大型風電場中央監控系統的研究

李金輝

摘 要：本文介紹了某大型風力發電場中的一個中央監控系統，包括監控系統網絡結構、監控系統原理、軟件模塊組成和實際運行效果。

關鍵詞：風力發電 中央監控 網絡拓撲 人機交互界面

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0008-02

1 概述

本文介紹了某大型風力發電場中的中央監控系統，考慮到風電場運行管理要求，使用友好的中/英文人機界面，通過與風機前置適配器的結合獲得風機的各個實時數據并選擇存入數據庫中，通過分析處理、顯示、統計等一系列的過程來完成對風電場各個風機的自動化監控，并以圖形或列表界面形式顯示風機運行的主要信息。它采用C/S結構設計，以各個風機主輪詢方式實現風機數據的實時顯示，以各個風機單獨查詢方式實現選定風機的實時詳細狀態顯示，以控制命令下達方式實現對選定風機的遠程控制。

2 中央監控系統網絡結構

風場一般建在開闊地帶，氣候環境比較惡劣，容易遭到強雷擊侵擾，風電設備本身工作時的機械振動和電磁輻射較大，因此，對監控系統通信設備的可靠性要求很高，所以實時、可靠和抗惡劣環境的工業以太網成為電力工業聯網和控制通訊的首選。中央監控系統運行在位于中央控制室（升壓站中控室）的上位機（服務器）之上，通過與分散在風電場上的每臺風力機的下位機（風機控制器）進行以太網通信，實現對全場風力機的集群監控。

風場網絡采用100 M的光纖環網，風機通過塔底的工業以太網交換機連接到風場的環網上。如果風機較多（大于30臺），可以將風機分成多個網段，每個網段都是一個環網，這樣增加了網絡的冗余度和可靠性。通過中控室的工業以太網交換機將各網段組成一個風場局域網。

工業以太網通訊解決方案在每個風機的塔底控制柜內和中控室各放一臺光纖自愈環工業以太網交換機。工業級以太網交換機的型號與每臺風電機組所有的交換機相同。交換機采用2個光口，4個電口。中央監控系統采用閉環的雙網絡連接所有的風電機組。光纖閉環網絡支持兩種安裝方法：一種是風電機組按照成排得方法來安裝，為8芯單模直埋鎧裝光纜。另外一種為直接閉環網絡安裝，為6芯單模直埋鎧裝光纜。

在中央控制室內部和風電機組與控制器之間采用雙絞線以太網。

3 監控系統原理

中央監控系統采用兩層結構，即中央控制室結構和風電機組塔基柜監控系統網絡兩部分。

3.1 塔底柜監控系統部分

塔基柜監控系統部分主要為一臺監控系統工業交換機。所有的塔底柜工業交換機通過光口連接成為一個閉環網絡。

工業以太網交換機必須具備自愈環網功能，可以在環網內的通信光纖或交換機因各種原因發生故障時，實現快速的環網自愈倒換，可靠通信，環網自愈時間應小于100 ms。所有的切換過程不要人工干預，而且不會丟失任何通訊數據。

通訊協議可采用BACHMANN公司的Mjvis/OPC/Modebus協議，該協議是基于以太網TCP的高層協議。

3.2 中控室部分

中央控制室標準安裝1臺服務器和1臺監控終端計算機。服務器除了“監控風電機組運行的人機界面”功能不運行外，實現其他所有的軟件功能。為了提高系統的性能，可以把歷史數據庫、遠程數據監控系統通訊網關放置在單獨的服務器上。

監控終端計算機數量可以按照用戶的要求配置為更多數量，每臺終端的功能完全相同，并且不會沖突。

4 系統軟件描述

4.1 概述

監控系統主要包含5個程序模塊。

風電機組控制器數據通訊模塊。

實時數據庫模塊。

歷史數據庫模塊。

監控系統中央控制室人機界面模塊。

監控系統軟件對外擴展通訊接口。

4.2 數據采集模塊說明

數據采集模塊用來獲取整個風場所有風電機組的數據。支持同時采集并發連接100臺以內的風電機組，數據刷新率高。

4.3 實時數據處理模塊

實時數據處理模塊保存風電場的所有實時數據。

4.4 歷史數據處理模塊

監控系統具有專門用于工業現場的大型歷史數據庫，可以保存風電場幾萬億條的歷史數據記錄，同時不會因為歷史數據記錄的增加而增加歷史數據記錄的查詢時間。

4.5 中央監控系統人機界面模塊

本監控系統的人機界面友好，操作顯示簡潔明了；能夠顯示各臺機組的運行數據；能夠顯示各風電機組的運行狀態；能夠及時顯示各風電機組運行過程中發生的故障；能夠對風電機組實現開機，停機等控制；具有實時趨勢和歷史趨勢查看功能； 能夠顯示并導出歷史報表。

