風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

陳丙文，肖立家，宋艷君

（大唐山東發(fā)電有限公司，山東 青島 266500）

0 引言

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，日益引起世界各國(guó)的注意，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已基本趨于成熟。在大型的風(fēng)電場(chǎng)中有幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)風(fēng)力機(jī)，同時(shí)一個(gè)風(fēng)力發(fā)電集團(tuán)擁有多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，多個(gè)風(fēng)場(chǎng)分散于各地，并且多處于偏僻，不但給風(fēng)電公司的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)很大困難，也給電網(wǎng)的調(diào)度和電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)很多問(wèn)題。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)安全可靠的風(fēng)電場(chǎng)通信與信號(hào)系統(tǒng)，具有對(duì)所監(jiān)控的風(fēng)電機(jī)組群實(shí)施遠(yuǎn)程運(yùn)行優(yōu)化與控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出力和對(duì)無(wú)功及電壓的調(diào)節(jié)（AGC和AVC控制），保證大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組群并網(wǎng)后的電能質(zhì)量，以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為確保高效推進(jìn)大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組群并網(wǎng)、電網(wǎng)實(shí)行“統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理”，推動(dòng)風(fēng)電等新能源安全可靠并網(wǎng)、持續(xù)健康發(fā)展提供了有效的技術(shù)保障。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 總體需求

大唐山東發(fā)電有限公司通過(guò)在青島構(gòu)建集控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)公司所屬風(fēng)場(chǎng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。監(jiān)控內(nèi)容包括對(duì)各風(fēng)場(chǎng)所有風(fēng)電機(jī)組、升壓站、氣象站、箱變系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，對(duì)監(jiān)控室等重要設(shè)備及區(qū)域的視頻監(jiān)控，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各風(fēng)場(chǎng)的AGC和AVC控制，保證大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組群并網(wǎng)后的電能質(zhì)量，以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備故障遠(yuǎn)程專(zhuān)家在線診斷，提高風(fēng)電設(shè)備可用率和運(yùn)行維護(hù)管理水平。

1.2 風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心

實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心主要包括動(dòng)力間、設(shè)備間、監(jiān)控室，動(dòng)力間主要配置UPS不間斷電源系統(tǒng)，設(shè)備間配置機(jī)柜、服務(wù)器、交換機(jī)等各種設(shè)備，監(jiān)控室配置操作員臺(tái)、工作站、工程師站、大屏顯示等設(shè)備。

1.3 集控系統(tǒng)

通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序，將各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、升壓站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)四遙數(shù)據(jù)、電計(jì)量數(shù)據(jù)、升壓站保護(hù)信號(hào)數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集至集控中心。同時(shí)，以SCADA軟件、采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)信息維護(hù)、監(jiān)控畫(huà)面、控制與調(diào)節(jié)、告警、事件順序記錄（SOE）、事故追憶（PDR）、預(yù)測(cè)與規(guī)劃、歷史數(shù)據(jù)管理、報(bào)表、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)權(quán)限控制等模塊。

1.4 風(fēng)電場(chǎng)視頻監(jiān)控

通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)場(chǎng)重要地點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在各風(fēng)電場(chǎng)側(cè)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)專(zhuān)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)角鄭u集中監(jiān)控中心進(jìn)行展示，并可以按照需要，在集控側(cè)對(duì)視頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1 總體概述

風(fēng)電場(chǎng)群集中監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、SCADA系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，遵循集約化、流程化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采集RTU/綜自設(shè)備、電能量遠(yuǎn)方終端、風(fēng)電綜合通信管理終端、視頻監(jiān)控設(shè)備等提供的信息，完成對(duì)接入風(fēng)電場(chǎng)升壓站監(jiān)控、風(fēng)機(jī)監(jiān)控、風(fēng)機(jī)箱變、電能計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等監(jiān)控應(yīng)用功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大唐山東發(fā)電有限公司風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分按照冗余方式進(jìn)行建設(shè)，系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)切換。硬件平臺(tái)包括應(yīng)用主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的選型與集成，整個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

穩(wěn)定性：采用硬件整機(jī)冗余、電源等重要部件冗余，采用高性能、高可靠性的設(shè)備，確保整個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性，減少甚至消除單點(diǎn)故障，為了避免市電臨時(shí)斷電對(duì)系統(tǒng)造成影響，配置一套UPS不間斷電源系統(tǒng)。

可擴(kuò)展性：采用模塊化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及高性能可擴(kuò)展的服務(wù)器，確保整個(gè)平臺(tái)的可擴(kuò)展性，方便后期系統(tǒng)的升級(jí)、擴(kuò)展。

安全性：整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用雙星性結(jié)構(gòu)、專(zhuān)線接入，保證平臺(tái)的安全性。

適用性：根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，選擇性?xún)r(jià)比高的設(shè)備，確保平臺(tái)適用，提高投資回報(bào)率。

先進(jìn)性：平臺(tái)選用的設(shè)備大多采用先進(jìn)的技術(shù)。

2.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)重要部分，必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性、先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。保證視頻監(jiān)控視頻源傳輸?shù)募皶r(shí)、安全。視頻錄像歷史存儲(chǔ)為1個(gè)月，保證穩(wěn)定性，并兼顧經(jīng)濟(jì)性。

視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能。視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻、音頻瀏覽，視頻回放，報(bào)警信息、用戶(hù)權(quán)限配置管理等。

視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸通道要求。受控風(fēng)電場(chǎng)站視頻信息至集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸，采用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)方式或2M或4M專(zhuān)線傳輸方式。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主頁(yè)面包括系統(tǒng)名稱(chēng)、系統(tǒng)菜單、接入的風(fēng)場(chǎng)地理分布圖。

