風電場群集中監控系統整體解決方案研究

文 | 劉文斌

風電場群集中監控系統整體解決方案研究

文 | 劉文斌

隨著新能源的快速發展，風電場數量及裝機規模不斷增加，風電場管理問題也日益凸顯。當前風電運營管理存在風電場分散、風電機組配置SCADA系統不統一、數據量大、人員經驗不足、資源利用效率低、報表重復報送、資源浪費嚴重等等問題。為有效解決上述問題，需構建總部集團、區域集控、風電場廠站“三級一體”的管控模式。該模式以集中監控系統為核心，智能運維為目標，逐步實現風電場群管控的標準化、規范化建設。

系統目標

風電場群集中監控系統是通過智能一體化監控管理平臺的建設與實施，逐步實現對公司的多個風電場運營生產數據統一接入，實現對所轄風電場的集中監視、集中控制、集中調度、集中管理，并進行各類數據的統一管理（如數據報表、故障分析與預測診斷、設備參數綜合統計、設備定期維修檢測、設備綜合信息查詢等），逐步實現少人值守或無人值班，以減少運行維護成本，最大限度地實現資源集約化、精益化和能源效益化。

基于集中管理的思想，風電場群集中監控系統平臺應具有統一性、開放性、標準化、模塊化和擴展性等特點，并能夠保證數據的安全，可實現對所轄多個風電場的集中監視、控制、數據分析、生產報表統計分析和生產運營管理。

系統解決的難點問題

（一）規約多樣化：風電場廠站側數據系統包括風電機組SCADA系統、升壓站綜自系統、風電功率預測系統、AGC/AVC、振動監測系統、視頻安防系統及故障錄波信息等等。這些系統數據信息通信基本涉及到101、103、104、CDT、Modbus、IEC61850等通信協議，且需統一接入，并將其標準化轉發上傳至集控中心。

（二）數據安全性：風電場廠站側與區域集控中心側數據信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設置在安全I區。風電場廠站側在安全I區、II區需增加網關機等設備，進行數據接入和上行數據轉發；區域集中監控中心系統建設需設置在安全I區、III區，其中集中監控、運維設置在安全I區，數據上行轉發設置在安全III區；總部級別集中監控系統設置在安全III區，設立大數據分析中心、管理中心、展示中心，這些中心不具備集中控制功能。

（三）時鐘同步性：風電場廠站因地理位置差異，各廠站側數據因GPS/北斗對時系統時差影響存在時間差異，區域集中監控中心必須解決時鐘差異問題，設置一用一備的兩套對時系統，以在時間尺度上完成標準統一。

（四）系統擴展性：隨著新能源制造技術、安裝技術、施工技術、管理能力等的提升，加上國家政策的支持，新能源仍將持續發展，總部級和區域級集中監控系統需滿足企業對新能源發展的持續接入，系統應具備易擴容性和可升級性。

（五）集中控制專用通道特性：區域集中監控中心實現集中調度、并網優化、AGC/AVC、功率預測等功能，需與電網調度機構通過電力專網通道通信；區域集中監控中心與風電場廠站實現控制功能，為確保區域集中監控中心下行數據安全，需通過專網通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置。

系統構架

基于集中管理的思想，風電場群集中監控系統主要包含各風電場生產過程監控、遠程集中監控、生產管理和經營決策四大系統層次。系統采用分層分布的體系結構，整個系統分為三層：風電場控制層、區域控制層和集中控制層。風電場控制層設在風電場現場側，為風電場運行與管理提供完整的自動化監控，為上級系統提供數據與信息服務；區域控制層設在區域風電場中央控制室，負責所轄風電場運行狀態的監視、控制與管理，為集中控制層提供數據與信息服務；集中控制層作為總部或集團級監控中心，全面掌控總部所有風電場運行狀況，統籌資源調配。

一、系統構架總體方案

系統架構采用分層模式，分為基礎數據層（風電場側）、數據采集存儲層（數據中心）、多引擎數據服務層、業務邏輯層、集控平臺展示層，及對外接口層。基礎數據層實現廠站側數據的采集與存儲功能，提供原始基礎數據服務；數據中心層存結構化/非結構化數據；數據服務層針對各種格式的數據提供數據管理和對外統一數據服務；業務邏輯層主要針對業務邏輯的操作，對數據層的數據進行業務邏輯處理，包括指標統計、邏輯運算、性能分析、狀態監測、圖表配置等服務。展示層提供展示平臺的應用功能。對外接口層提供遠程控制的指令下達與其他系統交互服務。

