浅谈风电场远程集中监控整体实施方案

浅谈风电场远程集中监控整体实施方案

李文燕

（国电电力内蒙古新能源开发有限公司内蒙古呼和浩特010040）

摘要：本文所述的风电场远程集中监控中心整体实施方案，是以风电场无人值班、少人值守的总体目标进行设计，设计实现了对风电场风力发电机组的安全远程集中监控，具备监视同步、安全控制、准确的故障报警、调度电话、智能报表、运行分析等功能。依托本方案实施的风电场远程集中监控系统，为风电场实行统一指挥、统一调度、统一管理提供了条件；远程集中监控系统适应风场分散管理的需求，且对现场设备达到了立体监视与控制，并支持合理的安排人员调配和设备检修计划，使资源得到充分利用，提高风电场经济效益。

关键词：远程集中监控风电场风力发电机组

1前言：

随着风力发电技术的普及应用，现代化风力发电场数量越来越多，分布相对分散，机型多种多样，这对风力发电场统一监控及管理带来诸多困难。为了解决上诉问题，通过建立远程集中监控中心，将统一管辖的风力发电场集中到一套监控系统中，既避免了多种机型多套SCADA监控系统给监视控制带来的不便，又可以实现对风力发电场的统一管理，实现风电场“无人值班，少人值守”的运维模式的转变，提高风电场的管理水平，深化风电场的运维管理模式，达到降本增效的良好效果。

2风电场远程集中监控系统整体架构

2.1整体设计方案

2.2系统主要硬件说明

本系统需要2台实时数据库服务器，来支持集控系统大数据、高密度的存储；6台数据服务器，来支持风场侧数据缓存，集控系统断点续传功能；2台应用服务器：支持远程集中监控系统升级部署。4台KVM服务器，支持风场远程设备管控。

3远程集中监控系统的基本功能设计

3.1监视同步

为了实现风电场无人值班，少人值守的目标，首先要求远程集中监控系统数据刷新频率与数据完整性与风电场侧的SCADA系统保持同步，本方案解决方法如下所述：

3.1.1解决风力发电机组数据刷新频率同步的方案

一般远程集中监控系统采集的风力发电机组设备数据是通过厂商的程序进行转发获取，数据的时标存在延迟，由于数据在接入远程集中监控系统的链路上程序节点过多，不仅仅损失的是时效且多项数据同步存在明显差异（举例说明：风力发电机组的风速、功率应该成对刷新，而非独立刷新），为了解决此问题，本方案采用直接从风力发电机组塔底屏进行数据接入，其优势如下：

（1）数据测点与原有厂商程序转发提供的测点更完整；

（2）数据采集频率与现场scada系统保持一致，稳定在1~2秒；

（3）风力发电机组设备断电只影响单台风力发电机组，不会形成因通讯带来的大面积设备离线；

（4）数据时标采用风场现场设备通过GPS对时，数据同步性提高；

（5）减少了多方程序转发带来的数据异常。

3.1.2解决数据采集全面性的方案

本方案将大量的设备数据，和风电场侧数据进行了接入，涵盖了数据、视频、声音等信息，具体内容如下：

（1）风力发电机组scada数据：风力发电机组塔底屏接入，通过GPS对时系统进行对时，保证了数据实时性、完整性、准确性；

（2）变电站数据：接入了遥测数据、遥信数据、遥脉数据、遥调数据；

（3）电计量数据：通过102协议（带时标）传输，确保了电量计算的准确性；

（4）风功率预测数据：接入了短期功率预测、超短期功率预测数据；

（5）测风塔数据：风向、密度等数据；

（6）风力发电机组视频信号数据接入；

（7）现场设备远程数据信号接入。

3.1.3解决数据采集完整性的方案

本方案在各个风电场侧的安全区内安装了数据存储服务器，与现场的安全网络链接，用以解决设备数据的完整性，具体如下：

（1）缓存：大硬盘、可扩展服务器支持存储缓存设备采集的数据；

（2）续传：采集支持断点续传功能，通讯恢复后将磁盘或内存数据恢复传送集控中心；

（3）可靠：与现场通讯控制器形成备用方案，保障系统采集可靠性；

3.2设备安全控制

本方案按照“电力监控系统安全防护规定”要求，风场侧按照安全分区分为安全I区、II区分别采集场内信息。I区与II区分别配置通信管理机采集各安全区内信息，II区信息经过防火墙传输到I区。安全I区数据服务器，采集站内所有信息，上传至主站层的安全I区，并接收远程集中监控系统下发的控制命令。远程集中监控系统侧由基于CS模式的远程控制系统以及B/S结构的远程监控系统组成，分别部署在安全I区与安全II区。严格执行“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向加密”的电力二次防护要求。同时为了确保设备控制的安全性及操作的可追溯性，本方案中增加了风力发电机组设备安全控制业务扩展功能，具体内容如下：

（1）控制功能加入了二次授权控制，增加了控制设备的安全性；

（2）控制功能加入了安全控制策略要，针对不同的控制命令要完全符合相应的控制策略进行操作，避免错误操作，提高了控制安全性；

（3）控制功能加入了风力发电机组锁定功能，对于锁定的风力发电机组不会执行任何控制命令；

（4）控制功能命令下达传输，采用光耀开发的控制协议，具备加密、解密、向随机确认等安全策略；

（5）自定义控制命令菜单，根据不同的原因进行控制，与集控系统交互并记录日志；

具备控制日志功能，与集控系统进行融合，用于统计和分析操作过程；

加入了风力发电机组控制命令成功策略校验，并以提示框的方式进行反馈。

3.3远程集中监控系统准确的故障与报警提醒和处理

本方案数据采用了风力发电机组塔底屏数据接入的方式，具备了同风电场scada系统一样的原始数据，同时又保证的数据的刷新频率，再通过用分布式的计算程序通过多线程的处理，对于风力发电机组故障测点的分析实时性与风电场scada系统保持一致的准确性，且具备交互的能力，采用本方案设计具体特点如下：

