國電河南區域風電場遠程集控中心建設技術方案研究

翟安定

（河南理工大學，河南 焦作 454000）

1 概述

國電河南公司規劃風電場5個，裝機容量為250MW，目前濟源大嶺風電場一期工程已開工建設，裝機容量50MW，計劃2015年6月全部并網發電。河南風電場地理位置分散，地處偏僻地區，地理環境比較惡劣，管理跨度廣、難度大。同時各風電場相距較遠，每個風場均需要配置一定的工作人員進行日常的運行監控，從而造成了機構設置和人員配置的浪費。

隨著網絡通信技術、軟件應用技術和遠程控制技術的發展，風電場生產自動化水平的日益提高，就地少人或無人值班已具備條件，現場減少運行人員，生產遠程集中監控管理已成為發展趨勢，通過集控中心建設，可有效提升風力發電場綜合管理水平，實現“無人值班、少人值守、區域檢修”的科學管理模式，減少運行維護成本，提升企業整體核心競爭力。

2 總體目標

集控中心的總體應用目標分為三個方面：生產監控、運行監視、生產管理，集中實現國電河南公司所有風電場的管、監、控一體化。集控中心建設分為場所、應用功能、基礎支撐三個層面，而這些方面的統一規劃實施是集控中心實現集中管理、集中監視、集中控制的基礎，新能源區域集中監控中心的建設，將會有效的提升河南風電整體生產與經營管理水平，并降低運行成本。

以國電集團信息化規劃為指導，引入國際先進的管理理念和信息技術，以生產安全管理為基礎，以成本效益管理為核心，打造河南風電的整體集中管理、區域集中監視、遠程集中控制三大應用為核心的管監控一體化平臺，不僅為河南風電各場站提供實時的、準確的和統一的信息，而且結合設備的狀態檢修、發電設備的遠程控制、風功率預測，可大大提高風電企業的整體管理水平，實現風電場現場“無人值班、少人值守、區域檢修”的管理模式。

結合集團公司“雙提升”要求，開展區域內各風電場生產經營指標對比，深化對標管理，建立風機對標管理長效機制，以安全生產為基礎，以經濟效益為中心，做好經濟運行管理工作，實現設備性能明顯提升，盈利能力顯著提高，區域各風電場的生產經營集中管理，統籌最優運維模式，有效提高河南區域風電整體效率，提高可持續盈利能力，并降低總體建設和維護成本。

3 總體建設原則

3.1 技術先進

采用國際先進的多層技術構架（J2EE）、分布式控制技術（SCADA）、遠程B/S結構，通過標準化系統集成平臺將各個軟件以及開發的模塊有機融合在一起。

3.2 管理創新

以提高公司的核心競爭力為出發點，統一規劃，有序實施，創新性的實現國內領先的區域集中經營管理、集中生產運行、集中遠程控制的專業化精細化管理。

3.3 功能完善

完全能夠滿足河南風電的相關業務要求和集團的管理意志。

3.4 可靠性和安全性

系統必須具有高度的可靠性和安全性。有完善的分級授權、數據備份機制，能有效防止系統本身及應用可能產生的數據安全問題，如誤操作、非法登錄、權限分配不當等，滿足國家及行業電力二次系統安全防護總體方案的要求。

3.5 集成性好

系統各業務功能真正無縫的集成在一起，統一登錄、統一訪問、統一管理。

3.6 開放性

系統設計遵循開放原則，使用國際標準的協議和接口標準，便于系統的擴展維護。

3.7 可擴展和可復制性

系統能滿足集中部署分步應有的要求，既能滿足現階段的管理需求，有能滿足將來的場站擴展和功能擴展的潛在需求，具有良好的可拓展性。

3.8 可操作性和易維護性

系統具有友好的用戶界面，方便易用，可以短時間內熟練掌握系統的操作，并且系統管理維護方便。

3.9 經濟實用性

系統能針對國電河南公司的實際情況，采用對應的解決方案，并可以適應不斷提升的管理水平，延長系統使用生命，從而實現最優惠的總體擁有成本。

4 集控中心業務功能

4.1 運行集中監視

運行實時監視系統主要實現對所屬各風電場生產設備的數據采集、安全穩定傳輸、處理展示，實現公司級、場站級、發電設備級、部件級的運行情況實時監視、在線分析、預測預警、歷史數據存儲、運行指標的實時統計與對比等，結合天氣預報功率預測功能實現風電場設備的狀態檢修，并滿足電力調度部門通過所屬各風電場實現四遙（遙信、遙測、遙調和遙控）的功能。