系統(tǒng)菜單包括風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)、系統(tǒng)管理五部分菜單按鈕。

風(fēng)場(chǎng)地理分布圖為系統(tǒng)主界面的一部分，形象的展示集控中心所屬風(fēng)電場(chǎng)的地理分布情況和各風(fēng)場(chǎng)總體運(yùn)行情況。

3.2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控

風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)立體分布圖。風(fēng)場(chǎng)立體圖使用三維立體形式，顯示風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)分布、分組及各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況。風(fēng)機(jī)主要參數(shù)包括風(fēng)機(jī)編號(hào)、分組、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、風(fēng)速、功率。

風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)平面分組分布圖。風(fēng)場(chǎng)平面分組圖左邊以樹(shù)狀菜單形式顯示風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)分組情況，右邊以列表平面圖的形式顯示具體每組風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)平面圖中顯示風(fēng)機(jī)的平面模型及風(fēng)機(jī)主要參數(shù)。

風(fēng)機(jī)詳細(xì)監(jiān)控畫(huà)面。風(fēng)機(jī)監(jiān)控畫(huà)面分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史記錄兩個(gè)標(biāo)簽頁(yè)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面按類(lèi)別顯示單臺(tái)風(fēng)機(jī)的所有重要參數(shù)的實(shí)時(shí)值，并可以根據(jù)需要顯示部分參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線圖。歷史記錄畫(huà)面中包括10 min記錄，歷史故障與報(bào)警等數(shù)據(jù)。

功率曲線。風(fēng)機(jī)出廠都具有一條額定功率曲線，系統(tǒng)每小時(shí)或每天實(shí)時(shí)計(jì)算功率與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以點(diǎn)的形式放在額定功率曲線圖中進(jìn)行對(duì)比（散點(diǎn)圖與曲線圖相結(jié)合）。

3.3 升壓站監(jiān)控

主接線圖。主接線圖升壓站主變高低壓側(cè)線路圖，主接線圖實(shí)時(shí)顯示主變高低壓側(cè)線路的遙測(cè)、遙信、遙脈量的值，并且對(duì)線路上的斷路器等重要設(shè)備進(jìn)行控制。

各分線圖。各分線圖為風(fēng)場(chǎng)各集電線路、站變線路、PT線等線路圖，各分線圖實(shí)時(shí)顯示各分線圖上的遙測(cè)、遙信、遙脈量的值，并且對(duì)線路上的斷路器等重要設(shè)備進(jìn)行控制。

保護(hù)信號(hào)。保護(hù)信號(hào)模塊顯示各風(fēng)場(chǎng)保護(hù)信息子站接入的各種保護(hù)信號(hào)，可以分線路、設(shè)備等條件進(jìn)行保護(hù)信號(hào)的查詢(xún)。

實(shí)時(shí)歷史曲線。實(shí)時(shí)歷史曲線模塊可以實(shí)時(shí)顯示各風(fēng)場(chǎng)升壓站監(jiān)控中遙測(cè)量的值，形成實(shí)時(shí)曲線，也可以進(jìn)行歷史查詢(xún)顯示各遙測(cè)量的歷史曲線。

歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。歷史數(shù)據(jù)報(bào)表模塊可以根據(jù)選定的時(shí)間區(qū)間進(jìn)行遙測(cè)量歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)。

3.4 報(bào)表系統(tǒng)

集控運(yùn)行報(bào)表為固定時(shí)間區(qū)間、數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)計(jì)樣本的報(bào)表，包括大唐山東新能源有限公司風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)情況日?qǐng)?bào)表，生產(chǎn)指標(biāo)周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)，各接入風(fēng)場(chǎng)的電度表讀數(shù)、電量、發(fā)電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等報(bào)表。

3.5 故障報(bào)警

實(shí)時(shí)報(bào)警。實(shí)時(shí)報(bào)警包括風(fēng)機(jī)監(jiān)控和升壓站監(jiān)控的所有報(bào)警信息，實(shí)時(shí)報(bào)警模塊能實(shí)時(shí)顯示各種報(bào)警信息，運(yùn)行值班員可以根據(jù)報(bào)警信息了解風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行情況，根據(jù)故障報(bào)警信息安排相應(yīng)的檢修等工作。

歷史報(bào)警。歷史報(bào)警模塊可以查詢(xún)固定時(shí)間區(qū)間（日、月、年）里的歷史故障和報(bào)警，也可以自定義時(shí)間區(qū)間查詢(xún)歷史故障和報(bào)警列表，可以根據(jù)報(bào)警類(lèi)型或報(bào)警設(shè)備類(lèi)型查詢(xún)歷史報(bào)警信息。

4 結(jié)語(yǔ)

受日本福島第一核電站核燃料泄漏事故的影響，包括風(fēng)電在內(nèi)的可再生能源項(xiàng)目會(huì)越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，同時(shí)大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組的管理模式也會(huì)越來(lái)越受到重視，就風(fēng)電場(chǎng)群集中監(jiān)控工程系統(tǒng)需求、總體架構(gòu)及系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)探討了風(fēng)電場(chǎng)群集中監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能等內(nèi)容，為風(fēng)電機(jī)組集中監(jiān)控管理模式提供了借鑒。隨著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展及集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，風(fēng)電場(chǎng)群集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能一定會(huì)越來(lái)越成熟，成為推動(dòng)風(fēng)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，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)“少人值守，無(wú)人值班”的運(yùn)營(yíng)新模式。