風電場遠程集中監控系統設計與實現

姜鑫，許偉，吳勇才

(湖南大唐先一科技有限公司，湖南長沙 410007）

風電場遠程集中監控系統設計與實現

姜鑫，許偉，吳勇才

(湖南大唐先一科技有限公司，湖南長沙 410007）

采用遠程集中監控系統，通過對各個監控系統的整合，實現系統管理的各項功能要求，使得管理機構能及時方便地在不同地點了解所屬風電場的運行情況和發電狀況，從而突破區域和距離的限制，保證風電場安全、可靠、經濟運行監控與管理，提高運行管理水平。

風力發電;風電場;遠程監控

2011年中國全年新增風電裝機容量 17.63 GW，全國累計裝機容量62.36 GW，繼續保持全球風電裝機容量第1的地位。2012年國內風電市場發展將延續2011年的發展趨勢，新增裝機將維持在15～18 GW。到2015年，風電裝機將達到100 GW。分布式風電的比重會進一步提高，但仍然以規模化開發和陸上風電開發為主，分布式的比例最高可達到 30%〔1〕。

隨著各發電集團在風電的不斷投入和現有風場的擴建，風場的數量和風場裝機容量迅速增長，但存在不同廠家風機、控制系統相互獨立、分散監控等而生產數據分散、形成信息孤島、人員利用率有待提高、風電生產信息難以及時匯總和上報等急需解決和完善的問題。

基于此，提出在區域建立遠程集控中心，建立統一監控一體化平臺，實現對多個風場的集中化管理。通過此平臺的建設，實現風場“無人值班、少人值守、區域管理”的集中監測和遠程控制管理模式，以規范所屬風場業務處理流程，提高人員利用率、提升管理效率和綜合競爭能力，減少運行維護成本，逐步建立一套科學完整的運營管理體系。

1 系統總體設計

1.1 設計思路

1)監視控制遠程集中化。采用“物理集中、標準統一、流程規范、管理高效”的方式建設本系統，以風電公司的區域為中心，將硬件、軟件、數據、業務等集中統一管理，實現遠程集中監視與控制。

2)控制規程標準化。通過設置崗位、流程、制度等相關信息，實現控制指令，下發業務辦理流程的規范化、標準化，自動記錄流轉軌跡，達到可追溯、可跟蹤、可考核的目標。

3)預警提醒人性化。建立控制節點等預警機制，以綠燈、黃燈、紅燈等標識直觀展現，并以郵件、辦公助手、手機短信等多種手段在不同時限向本人、直接領導、上級領導進行自動提醒和預警。

4)監控事項標識化。利用色彩對視覺的沖擊，對不同事項進行相應的色標定義，達到直觀效果。

5)數據交換自動化與通訊規程多樣化。通過數據通訊底層轉換機制，靈活配置通訊規程，針對不同風機廠商不同控制系統的通訊規程要求，實現系統靈活擴展。

1.2 系統總體結構

風電遠程集中監控系統主要對風電場風機、變電站實現遠程監控以及其他輔助性功能，系統結構如圖1。

圖1 系統結構圖

遠程集中監控系統包括風電機組監控子系統、變電站監控子系統、告警系統、視頻監視子系統、統計分析報表子系統幾大核心子系統以及WEB發布系統，并向生產信息系統以及其他外部應用系統提供數據;系統應用層是區域調度系統的核心部分，所有數據的處理、存儲、分析都在數據采集/控制傳輸平臺中完成。

數據采集子系統從位于各風場風機SCADA系統、變壓站控制系統、視頻監控系統采集相關數據，并通過傳輸通道上傳到主站數據平臺。

機組控制子系統接收風電機組監控子系統、變電站監控子系統的控制指令，將指令轉換為原有控制系統的指令格式，對風機、變壓站等設備進行控制。

2 系統功能設計

2.1 風電場實時監視

風場信息監視是對風電場總體生產運行、報警信息進行監控管理，包括風場地理信息圖、風機列表信息、主要運行參數信息、風機指標對比及風場玫瑰圖展示。

2.2 風機實時監控

1)風機監視。風機參數監視是對各臺風機按不同分組進行詳細的信息展示，以圖形化的部件或電路圖進行數據展示。頁面數據動態刷新，刷新周期為秒級。同時，可以查看指標的歷史實時數據變化趨勢。包括:風機參數監視、風機主要聯機參數展示、風機主要狀態參數監測、趨勢分析、風機運行日志管理、運行報警等功能。

2)風機控制。風機控制部分通過遠程集控中心操作站對所屬風場風機進行遠程控制，包括單臺風機控制和多臺風機控制。具體功能如下:

①單臺風機控制主要包括風機的啟動、停止、復位、風機功率調整等操作。

②多臺風機控制主要包括對多臺風機的功率總限制值進行控制。運行人員通過獲取電網的負荷指令，對此負擔此負荷風機設置總的負荷指令。

③為保證風機發電的正常運作，采用操作權限切換機制來實現對風機控制權限的轉換。調度中心與現場權控制權的優先順序是:就地優于風場子站，風場子站優于區域調度中心〔2〕。

④一個系統同時只能執行一個操作。進行控制操作時，必須對操作人員進行控制權限和口令確認驗證，雙席操作時，還需對監護人員進行口令確認驗證。操作時按選點、校驗、執行3個步驟進行。操作的起始和結束通過畫面和信息窗口提供相應提示。