4.2 生產集中管理

生產管理包括了經營管理、生產管理、安全管理和績效評估。

生產管理系統借鑒國際國內的先進管理思想和實踐，以先進的信息技術為依托，首先貫徹科學規范的管理要求，職責清晰、分工合理、業務流程優化高效、信息流轉實時準確、戰略清晰績效顯著，達到專業化的管理水平。在財務成本控制、項目建設投資、備品備件采購、設備檢修等各重點領域把好關，在實時的數據量化分析基礎上，動態決策，逐步達到精細化的管理水平。

4.3 設備集中控制

新能源控制技術和網絡通信技術的發展，風電的生產自動化程度的提高，使風電場設備均可以實現可靠的實現遠程控制。

河南風電集控中心租用電力調度的通信線路光纖或運營商的數據專線，在保證通信鏈路的安全可靠基礎上，參照集控中心準確實時的監視數據，依據指令可對所有場站的風機、電氣設備、無功補償、能量管理、風功率預測、視頻監控、五防、箱變等進行遠程集中控制和調節。

通過集控中心的SCADA監控平臺，集成各場站的PC、PLC等控制系統，操作人接到相關指令后，以報文的形式發送控制指令給各設備的控制系統，并經過五防、設備中控系統的安全邏輯校驗后，實現設備的遠程控制和調節。

4.4 遠程控制對象

4.4.1 風機控制內容包括：風機的啟動、停止、復位、維護、取消維護、轉速限值或有功控制、功率因數或者無功控制等。

4.4.2 能量管理平臺控制內容包括：能量管理平臺系統的投入、遠方/就地的模式切換等。

4.4.3 動態無功補償裝置：監視內容包括：該設備的指令接受值、運行狀態燈；控制內容包括：該設備的故障復位、充電就緒、遠方/就地模式切換等。

4.4.4 綜合自動化系統：綜合自動化系統就是將變電站的二次設備（包括儀表，信號系統，繼電保護，自動裝置和遠動裝置）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術，現代電子技術和通信設備及信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視，測量，自動控制和微機保護以及與調度通信等綜合性的自動化功能。遠程監控必須能夠實現對其的監視和控制，監視內容包括：所有有用的遙信、遙測；控制內容包括：35kV開關、110系統開關和刀閘、主變中性點的接地刀閘、低壓開關、直流系統。

4.4.5 風功率預測：該系統主要負責預測風電場的風能情況并上傳給調度，調度系統會根據此安排發電計劃。遠程監控需要監視：該系統是否正常運行、與調度上傳數據通道是否正常等。

4.4.6 故障錄波器：故障錄波器用于在系統發生故障時，自動地、準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平均有著重要作用，遠程監控系統將故障錄波記錄的數據實時傳送到集控中心。

4.5 視頻集中監控

遠程集中監控主要包括視頻集中監控、網絡視頻會議、3G/4G移動視頻、安全應急指揮。

安全應急指揮包括安全風險識別、應急預案、應急演練、應急通信、聯動指揮等，旨在出現安全事件事故后能及時準確獲取信息，及時的作出正確決策，把損失降低到最低限度。集團現正籌劃應急指揮中心建設，河南風電集控中心本期預留擴展余地和擴展接口。

視頻集中監控是在集控中心建設統一的基于IP網絡的數字視頻監控調度系統，把所屬的所有單位的視頻監控點有序集成起來，并分級授權管理，實現視頻監控的遠程察看、遠程控制、遠程調用。

IP網絡視頻會議是為了集控中心與各場站、場站之間進行有效的溝通而建，方便而廉價。

移動視頻主要是為設備檢修的故障遠程診斷、維修遠程指導、應急指揮而建，其特點是方便、靈活，作為對固定視頻監控的功能完善補充。

4.6 行政綜合管理

行政綜合管理系統涵蓋的內容是上述業務系統未能覆蓋的功能，包括企業內部門戶系統、自動化辦公系統和郵件系統、后勤管理系統。作為企業應用的重要組成部分，行政綜合管理系統強調溝通的便捷、業務流轉的高效、系統的直觀易用。

5 建設方案

5.1 方案1

該方案在風電場已有升壓站監控系統、風機監控系統、風電功率預測系統、視頻安防監控系統等各個系統的基礎上，將各個系統的網絡通過光纖延伸至集控中心，在集控中心配置各個監控系統的工作站，實現對風電場的遠程監控功能。

系統采用分層分布式結構，系統網絡采用以太網，網絡拓撲結構可采用星型。通訊介質采用屏蔽雙絞線，通信網絡傳輸層協議采用TCP/IP協議，應用層通信規約嚴格等同采用國際標準IEC60870-5-103規約和IEC60870-5-104規約。