本監控系統人機界面主要包括以下畫面。

系統主畫面。該畫面顯示整個風電場所有風電機組的分布情況及各風電機組運行狀態和實時風速，功率。通過各風機圖標可以查看該風機更詳細的信息（見圖1）。

風機運行狀態畫面。用以顯示各臺風電機組詳細運行狀態及參數。可以看到單臺風電機組各部件或各部位的運行數據實時顯示。

圖標畫面。可查看全場風電機組或某臺風電機組功率曲線、歷史趨勢圖、風頻圖、關系對比圖和風玫瑰圖。

報警畫面。顯示詳細的報警信息，包括風機編號，報警時間，報警類型，報警信息等。

風機狀態日志畫面。顯示詳細的風機狀態信息，包括風機編號，狀態時間，狀態信息等。

風機歷時瞬態數據查詢。查詢單臺風機秒級統計的運行數據，用于風機性能分析。

運行報表畫面。可生成歷史報表并導出報表。

風機控制窗口。執行風電機組啟動，停止控制，偏航控制，風機報警復位。

5 結論

風電場中央監控室是風電場建設的一個重要組成部分，風電場中央監控需要像電網監控系統一樣系統化、規范化、行業化。隨著風電場中央監控系統的開發成熟，風電場監控將和水電、火電監控一樣，進入一個成熟的階段。

參考文獻

[1] 趙斌，溫冰，等.大型風電場的監控系統[J].新能源，1998（20）：1-3.

[2] 王承熙，張源.風力發電[m].中國電力出版社，2003.

摘 要：本文介紹了某大型風力發電場中的一個中央監控系統，包括監控系統網絡結構、監控系統原理、軟件模塊組成和實際運行效果。

關鍵詞：風力發電 中央監控 網絡拓撲 人機交互界面

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0008-02

1 概述

本文介紹了某大型風力發電場中的中央監控系統，考慮到風電場運行管理要求，使用友好的中/英文人機界面，通過與風機前置適配器的結合獲得風機的各個實時數據并選擇存入數據庫中，通過分析處理、顯示、統計等一系列的過程來完成對風電場各個風機的自動化監控，并以圖形或列表界面形式顯示風機運行的主要信息。它采用C/S結構設計，以各個風機主輪詢方式實現風機數據的實時顯示，以各個風機單獨查詢方式實現選定風機的實時詳細狀態顯示，以控制命令下達方式實現對選定風機的遠程控制。

2 中央監控系統網絡結構

風場一般建在開闊地帶，氣候環境比較惡劣，容易遭到強雷擊侵擾，風電設備本身工作時的機械振動和電磁輻射較大，因此，對監控系統通信設備的可靠性要求很高，所以實時、可靠和抗惡劣環境的工業以太網成為電力工業聯網和控制通訊的首選。中央監控系統運行在位于中央控制室（升壓站中控室）的上位機（服務器）之上，通過與分散在風電場上的每臺風力機的下位機（風機控制器）進行以太網通信，實現對全場風力機的集群監控。

風場網絡采用100 M的光纖環網，風機通過塔底的工業以太網交換機連接到風場的環網上。如果風機較多（大于30臺），可以將風機分成多個網段，每個網段都是一個環網，這樣增加了網絡的冗余度和可靠性。通過中控室的工業以太網交換機將各網段組成一個風場局域網。

工業以太網通訊解決方案在每個風機的塔底控制柜內和中控室各放一臺光纖自愈環工業以太網交換機。工業級以太網交換機的型號與每臺風電機組所有的交換機相同。交換機采用2個光口，4個電口。中央監控系統采用閉環的雙網絡連接所有的風電機組。光纖閉環網絡支持兩種安裝方法：一種是風電機組按照成排得方法來安裝，為8芯單模直埋鎧裝光纜。另外一種為直接閉環網絡安裝，為6芯單模直埋鎧裝光纜。

在中央控制室內部和風電機組與控制器之間采用雙絞線以太網。

3 監控系統原理

中央監控系統采用兩層結構，即中央控制室結構和風電機組塔基柜監控系統網絡兩部分。

3.1 塔底柜監控系統部分

塔基柜監控系統部分主要為一臺監控系統工業交換機。所有的塔底柜工業交換機通過光口連接成為一個閉環網絡。

工業以太網交換機必須具備自愈環網功能，可以在環網內的通信光纖或交換機因各種原因發生故障時，實現快速的環網自愈倒換，可靠通信，環網自愈時間應小于100 ms。所有的切換過程不要人工干預，而且不會丟失任何通訊數據。