2.3 變電站監控系統

1)變電站集中監視。變電站集中監視對通過一臺操作站對所接入的風場進行集中監視，主要監視的方面包括實時監視、運行告警、事故追憶和在線統計功能等。

①實時監視。通過展示變電站一次系統的接線圖，實時監視各項指標的實時狀態和有關的實時參數值，包括監測變電站相關設備的電力參數、其他測量裝置的數據。

②運行告警。告警處理分2種方式:事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限復限、監控系統的各個部件、間隔層單元的狀態異常等。可對隨時出現的故障進行聲光、語音報警。

③事故追憶。當變電站一次設備出現故障時，將引起繼電保護動作、斷路器跳閘，事件順序記錄功能應將事件過程中各設備動作順序，帶時標記錄、存儲、顯示、打印，生成事件記錄報告，供查詢。系統保存不少于3年的事件順序記錄條文。事件記錄分辨率≤2 ms。

④在線統計。利用強大的數據計算引擎，對相關數據從各個角度進行計算統計分析，對主要數據計算最大值、最小值、平均值、累計值;對關鍵數據進行趨勢統計分析等，利用圖形平臺，對數據分析結果進行各種形式的、動態的展示〔3〕。

2)變電站控制。通過集控站方式來控制。監控中心、變電站均可進行模擬預演，檢驗操作票，并輸出正確的操作程序給監控系統和電腦鑰匙，然后逐項進行強制閉鎖操作。操作完畢后，可在任意子站或主站回傳操作信息，刷新主接線設備狀態。

①一個系統同時只能執行一個操作。進行控制操作時，必須對操作人員進行控制權限和口令確認驗證;雙席操作時，還需對監護人員進行口令確認驗證。若系統設置控制設備號校驗要求時，還需對用戶輸入開關設備號進行校驗。應具備選點超時自動撤銷功能。

②監控系統的控制權限在區域調度中心、風場子站及就地三級中均能實現以上要求的控制功能。控制權的優先順序是:就地優于風場子站，風場子站優于區域調度中心。

③程序化控制可以完成一次設備由運行轉冷備用或由冷備用轉運行的操作，包括相應二次設備狀態的調整等。提供友好的程序化操作界面，顯示操作內容、步驟及操作過程等信息，支持開始、終止、暫停、繼續等進度控制，并提供操作的全過程記錄。控制執行過程中檢查防誤邏輯，保證各類程序化操作通過五防校驗，對一次設備的操作加入對控制操作后的驗證。監控后臺分在線執行和模擬執行2種方式，可以在在線執行前進行模擬執行，以檢測順控是否可以執行完畢。以圖形方式組態顯示和操作，執行后的流程回放，便于事后分析事故處理的歷史記錄及控制失敗的詳細原因。支持單步執行方式，對流程可以進行加鎖、解鎖。

3)五防系統。為保證變電站操作的安全進行，所有在變電站的控制操作，需要在五防系統上進行預演，模擬變電站操作的全部過程，并將操作步驟以及操作結果顯示出來，完成整個預演過程，以防止用戶進行誤操作。

2.4 告警系統

告警管理主要是對各風場風機的狀態變化、風機控制系統產生的告警信息、變電站告警信息和用戶自定義的告警指標通過實時計算形成的告警信息進行綜合管理的平臺。系統對產生的告警信息歸類、分級別和重要程度進行信息的及時展示和提示〔4〕。

2.5 報表管理系統

統計分析報表為用戶對數據的分析、利用和處理提供了統一的解決方案，它能自動分類統計并產生相應的報表，減少繁重的手工統計過程，并能通過分析報表有效指導用戶進行同類問題分析，主要包括:生產綜合報表、產能分析報表、常用標準格式報表、自定義查詢報表等。

2.6 趨勢對比系統

功能強大且統一的數據趨勢查看對比子系統，可以對風機各類指標的歷史值、實時值和統計值(日、周、月、年)的趨勢進行查看和曲線對比功能，可以自選查詢周期，查詢結果可以導出。

2.7 視頻監控系統

遠程視頻監視是對風場變電站、風機的主要部件采用攝像頭進行視頻監測，供遠程用戶進行訪問和控制。管理人員可以在遠程對各風機進行實時的檢測，及時了解各風機的運行狀態和運行環境。逐步實現無人值班及少人值守的目的。

3 結束語

本系統可突破區域和距離的限制，使風電管理人員、技術人員可以實時、全面地掌控遠在百里之外的風電場生產運行情況，從而進行整體、有效的風電場安全、可靠、經濟運行監控與生產管理，提高了生產管理水平〔4〕。

〔1〕李俊峰.2012中國風電發展報告〔M〕.北京:中國環境科學出版社，2012:1-25.

〔2〕段斌，林媛源，黃凌翔.風電場監控通信安全解決方案〔J〕.電力系統自動化2009，33(12):101-105.

〔3〕閆磊.風電遠程集中監控系統的建設與應用〔J〕.華東科技:學術版.2012，11:24-25.

〔4〕楊文華.風電場監控系統現狀和發展趨勢綜述〔J〕.寧夏電力.2011(4):51-56.

Design and realization of wind farm remote centralized monitoring system

JIANG Xin，XU Wei，WU Yong-cai
(Hunan Datang Xianyi Technology CO.，LTD，Changsha 410007，China)

The remote centralized monitoring system management of the functional requirements is realized through the various surveillance systems integration，so operation and power generation status of wind farms can be grasped timely and conveniently in different locations.Thus breaking regional and distance constraints ensures wind farms safe，reliable and economic operation and monitoring，and improves operation and management level.

wind power generation;wind farms;remote monitoring

TM614;TM76

B

1008-0198(2014)02-0053-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.017

2013-06-18