該方案主要優點有：在風電場升壓站和集控中心各配置一套光纖網絡通信設備，配置較簡單，新增屏柜數量較少，工程量較少，將各個系統的網絡通過光纖延伸至集控中心，相當于將風電場升壓站控制室空間上移至集控中心，建設成本較少；

該方案主要劣勢有：各個監控系統的主機或服務器均布置在風電場升壓站，運行維護較不便，可擴展性、兼容性較弱，監控軟件功能較單一；該方案適用于單個風電場的遠程監控，不利于區域風電場的發展。

系統配置圖如圖1所示。

5.2 方案2

借助先進的計算機和網絡技術，建立統一的規范化的軟、硬件架構平臺，實現遠程集中監控系統。建立一個規范化、標準化、制度化的信息資源共享資源，包括數據采集、數據格式、數據分類、統計規則、標簽命名等的標準化。將各類廠家設備級SCADA等數據轉換成統一標準的數據規范，并以統一的監控界面顯示出來。

該方案采用分層分布的體系結構，整個自動化系統分為廠站監控層和集中監控層。

圖1

圖2

廠站監控層設在風電場升壓站內，對全場設備進行監控，在風電場升壓站配置通信網關機，用來采集風電場內所有設備的信息，包括風機、升壓站電氣設備、電能計量系統、功率預測系統等，并執行集控中心對風電場設備的控制指令，以實現統一管理，實現全部風電場運行的監視、控制、管理、統計、分析等功能。

集中監控層設立在集控中心，負責對風電場進行集中監控、管理，運行人員在集控中心可實現對接入的風電場（并具備進一步擴容的能力）的遠程集中監視和控制，優化調控，并負責所有風電場的設備管理、運營優化、安排檢修和維護工作，對于異常情況通過遠程操作進行控制，進一步優化運行，使發電效率最大化。

集控中心總體網絡架構分為生產監控區、生產管理區兩大區域，之間采用隔離設備物理隔離。生產監控區配置兩臺互備的網絡交換機，通過數據專線或光纖專線連接到各發電場站，兩端配置網絡安全設備、接口通信設備；生產管理區配置兩臺互備的網絡交換機，通過互聯網VPN通道連接到各發電場站，兩端配置網絡安全設備。

集中監控層擬通過專用光纖網絡或租用2×2m通道等方式實現雙通信通道，與風電場監控系統進行信息交換，采集風電場現場設備的生產信息進行集中監測，并對主要的電氣設備進行遠方控制。

集控中心基礎支撐平臺主要包括服務器存儲系統、大屏顯示系統、網絡系統、通信及值班系統、電力配電系統、照明系統、安防報警系統、視頻監控及視頻會議系統，物理場所主要有集控中心、集控機房、值班休息室、會商室、辦公室。

此外集中監控層留有與上級集控中心和上級管理部門的通信接口，在需要時可通過該系統向上級集控中心和上級管理部門傳送信息。

系統配置圖如圖2所示。

該方案主要優點是：采用分層分布式結構體系，可擴展性、兼容性較強，監控軟件較豐富，適用于多個風電場進行集中監控，能方便地擴充新增接入風電場，具有工程擴展能力和方便的工程維護管理工具，可以隨時增加、修改任何廠站實時與非實時信息，并具有與第三方系統互聯互通的能力，保證系統的開放性，減少重復性投資；風電場數據保存在集控端數據庫服務器中，方便集控人員調用；

該方案主要劣勢是：在廠站端配置通信網關機，在集控端配置數據采集服務器、數據庫服務器等，配置較復雜，新增屏柜較多，工程量較大，建設成本較高。

5.3 方案比選

方案1投資較少，但技術結構簡單，可擴展性差，只能接入單個風電場；

方案2技術先進，雖然投資較大，但可保證后續風電場的順利接入，且隨著集控中心的投入，運行人員大為減少，以5個風電場計算，每個風電場可減少人員8人，共計40人，以人員工資5萬元/年計算，每年可節約工資總額200萬元。目前國電河南區域已開工一個風電場，另外有3個正開展項目前期工作，預計2015年底開工建設，當后續風場投運后，即可實現方案2的全部功能，可有效節風場運營維護成本。

結論

本論文對國電河南區域集控中心建設的目標、意義、功能及架構進行了論述，對兩個建設技術方案存在的優缺點進行了對比，結合風電場管理模式的發展趨勢，同時為適應國電河南公司未來風電事業的發展，方便后續風電場的順利接入，建議采用第二方案，該方案可實現對區域風電場“無人值班、少人值守、區域檢修”的管理模式，減少運行維護成本，提升企業整體核心競爭力，同時可實現將現有風場數據向集團公司風電集控中心的實時傳送。

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