陸上換流站、海上換流站、海上升壓站分別設(shè)置相應(yīng)系統(tǒng)的采集裝置，各子系統(tǒng)采集裝置采集信息后通過(guò)海纜光纖專線傳至子系統(tǒng)主機(jī)。匯集后的換流站及海上風(fēng)場(chǎng)相關(guān)信息，通過(guò)Ⅱ區(qū)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將調(diào)度所需信息發(fā)送至相關(guān)調(diào)度端；并將日常運(yùn)維所需信息通過(guò)正向隔離裝置傳送至管理信息區(qū)智能運(yùn)維服務(wù)器。

1.1.3 管理信息區(qū)

監(jiān)控中心管理信息區(qū)由智能運(yùn)維服務(wù)器、智能運(yùn)維工作站和WEB服務(wù)器及組網(wǎng)交換機(jī)組成，其中智能運(yùn)維服務(wù)器用于從監(jiān)控網(wǎng)中調(diào)取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息以及接收換流站、升壓站和海上風(fēng)機(jī)側(cè)視頻監(jiān)控圖像信息［16-19］，智能運(yùn)維工作站提供人機(jī)接口給工作人員實(shí)現(xiàn)就地運(yùn)維，WEB服務(wù)器用于實(shí)現(xiàn)信息展示交互與發(fā)布功能。

1.2 柔性直流換流站

陸上換流站設(shè)置有工程師工作站、陸上換流站控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備（含閥控、閥冷、輔助）、交直流電源系統(tǒng)、電度表、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［20-22］、故障錄波系統(tǒng)、保信子站采集裝置、智能輔助控制系統(tǒng)、閥廳紅外測(cè)溫系統(tǒng)、海纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［23］、視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

海上換流站設(shè)置有海上換流站控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備（含閥控、閥冷、輔助）、交直流電源系統(tǒng)、電度表及電能匯集裝置、在線監(jiān)測(cè)采集裝置、故障錄波裝置、保信子站采集裝置、智能輔助控制系統(tǒng)采集裝置、閥廳紅外測(cè)溫系統(tǒng)前端設(shè)備、視頻監(jiān)視前端設(shè)備。各類二次系統(tǒng)的采集裝置和前端設(shè)備均納入陸上換流站的對(duì)應(yīng)二次系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮。

1.3 海上升壓站

在陸上換流站設(shè)置海上升壓站對(duì)應(yīng)的各二次系統(tǒng)的設(shè)備，包含工程師工作站、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)、升壓站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視主機(jī)、視頻監(jiān)視主機(jī)及前端設(shè)備。

海上風(fēng)電場(chǎng)升壓站內(nèi)設(shè)置有便攜工作站、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)、同步相量采集裝置、風(fēng)功率預(yù)測(cè)采集、電度表及電能匯集裝置、在線監(jiān)測(cè)采集裝置、故障錄波裝置、保信子站采集裝置、智能輔助控制系統(tǒng)采集裝置、視頻監(jiān)視主機(jī)及前端設(shè)備。

1.4 中間傳輸鏈路層

中間傳輸鏈路層分別通過(guò)海底光電復(fù)合纜，設(shè)置兩對(duì)SDH光端機(jī)，用于海上升壓站至海上換流站、海上換流站至陸上換流站之間的信息傳輸。海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度中心之間，通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

2 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能要求

一體化監(jiān)控系統(tǒng)由統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)和基于該平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)開發(fā)的集中監(jiān)控應(yīng)用組成，滿足升壓站、風(fēng)電場(chǎng)、柔性直流站等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的一體化集控需求［24-25］。系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所轄海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、海上換流站和陸上換流站數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和集中監(jiān)視，方便運(yùn)行人員及時(shí)掌握各電站的現(xiàn)場(chǎng)情況、運(yùn)行數(shù)據(jù)，加強(qiáng)海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站和柔性直流換流站安全生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)管和專業(yè)化指導(dǎo)，能夠?qū)崿F(xiàn)各子站設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控和各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視。一體化監(jiān)控系統(tǒng)主要涵蓋了實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制、輔助監(jiān)控及預(yù)警、生產(chǎn)運(yùn)行管理及應(yīng)用三大類應(yīng)用功能，如圖2所示。