通訊協議可采用BACHMANN公司的Mjvis/OPC/Modebus協議，該協議是基于以太網TCP的高層協議。

3.2 中控室部分

中央控制室標準安裝1臺服務器和1臺監控終端計算機。服務器除了“監控風電機組運行的人機界面”功能不運行外，實現其他所有的軟件功能。為了提高系統的性能，可以把歷史數據庫、遠程數據監控系統通訊網關放置在單獨的服務器上。

監控終端計算機數量可以按照用戶的要求配置為更多數量，每臺終端的功能完全相同，并且不會沖突。

4 系統軟件描述

4.1 概述

監控系統主要包含5個程序模塊。

風電機組控制器數據通訊模塊。

實時數據庫模塊。

歷史數據庫模塊。

監控系統中央控制室人機界面模塊。

監控系統軟件對外擴展通訊接口。

4.2 數據采集模塊說明

數據采集模塊用來獲取整個風場所有風電機組的數據。支持同時采集并發連接100臺以內的風電機組，數據刷新率高。

4.3 實時數據處理模塊

實時數據處理模塊保存風電場的所有實時數據。

4.4 歷史數據處理模塊

監控系統具有專門用于工業現場的大型歷史數據庫，可以保存風電場幾萬億條的歷史數據記錄，同時不會因為歷史數據記錄的增加而增加歷史數據記錄的查詢時間。

4.5 中央監控系統人機界面模塊

本監控系統的人機界面友好，操作顯示簡潔明了；能夠顯示各臺機組的運行數據；能夠顯示各風電機組的運行狀態；能夠及時顯示各風電機組運行過程中發生的故障；能夠對風電機組實現開機，停機等控制；具有實時趨勢和歷史趨勢查看功能； 能夠顯示并導出歷史報表。

本監控系統人機界面主要包括以下畫面。

系統主畫面。該畫面顯示整個風電場所有風電機組的分布情況及各風電機組運行狀態和實時風速，功率。通過各風機圖標可以查看該風機更詳細的信息（見圖1）。

風機運行狀態畫面。用以顯示各臺風電機組詳細運行狀態及參數。可以看到單臺風電機組各部件或各部位的運行數據實時顯示。

圖標畫面。可查看全場風電機組或某臺風電機組功率曲線、歷史趨勢圖、風頻圖、關系對比圖和風玫瑰圖。

報警畫面。顯示詳細的報警信息，包括風機編號，報警時間，報警類型，報警信息等。

風機狀態日志畫面。顯示詳細的風機狀態信息，包括風機編號，狀態時間，狀態信息等。

風機歷時瞬態數據查詢。查詢單臺風機秒級統計的運行數據，用于風機性能分析。

運行報表畫面。可生成歷史報表并導出報表。

風機控制窗口。執行風電機組啟動，停止控制，偏航控制，風機報警復位。

5 結論

風電場中央監控室是風電場建設的一個重要組成部分，風電場中央監控需要像電網監控系統一樣系統化、規范化、行業化。隨著風電場中央監控系統的開發成熟，風電場監控將和水電、火電監控一樣，進入一個成熟的階段。

參考文獻

[1] 趙斌，溫冰，等.大型風電場的監控系統[J].新能源，1998（20）：1-3.

[2] 王承熙，張源.風力發電[m].中國電力出版社，2003.

摘 要：本文介紹了某大型風力發電場中的一個中央監控系統，包括監控系統網絡結構、監控系統原理、軟件模塊組成和實際運行效果。

關鍵詞：風力發電 中央監控 網絡拓撲 人機交互界面

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0008-02

1 概述

本文介紹了某大型風力發電場中的中央監控系統，考慮到風電場運行管理要求，使用友好的中/英文人機界面，通過與風機前置適配器的結合獲得風機的各個實時數據并選擇存入數據庫中，通過分析處理、顯示、統計等一系列的過程來完成對風電場各個風機的自動化監控，并以圖形或列表界面形式顯示風機運行的主要信息。它采用C/S結構設計，以各個風機主輪詢方式實現風機數據的實時顯示，以各個風機單獨查詢方式實現選定風機的實時詳細狀態顯示，以控制命令下達方式實現對選定風機的遠程控制。

2 中央監控系統網絡結構

風場一般建在開闊地帶，氣候環境比較惡劣，容易遭到強雷擊侵擾，風電設備本身工作時的機械振動和電磁輻射較大，因此，對監控系統通信設備的可靠性要求很高，所以實時、可靠和抗惡劣環境的工業以太網成為電力工業聯網和控制通訊的首選。中央監控系統運行在位于中央控制室（升壓站中控室）的上位機（服務器）之上，通過與分散在風電場上的每臺風力機的下位機（風機控制器）進行以太網通信，實現對全場風力機的集群監控。