二、系統數據流向

廠側數據通過部署在廠側的數據采集接口機將實時數據按照統一的通信規約通過加密認證設備上傳到一體化集控平臺數據中心，在生產大區完成數據的上傳采集和控制指令的下達，再通過隔離裝置進入到管理大區的數據鏡像服務器，完成一體化集控平臺的數據集中展示及其他高級應用。在管理大區完成數據的集中展示，在生產大區完成遠程控制的指令下達。

三、系統物理架構

風電場廠站側與區域集控中心側數據信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設置在安全I區。風電場廠站側在安全I區、II區需增加網關機等設備，進行數據接入和上行數據轉發；區域集中監控中心系統建設需設置在安全I區、III區，其中集中監控、運維設置在安全I區，數據上行轉發設置在安全III區；總部級別集中監控系統設置在安全III區，設立大數據分析中心、管理中心、展示中心，不具備集中控制功能。區域集中監控中心實現集中調度、并網優化、AGC/AVC、功率預測等功能，需與電網調度機構通過電力專網通道通信；區域集中監控中心與風電場廠站實現控制功能，為確保區域集中監控中心下行數據安全，需通過專網通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置。總部級區域中心、區域集中監控中心及風電場廠站三者之間相互進行生產管理信息通信，通過管理網通道進行通信交互。

系統實現的主要功能

一、風電場側實時數據采集子系統

風電場側實時數據采集子系統是整個系統的基礎核心，通過規范化、標準化的信息資源采集中心，將各風電場不同型號的風電機組、升壓站、振動監測、AGC/AVC、測風塔數據和視頻信息轉換成標準的統一格式、統一存儲、統一上傳，形成一個數據格式和操作控制高度統一的系統，并有良好的實時性、響應性、并發性和可擴展性，實現對風電場內風電機組、升壓站、振動監測、AGC/AVC、測風塔數據和視頻等設備的實時數據采集。風電場側實時數據采集子系統需考慮一定的網絡冗余，以提高系統的可靠性和安全性。

二、風電場群集中監控子系統

風電場群集中監控中心子系統采用分層分布式結構，獨立系統，層次界限清晰，控制調度管理權限分明、清楚，具有安全可靠、功能齊全和智能的特點。集中監控中心子系統具有獨立的采集功能，直接與所轄的風電場通信，其節點多、系統復雜，采取冗余配置。其功能主要包括：數據采集與處理、基礎信息維護、監控畫面統一、控制與調節、告警、事故順序記錄、事故追憶、歷史數據管理、報表、統計分析、權限管理、圖形及畫面顯示、地理信息顯示、通信接口、環境監測、視頻安防、系統容量及系統自診斷和自恢復。

三、生產運營管理子系統

生產運營管理子系統充分整合各個風電場的人力、設備及備品備件資源，進行統一的運維管理，提高企業的綜合資源管理能力，形成標準的“管、控、營”體系平臺，加速企業技術知識的積累和應用推廣，從而提高生產管理效率、降低運營成本。其主要功能包括：運行管理、設備管理、檢修管理、物資管理、技術管理、庫存管理、安全管理、質量管理、檢測管理、指標考核、故障診斷及電量分析。

四、風電場群功率預測子系統

風電場群功率預測子系統主要包括：實時數據監視、風電場氣象信息、風電場功率預測信息、誤差統計分析等。

五、遠程決策分析子系統

遠程決策分析子系統是以實時數據采集子系統數據為基礎，以數據處理平臺為手段，充分利用并整合各類一次原始數據、二次加工數據，結合運營目標及相應的決策策略，提供各種決策支持數據，輔助運營決策，提升決策能力、提高綜合效益。其功能包括：各級KPI關鍵指標分析、多級分析決策知識庫、預測、計修正劃、生產績效評估、設備狀態評估。

結語

本文針對風電場的分散性、規約多樣性、數據安全性、數據量大等特點，對風電場群集中監控系統整體解決方案難點問題進行分析，對系統構架和主要實現的功能進行研究，為構建總部集團、區域集控、風電場廠站“三級一體”的管控模式提供了解決方法。該方法以數字化、自動化、智能化、信息化為目標建設一體化集中監控運營管理平臺，實現數據有效的存儲、共享、流轉；利用穩定的通信技術，實現運行、設備的智能化管理；利用尖端的大數據分析技術，實現生產過程管理的精細化、標準化、科學化。在信息化體系不斷完善過程中，逐步提升風電運營的管理效益、經濟效益，最大限度地實現資源集約化、精益化和能源效益化。

（作者單位：中國電建中南勘測設計研究院有限公司）