風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

宋莉君，張 娜，楊阿滿（陜西省電力設(shè)計院,西安 710054）

風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

宋莉君，張 娜，楊阿滿
（陜西省電力設(shè)計院,西安 710054）

摘 要：本文論述了風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)的配置和功能。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機組;監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計

近幾年，在國家可再生能源法等相關(guān)政策的支持引導(dǎo)下，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，各風(fēng)電場裝機容量日益增加。有效地對風(fēng)電場風(fēng)力機狀態(tài)進行監(jiān)控，保證風(fēng)電機組并網(wǎng)運行的電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行，使整個風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)變得至關(guān)重要。

目前，風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控分為就地控制和遠端集中控制兩種控制方式，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的控制、保護、測量和信號采集以及與電網(wǎng)同期。遠端集中控制由中控室運行人員通過風(fēng)力發(fā)電機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)的人機接口，對風(fēng)電場內(nèi)所有風(fēng)力發(fā)電機組進行集中、遠方監(jiān)視和控制。

1　風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍

風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍主要包括以下各項：（1）風(fēng)力發(fā)電機組。包括風(fēng)力發(fā)電機組葉輪轉(zhuǎn)速、機艙振動、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、機組偏航情況、風(fēng)速、環(huán)境溫度、風(fēng)力發(fā)電機組溫度、功率、電流、電壓、電氣負載的連接、起動及停機過程、電網(wǎng)或負載丟失時的事故或故障、事故位置及事故機組數(shù)量等運行參數(shù)、安全保護信號、各設(shè)備的狀態(tài)和異常運行信號以及設(shè)備的控制等；（2）箱式變電站。包括箱式變高壓側(cè)負荷開關(guān)、熔斷器以及低壓側(cè)斷路器等元件的運行參數(shù)、保護動作信號、各設(shè)備的狀態(tài)信號和異常運行信號以及設(shè)備的投退控制等。

2　風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)作為風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)之一，一般由上位監(jiān)控工作站（包括工控PC機和服務(wù)器）、下位機系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)組成。（1）上位監(jiān)控工作站。上位監(jiān)控工作站是指布置在風(fēng)電場中控室的工控PC機和服務(wù)器。一臺上位監(jiān)控工作站可同時接收、處理多臺從下位機傳過來的風(fēng)電機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)上位監(jiān)控工作站分析處理后，以圖文、報表等形式實時顯示到人機界面，供工作人員查看，并且及時保存到數(shù)據(jù)庫中，作為歷史記錄文件，供以后查詢使用；（2）下位機系統(tǒng)。下位機系統(tǒng)指風(fēng)機的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立于上位監(jiān)控工作站在各種異常工況下單獨處理風(fēng)電機組故障，保證風(fēng)電機組安全穩(wěn)定運行的能力。每臺風(fēng)電機組的下位機系統(tǒng)均可與上位機進行實時數(shù)據(jù)交換，使上位監(jiān)控工作站能隨時了解下位機的運行狀態(tài)并對其進行管理和控制。下位機系統(tǒng)具有與上位機通訊聯(lián)系的專用通訊接口。

下位機系統(tǒng)由下位機、現(xiàn)場單元、通訊網(wǎng)絡(luò)組成。

下位機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

3　風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)功能

風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)風(fēng)電機組正常的啟動、停機、故障報警停機控制；運行狀態(tài)的監(jiān)測及各分系統(tǒng)正常運行控制；緊急狀態(tài)下機組安全控制等。（1）風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控工作站功能。風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控工作站主要實現(xiàn)讀取并顯示每臺風(fēng)電機組的瞬時運行和運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)；發(fā)送遠程控制命令如啟機、停機，左/右偏航，復(fù)位等；遠程查看并修改風(fēng)電機組運行設(shè)置參數(shù)；自動生成風(fēng)電機組的日運行報表、月運行報表、年運行報表；與風(fēng)電場下位機系統(tǒng)的通訊；（2）風(fēng)電場下位機系統(tǒng)功能。下位機系統(tǒng)應(yīng)按照風(fēng)機控制的工藝要求，實現(xiàn)風(fēng)機運行過程中的各種數(shù)據(jù)的實時檢測、風(fēng)機系統(tǒng)保護、通訊等功能，保證每臺風(fēng)機的安全運行。

4　風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求

（1）站控層設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備為上位監(jiān)控工作站，包括工控PC機和服務(wù)器，其中風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器與風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)合用，不單獨配置。工控PC機選用性能優(yōu)秀的主流工控機，采用中文Unix或Linux操作系統(tǒng)。操作員站應(yīng)能實現(xiàn)事件記錄及報警狀態(tài)顯示和查詢，圖形文件及報表顯示，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢，操作控制命令的下達等。當配置兩臺互為熱備用的操作員站時，當主機故障，備用機自動提升為主機、實現(xiàn)無擾動切換，不影響系統(tǒng)的實時性；（2）下位機。下位機采用DCS或可編程控制器（PLC），由風(fēng)電機組廠家成套供貨。由于大型風(fēng)力發(fā)電機組下位機控制系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)在300點左右，在故障檢測、自動復(fù)位及數(shù)據(jù)記錄功能的應(yīng)用時，使得數(shù)據(jù)計算量很大，因此下位機對同一時間、不同優(yōu)先級事件的發(fā)生，應(yīng)按照事件的重要程度執(zhí)行不同的掃描周期；（3）安全保護系統(tǒng)功能。風(fēng)電機組控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組重要核心部件，是風(fēng)力發(fā)電機組安全運行的根本保證，所以為了提高風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全性，控制系統(tǒng)中必須具有安全保護功能，以提高風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的安全可靠性。安全保護系統(tǒng)功能由風(fēng)電機組安全保護系統(tǒng)現(xiàn)場單元實現(xiàn)；（4）并網(wǎng)控制功能。風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備并網(wǎng)控制功能，完成風(fēng)力發(fā)電機組與系統(tǒng)的并網(wǎng)。大型風(fēng)力發(fā)電機組宜采用晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)，由大功率晶閘管和有關(guān)控制驅(qū)動電路組成，通過不斷監(jiān)測機組的三相電流和發(fā)電機的運行狀態(tài)，調(diào)節(jié)并網(wǎng)單元，以控制發(fā)電機的端電壓，在電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，旁路接觸器動作，將主回路晶閘管斷開，并網(wǎng)成功；（5）通信網(wǎng)絡(luò)。下位機控制系統(tǒng)接入風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)中。上位監(jiān)控工控PC機直接從風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)中采集風(fēng)電場數(shù)據(jù)并下發(fā)控制指令等，完成風(fēng)力發(fā)電機組的監(jiān)控。

5　結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控機組的運行參數(shù)，對機組運行進行控制，并存儲信息，還可以根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，提高機組的運行效率和發(fā)電量。

參考文獻：

[1]楊文華.風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢綜述[J].寧夏電力,2011(04):51-56.

[2]陳永祥.關(guān)于我國大型風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)展與現(xiàn)狀的分析[C].第78場工程科技論壇暨第五屆長三角科技論壇——能源安全與可持續(xù)發(fā)展論文集.2008:111-116.