圖2 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用功能結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Application function structure diagram of integrated monitoring system for VSC-HVDC transmission of offshore wind power

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制類

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)、升壓站和換流站設(shè)備運(yùn)行和電力生產(chǎn)情況的集中遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集處理功能

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類型包括模擬量、開關(guān)量。模擬量包括風(fēng)速、風(fēng)向、光照、溫度以及電壓、電流、有功及無(wú)功功率、閥冷系統(tǒng)測(cè)量等電氣模擬量和非電氣模擬量；開關(guān)量包括事故總信號(hào)、斷路器及隔離開關(guān)的位置信號(hào)、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、柔性直流系統(tǒng)的狀態(tài)/運(yùn)行方式/控制方式、閥冷系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)等；重要繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)和各類故障信號(hào)。

2.1.2 控制調(diào)節(jié)功能

一體化監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、柔性直流換流站內(nèi)開關(guān)、刀閘開合，改變變壓器的分接頭位置，投切無(wú)功補(bǔ)償裝置，直流運(yùn)行方式和控制方式的轉(zhuǎn)換，直流功率調(diào)節(jié)等控制調(diào)節(jié)功能。操作控制權(quán)正常情況下設(shè)置在一體化監(jiān)控系統(tǒng)，特殊情況下可切換至廠站層，操作控制權(quán)限控制點(diǎn)設(shè)在風(fēng)電場(chǎng)。所有控制功能具有嚴(yán)格的分級(jí)操作原則和閉鎖邏輯：就地、間隔層、站控層、集中監(jiān)控層，控制權(quán)限可實(shí)現(xiàn)分級(jí)保護(hù)。對(duì)各點(diǎn)的控制內(nèi)容如下：

1）海上風(fēng)電場(chǎng)控制；

2）海上升壓站控制；

3）柔性直流換流站控制。

2.1.3 防誤閉鎖

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)提供系統(tǒng)級(jí)一體五防功能，每次遙控操作均需檢測(cè)與所操作對(duì)象有關(guān)聯(lián)的設(shè)備，保證控制操作的安全。在一體化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行的操作進(jìn)行防誤閉鎖判斷。系統(tǒng)集成一體化的站控層防誤閉鎖功能，能對(duì)運(yùn)行人員的電氣設(shè)備操作步驟進(jìn)行控制、判斷和分析，以確定該操作是否合法、合理、安全和正確。

2.1.4 功率控制監(jiān)視

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)可以接收各廠站上傳的子站AGC系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括各廠站AGC調(diào)度指令、全站可增/減發(fā)有功量、全站可增/減發(fā)無(wú)功量、全站增/減有功閉鎖、全站增/減無(wú)功閉鎖、子站AGC運(yùn)行狀態(tài)等信息，由一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)AGC相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、集中查詢、展示。

2.2 輔助監(jiān)控及預(yù)警類

輔助監(jiān)控及預(yù)警應(yīng)用實(shí)現(xiàn)各廠站輔助設(shè)備數(shù)據(jù)采集，如風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)、升壓站在線監(jiān)測(cè)、換流站在線監(jiān)測(cè)、海纜監(jiān)測(cè)等輔控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各輔控系統(tǒng)進(jìn)行的統(tǒng)一監(jiān)視及預(yù)警。

2.2.1 風(fēng)功率預(yù)測(cè)

受各種不確定因素的影響，中長(zhǎng)期尺度的風(fēng)功率預(yù)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)較少，因此海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)超短期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)，接入各海上風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)的信息，實(shí)現(xiàn)功率預(yù)測(cè)的統(tǒng)一管理：數(shù)據(jù)接入、誤差統(tǒng)計(jì)、查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2.2.2 保信及錄波

保護(hù)及故障信息管理功能具備信息采集、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，具備系統(tǒng)信息的故障波形分析、保護(hù)裝置運(yùn)行管理、定值管理等應(yīng)用功能。