風場網絡采用100 M的光纖環網，風機通過塔底的工業以太網交換機連接到風場的環網上。如果風機較多（大于30臺），可以將風機分成多個網段，每個網段都是一個環網，這樣增加了網絡的冗余度和可靠性。通過中控室的工業以太網交換機將各網段組成一個風場局域網。

工業以太網通訊解決方案在每個風機的塔底控制柜內和中控室各放一臺光纖自愈環工業以太網交換機。工業級以太網交換機的型號與每臺風電機組所有的交換機相同。交換機采用2個光口，4個電口。中央監控系統采用閉環的雙網絡連接所有的風電機組。光纖閉環網絡支持兩種安裝方法：一種是風電機組按照成排得方法來安裝，為8芯單模直埋鎧裝光纜。另外一種為直接閉環網絡安裝，為6芯單模直埋鎧裝光纜。

在中央控制室內部和風電機組與控制器之間采用雙絞線以太網。

3 監控系統原理

中央監控系統采用兩層結構，即中央控制室結構和風電機組塔基柜監控系統網絡兩部分。

3.1 塔底柜監控系統部分

塔基柜監控系統部分主要為一臺監控系統工業交換機。所有的塔底柜工業交換機通過光口連接成為一個閉環網絡。

工業以太網交換機必須具備自愈環網功能，可以在環網內的通信光纖或交換機因各種原因發生故障時，實現快速的環網自愈倒換，可靠通信，環網自愈時間應小于100 ms。所有的切換過程不要人工干預，而且不會丟失任何通訊數據。

通訊協議可采用BACHMANN公司的Mjvis/OPC/Modebus協議，該協議是基于以太網TCP的高層協議。

3.2 中控室部分

中央控制室標準安裝1臺服務器和1臺監控終端計算機。服務器除了“監控風電機組運行的人機界面”功能不運行外，實現其他所有的軟件功能。為了提高系統的性能，可以把歷史數據庫、遠程數據監控系統通訊網關放置在單獨的服務器上。

監控終端計算機數量可以按照用戶的要求配置為更多數量，每臺終端的功能完全相同，并且不會沖突。

4 系統軟件描述

4.1 概述

監控系統主要包含5個程序模塊。

風電機組控制器數據通訊模塊。

實時數據庫模塊。

歷史數據庫模塊。

監控系統中央控制室人機界面模塊。

監控系統軟件對外擴展通訊接口。

4.2 數據采集模塊說明

數據采集模塊用來獲取整個風場所有風電機組的數據。支持同時采集并發連接100臺以內的風電機組，數據刷新率高。

4.3 實時數據處理模塊

實時數據處理模塊保存風電場的所有實時數據。

4.4 歷史數據處理模塊

監控系統具有專門用于工業現場的大型歷史數據庫，可以保存風電場幾萬億條的歷史數據記錄，同時不會因為歷史數據記錄的增加而增加歷史數據記錄的查詢時間。

4.5 中央監控系統人機界面模塊

本監控系統的人機界面友好，操作顯示簡潔明了；能夠顯示各臺機組的運行數據；能夠顯示各風電機組的運行狀態；能夠及時顯示各風電機組運行過程中發生的故障；能夠對風電機組實現開機，停機等控制；具有實時趨勢和歷史趨勢查看功能； 能夠顯示并導出歷史報表。

本監控系統人機界面主要包括以下畫面。

系統主畫面。該畫面顯示整個風電場所有風電機組的分布情況及各風電機組運行狀態和實時風速，功率。通過各風機圖標可以查看該風機更詳細的信息（見圖1）。

風機運行狀態畫面。用以顯示各臺風電機組詳細運行狀態及參數。可以看到單臺風電機組各部件或各部位的運行數據實時顯示。

圖標畫面。可查看全場風電機組或某臺風電機組功率曲線、歷史趨勢圖、風頻圖、關系對比圖和風玫瑰圖。

報警畫面。顯示詳細的報警信息，包括風機編號，報警時間，報警類型，報警信息等。

風機狀態日志畫面。顯示詳細的風機狀態信息，包括風機編號，狀態時間，狀態信息等。

風機歷時瞬態數據查詢。查詢單臺風機秒級統計的運行數據，用于風機性能分析。

運行報表畫面。可生成歷史報表并導出報表。

風機控制窗口。執行風電機組啟動，停止控制，偏航控制，風機報警復位。

5 結論

風電場中央監控室是風電場建設的一個重要組成部分，風電場中央監控需要像電網監控系統一樣系統化、規范化、行業化。隨著風電場中央監控系統的開發成熟，風電場監控將和水電、火電監控一樣，進入一個成熟的階段。

參考文獻

[1] 趙斌，溫冰，等.大型風電場的監控系統[J].新能源，1998（20）：1-3.

[2] 王承熙，張源.風力發電[m].中國電力出版社，2003.