SCADA監控系統在寧夏銀星風電能源大水坑風電場的應用

北京力控元通科技有限公司

SCADA監控系統在寧夏銀星風電能源大水坑風電場的應用

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1 項目背景

寧夏銀儀風力發電有限責任公司大水坑風電場110千伏升壓站占地面積7973平方米，位于寧夏鹽池縣境內大水坑鎮東北約20km，場址區海拔高度在1590m~1820m之間，屬于風電場專用升壓站。

風電場內總共有96臺風機，其中包含三菱2.5MW風機、三菱1.0MW風機、南瑞1.0MW風機，總裝機容量為99MW，項目共分兩期實施完成。

2 項目建設目標與設計原則

2.1 項目建設目標

? 顯示機組的運行數據，如機組的瞬時發電功率、累計發電量、發電小時數、風輪及電機的轉速和風速、風向等，用風玫瑰圖、曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。

? 顯示風電機組的運行狀態，如開機、停車、調向、手/自動控制以及大/小發電機工作等情況。

? 顯示各機組運行過程中發生的故障。在顯示故障時，顯示出故障的類型及發生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證風電機組的安全和持續運行。

? 實現對風場內所有風機的啟動、停止、復位等功能的實時控制。

2.2 設計原則

? 可擴展性。系統的設計上一方面要全面滿足當前環境下的需求及未來一段時間的應用需求，另一方面要能方便地進行功能擴展，可靈活增添刪減功能模塊。

? 可集成性。從技術發展角度和用戶需求來看，軟件結構本身應能與其它應用系統集成，做到信息共享和資源共享。

? 互操作性。支持各種主流實時數據庫的數據接口，并通過標準關系數據庫接口（ODBC，OLE DB）實現與ERP及其它MIS系統的數據集成。平臺的開放性保證了今后可從生產管理系統的不同數據模塊中裁剪不同的功能，以滿足某個特定任務的需要，實現互操作。

3 系統應用狀況

3.1 完整實時數據展現

力控科技監控平臺軟件具備風電行業專用的設備負荷專用曲線及監測組件，適合風電場級監控和風電場運維中心的系統集成，采用核心數據庫系統實現風電場的所有風電機組、繼電保護、風速、發電量、售電量等運行情況的遠程監視和接收匯總，使各級部門都能及時了解風電機組運行狀態和發電狀況。可實現以下參數的匯總展示：

電網參數：包括電網三相電壓、三相電流、電網頻率、功率因數等。電壓故障檢測：電網電壓閃變、過電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對稱等。

氣象參數：包括風速、風向、環境溫度等。

機組狀態參數：包括：風輪轉速、發電機轉速、發電機線圈溫度、發電機前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統油溫、油壓、油位、機艙振動、電纜扭轉、機艙溫度等。

3.2 實現風機遠程控制

可以根據生產需求，實現對單臺、回路及全部風機進行，故障復位、遠程停機及遠控啟動操作，方便對風機的集中管理。并可根據電網實時參數，外部氣象條件參數，按照設定好的控制策略，實現對風機啟停、復位的遠程控制。

（1）主控系統檢測電網參數、氣象參數、機組運行參數，當條件滿足時，啟動偏航系統執行自動解纜、對風控制，釋放機組的剎車盤，調節槳距角度，風車開始自由轉動，進入待機狀態。

（2）當外部氣象系統監測的風速大于某一定值時，主控系統啟動變流器系統開始進行轉子勵磁，待發電機定子輸出電能與電網同頻、同相、同幅時，合閘出口斷路器實現并網發電。

（3）風力機組功率、轉速調節根據風力機特性，當機組處于最佳葉尖速比λ運行時，風機機組將捕獲得最大的能量，雖理論上機組轉速可在任意轉速下運行，但受實際機組轉速限制、系統功率限制，不得不將該階段分為以下幾個運行區域：即變速運行區域、恒速運行區域和恒功率運行區。額定功率內的運行狀態包括：變速運行區（最佳的λ）和恒速運行區。

3.3 數據統計與查詢

（1）歷史狀態日志查詢：根據選擇風機及時間段，查詢風機的歷史工作狀態。

（2）歷史瞬態日志查詢：查詢選擇風機在設定時間段內的歷史數據記錄。

（3）歷史故障日志查詢，查詢當前選擇風機在查詢時間段內的故障狀態。

3.4 強大的風勢曲線與風頻圖

（1）風速曲線圖：根據設定時間段，自動根據數據差值，描繪風速變化軌跡，并根據設定起始風速及區間，自動統計于右側表格。

（2）趨勢圖：可以將風機所有變量在設定時間段內的數據記錄獲取到右側表格，并且于左側區域以曲線方式表現。

（3）風頻圖：查詢設定時間段內，各風速區間出現的次數，以柱狀圖的形式表現。

（4）關系對比圖；在同一曲線控件內同時顯示兩個不同變量在同一時間段內的線性對比關系。

3.5 有功功率跟蹤控制功能

風電場正式運行過程中，為了避免風力強度較高的時候，風力發電電量傳輸到電網中的時候功率過大，需要對風力發電的風機在不同的風力情況下，自控控制開啟不同數量的風機，使風力發電的功率按照計劃的輸送功率進行運行，因此系統在設計實施過程中專門加入了有功功率跟蹤控制功能。

邏輯控制模塊單元：

? 首先對單個風機都設定是否參與AGC自動控制單元：在運行過程中，如果因為檢修或者其他原因可以手動將某一臺或多臺風機停止參與AGC自動控制，在該情況下，自動控制的時候不再將該風機參與自動運算。

? 停風機自動控制單元：在當前時間情況下，比較當前所有風機的總體發電功率和中調設定的有功功率數據差，在總體發電功率大于有功功率的時候，停機部分風機的運行。

? 風機停機選擇：對需要停止的風機選擇上，需要首先篩選掉檢修或其他原因未參與AGC控制的風機，然后取消部分當前停止的風機，從1號開始遍歷所有的風機，查找單個風機的發電功率比較接近功率差值的風機，停止掉該風機，該方案存在的缺點是可能找不到適合的風機，這時還需要從1號開始停止風機的運行，同時在找到的情況下可能存在直接多次停止同一臺風機的情況，不建議采用該方案。

? 手動投入情況：界面存在手動輸入框，可以人工輸入設定功率，系統自動判斷該設定為較高優先級，自動根據輸入的數據控制風機的運行。

? 風機運行的判斷：在實際發電功率曲線和設定功率曲線差值較大，實際發電功率較小的情況下，自動啟動風機的運行，啟動方案為，首先判斷出每臺風機的平均發電功率，在差值處于某一個點的情況下開始判斷，啟動功率差值/平均發電功率臺風機，啟動順序從停止風機的順序順序啟動即從最開始停止的風機開始啟動風機的運行。

控制單元會根據預先設定的限值與實時數據進行比對，根據控制策略實現對風機的手動或者自動投切，從而達到各個回路的負荷平衡。

4 效益分析

系統投運后遠程監控中心與風場控制中心數據庫平臺通訊，作為系統的客戶端，將各個風廠的相關數據都采集到該中心。采集上來的數據分為實時數據和歷史數據，系統對采集上來的數據進行統計分析，并且可提供運維記錄管理以及對電廠的產能進行預測。整套系統的投運實現了中心與風場之間的數據交互，通過先進的軟、硬件技術和控制理論，提高了工作效率。由于實現了風機的遠程監控與控制，使得運維人員能迅速快捷地了解風機的實時運轉狀況，提高了突發故障的排查速度，從長遠角度來看降低了整體運維成本。