2.2.3 智能化運(yùn)維

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)智能化運(yùn)維主要實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、柔性直流換流站、交直流海纜等主要電氣設(shè)備的設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，以及對(duì)關(guān)鍵設(shè)備安裝地點(diǎn)以及周圍環(huán)境進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)和圖像監(jiān)視。利用智能視頻技術(shù)提升海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)各場(chǎng)站的無(wú)人值守水平和智能監(jiān)督管理水平，以滿足電力安全生產(chǎn)的要求，以及場(chǎng)站安全警衛(wèi)的要求。

2.3 生產(chǎn)運(yùn)行管理及應(yīng)用類

一體化監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)管理類應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)調(diào)度規(guī)范化、流程化和一體化管理的技術(shù)保障。生產(chǎn)管理類應(yīng)用主要包括生產(chǎn)運(yùn)行、專業(yè)管理、信息展示與發(fā)布、風(fēng)機(jī)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)、網(wǎng)頁(yè)發(fā)布等應(yīng)用。

2.3.1 生產(chǎn)運(yùn)行

生產(chǎn)運(yùn)行應(yīng)用主要包括：設(shè)備運(yùn)行管理、設(shè)備檢修管理、運(yùn)行值班管理3類功能模塊。

2.3.2 專業(yè)管理

專業(yè)管理應(yīng)用包含專業(yè)管理報(bào)表、文件/規(guī)定/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)程/規(guī)范管理、知識(shí)管理3個(gè)功能模塊。

2.3.3 信息展示與發(fā)布

信息展示與發(fā)布應(yīng)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行信息、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)信息、分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表、文檔資料等信息的展示和發(fā)布；提供各應(yīng)用的操作界面及多維動(dòng)態(tài)信息展示、資料搜索管理、分布式查詢、信息發(fā)布管理工具等展示手段和展示工具。

2.3.4 風(fēng)機(jī)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)

風(fēng)機(jī)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)著重于將遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)與風(fēng)機(jī)各個(gè)部件相關(guān)聯(lián)，重點(diǎn)研究采集的各類數(shù)據(jù)中兩兩之間的關(guān)系，在目前的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，常見的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)主要有：風(fēng)機(jī)功率曲線、葉片變槳傾角。

2.3.5 網(wǎng)頁(yè)發(fā)布

一體化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面支持B/S方式進(jìn)行發(fā)布，可在客戶終端進(jìn)行顯示，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽看到的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)的，用于電站運(yùn)維人員瀏覽、操作及生產(chǎn)管理使用。

3 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)通信方式研究

可靠的通信系統(tǒng)是海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。對(duì)于海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流送出這種全新的工程模式，需要在梳理各通信對(duì)象交互需求的前提下，研究各通信對(duì)象間的通信通道組織關(guān)系，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備研制水平，研究適用于各通信通道的通信規(guī)約。

3.1 通信通道組織關(guān)系研究

海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)信號(hào)交互對(duì)象可以分為海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、海上換流站、陸上換流站、一體化監(jiān)控系統(tǒng)等。按照通信對(duì)象的位置分布，物理通信通道只在風(fēng)電場(chǎng)與升壓站、升壓站與海上換流站、海上換流站與陸上換流站、陸上換流站與一體化監(jiān)控系統(tǒng)。各類業(yè)務(wù)通信物理通道如表1所示。

表1 各類業(yè)務(wù)通信物理通道Tab.1 Physical communication channel of various bussiness

3.2 通信規(guī)約

海上風(fēng)電柔性直流送出工程中多數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)均可通過(guò)統(tǒng)一的通信協(xié)議傳輸信息，基于現(xiàn)有技術(shù)水平，風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可采用IEC 60870-5-104［26］規(guī)約，各站點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)可采用IEC 60870-5-104［26］規(guī)約，同步相量數(shù)據(jù)可采 用IEC60044-8 FT3［27］規(guī)約，控制保護(hù)系統(tǒng)信息可采用IEC60870-5-103［28］規(guī)約，故障錄波信息可采用IEC61850［29］或者 IEC 60870-5-103［28］規(guī)約，電能采集系統(tǒng)信息可采用IEC 60870-5-102［30］規(guī)約，風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可采用SFTP協(xié)議、視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息可采用SIP協(xié)議。