（1）远程集中监控系统的报警与scada现场一致；

（2）远程集中监控系统的报警结合厂商的故障分类，根据经验进行二次分类；

（3）远程集中监控系统的报警信息能够直接以分类的形式展现；

（4）展现内容包括：类别、时间、中文描述、英文描述、故障代码；

（5）报警故障信息人工确认，具备交互功能，并记录到当日报表；

（6）风力发电机组、SOE、阈值、通讯中断等报警均以不同的声音，闪烁等形式进行提醒。

3.4调度电话系统的实施

本方案设计引入了调度电话系统，是无人值班、少人值守目标的重要环节，调度电话系统在电力行业中有着广泛应用，可直接通过设置接通风场电话，并实现一键拨号功能，调度电话具备的功能如下：

1）具备普通电话的通话功能；

2）电话机本身军备广播功能，来电能够自动接通，并能够通过高音喇叭将通话广播出来，实现远程调度；

3）电话机本身具备自动挂机功能，即忙音检测，当对方挂机后，电话能够进行忙音检测信号并实现自动挂机，以防止因无法挂机而导致电话打不进来的情况出现；

4）特殊情况外置警灯，来电有灯光提醒。

3.5智能报表功能

本方案的智能报表功能是基于运行工作整个业务流程进行设计。远程集中监视系统是基于B/S结构开发，风力发电机组控制系统是基于C/S结构开发，监视系统与控制系统均在安全区内，报表统计是通过这两个系统紧密结合，最终实现风力发电机组状态转变或控制命令改变后自动进行报表统计，实现报表记录的智能化。这样将控制指令、日志与报表功能相结合进行报表记录，大大减少了人工录入的时间，为减少人力成本奠定了基础，是报表功能建设的新思路。具体设计说明：

1）风力发电机组非计划停机报表闭环处理：运行监视报警（自动采集，确认进入）→自动进入风力发电机组非计划停机情况登记表（及时查看和确认）→缺陷联系单下发现场检修人员→检修完毕后自动补充结束时间（自动按照规则进行补充结束时间）→检修人员填写缺陷现象、缺陷处理过程→记录完成。

2）风力发电机组计划停机报表闭环处理：风力发电机组状态变为“正常维护”状态→该风力发电机组及停机开始时间自动补充到相应记录→运行人员补充计划维护内容→计划检修完毕后自动补充结束时间（自动按照规则进行补充结束时间）→记录完成。

3）远程集中监控系统报表在B/S系统中，与C/S控制软件进行结合使用，例如对于“风力发电机组齿轮箱油温高限转速”操作指令下达后，控制日志触发B/S系统自动记录该台风力发电机组限转速原因、开始时间，并根据指定的原则，自动补充限转速结束时间与损失电量。

3.6运行分析功能

本方案通过实时历史数据库的接口功能，查询历史数据，结合风力发电机组报警功能、预警功能、风功率曲线、测点历史曲线对设备进行分析，实现功能如下：

（1）在不切换监视系统页面的前提下，直接通过曲线图表的方式查看测点的历史曲线；

（2）可自定义查询开始、结束时间，自定义频率，且以双轴曲线方式显示，默认功率；

（3）支持单台、多台风力发电机组不同测点的数据曲线对比；

（4）支持单台、多台风力发电机组风功率曲线拟合对比；

（5）支持时间轴拖动方式，单台、多台风力发电机组不同测点的数据曲线回放。

4远程集中监控系统备用系统KVM功能应用

基于风电场无人值班，少人值守的目标，本方案设计了KVM系统，该系统与远程集中监控系统相互独立，通过KVM系统实现了风电场的各设备管控，其核心意义是保证在远程集中监控中心侧可以像在风电场一样去进行设备运行管理工作，并可以作为远程集中监控系统的备用系统，增强了可靠性，KVM系统特点如下：

（1）更底层的电信号方式传输，支持远程设备重启而不会中断；

（2）接入各风场的scada系统、能量管理平台、升压站、AGC、AVC、调令平台等设备；

（3）使用分屏软件集中展示各设备实时数据和画面，支持视频、声音提醒等功能，并可以进行切换和操作；

（4）集控中心可根据自身软件平台，切换和打开风场的设备。

5结论

本方案按照“电力监控系统安全防护规定”要求的前提下，以“无人值守，少人值班”的核心目标进行设计和建设，远程集中监控系统具备了监视同步、安全控制、可靠报警、调度电话、智能报表、运行分析等功能，保证了实现目标的可行性，同时也具备了KVM远程设备管控系统的辅助系统，增加了整体设计和建设的可靠性。基于本方案，可以全面开展风电场整体经营活动分析、监控风电场运营状态，指导风电场检修管理，提高风电场盈利能力。

参考文献

[1]黄小鉥,翟长国,郭剑虹,吴福保,姚虹春.光伏电站远程数据中心系统架构设计[J].电力系统自动化,2011,35(7):61-63

[2]林小进,杨善水,王莉,龚春英.非并网风电SCADA系统设计[J].电力系统自动化,2008,32(21):87-90.

[3]谭秋菊.浅谈电力系统远程监控的相关问题思考[J].无线互联科技,2012,(10)：137-138.

作者简介：

李文燕（1985-），女，内蒙古呼和浩特人，助理工程师，风电场远程集中监控。