輔助系統(tǒng)及在線監(jiān)測(cè)各個(gè)子系統(tǒng)多為分散獨(dú)立運(yùn)行、廠家眾多，沒有形成監(jiān)測(cè)信息統(tǒng)一的傳輸規(guī)范。根據(jù)場(chǎng)站現(xiàn)有輔助運(yùn)行設(shè)備的功能和通訊接口調(diào)研情況，各子系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)采集多采用Modbus通訊協(xié)議，為實(shí)現(xiàn)通訊接口規(guī)范和規(guī)約的統(tǒng)一，建議采用IEC 61850協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一系統(tǒng)建模。

4 海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)

根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)相關(guān)規(guī)定，海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)分為生產(chǎn)控制區(qū)、生產(chǎn)非控制區(qū)、管理信息區(qū)。

1）生產(chǎn)控制區(qū)：安全區(qū)Ⅰ包括柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、同步相量測(cè)量系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)。

2）生產(chǎn)非控制區(qū)：安全區(qū)Ⅱ包括故障錄波系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保信子站、智能輔助控制系統(tǒng)、閥廳紅外測(cè)溫系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)、海纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3）管理信息區(qū)：包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能運(yùn)維系統(tǒng)。

橫向隔離要求：生產(chǎn)控制區(qū)和生產(chǎn)非控制區(qū)之間由于數(shù)據(jù)交換較多，通信則設(shè)置具有訪問控制功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻或相當(dāng)功能的設(shè)施，實(shí)現(xiàn)邏輯隔離；生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息區(qū)之間通信，則設(shè)置電力專用橫向單向安全隔離裝置。

縱向安全防護(hù)要求：生產(chǎn)控制大區(qū)與電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的縱向連接處設(shè)置雙向縱向加密認(rèn)證裝置；管理信息區(qū)與電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置防火墻、VPN和租用專線等方式；同屬于控制區(qū)或非控制區(qū)或管理信息大區(qū)的各系統(tǒng)之間、不同位置的網(wǎng)絡(luò)之間若采用專線通信則設(shè)置一定強(qiáng)度的加密認(rèn)證措施。

5 運(yùn)行提質(zhì)增效成效

海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)通常存在多家投資主體，各家業(yè)主各自為陣配置運(yùn)行維護(hù)人力資源，帶來(lái)增加運(yùn)維成本、運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、運(yùn)維技術(shù)手段不全面、工作接口不清晰等問題，對(duì)于海上風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)維缺乏宏觀的統(tǒng)籌與整體規(guī)劃，增加了調(diào)度管理的難度。運(yùn)用海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中式運(yùn)維，將多個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)及輸變電設(shè)備在同一平臺(tái)下統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理、操作和調(diào)度，減少了受控海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行人員名額。此種運(yùn)維方式有利于技術(shù)人員共享技術(shù)支持，打破了各個(gè)不同子系統(tǒng)之間的互相孤立，促進(jìn)系統(tǒng)信息融合，對(duì)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘整合，減少運(yùn)維工作量和提升降低運(yùn)維效率。一體化監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，其對(duì)運(yùn)行的提質(zhì)增效的效果直接體現(xiàn)在運(yùn)行人員配置方面，如圖3所示。

圖3 運(yùn)行人員配置變化圖Fig.3 Operation personnet change chart

6 結(jié)語(yǔ)

海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)將分散的各類二次子系統(tǒng)信息在一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)內(nèi)整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)、海上升壓站、海上換流站、陸上換流站、交直流海纜的監(jiān)視與控制，并對(duì)各類數(shù)據(jù)實(shí)施統(tǒng)一管理，將海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)各遠(yuǎn)動(dòng)信息上送至電網(wǎng)調(diào)度中心，并接受電網(wǎng)調(diào)度的統(tǒng)一調(diào)度指令。該系統(tǒng)為海上風(fēng)電柔性直流送出系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理提供了有力的支撐。