集控模式下風電場綜合自動化監控系統優化方案設計

周偉波

[摘? ? 要]風能作為一種可再生的清潔新能源，日益受到國內國際的重視，國內風力發電行業正處于高速發展階段。目前隨著風力發電場的日益增多，風電監控系統已經成為行業中的一項重要的技術。而國內和國際并沒有標準化的依據來設置風力發電場的監控系統，大多數的風力發電廠監控系統都是廠家各自提供設備，但現在通信種類的繁多，不同的廠家的設備系統呈現差異化，而且還存在互不兼容的現象，所以如何開發通用的風電場綜合自動化監控系統已成為迫切需求。基于此，本文以集控模式下風電廠綜合自動化監控系統優化方案設計為題展開討論。

[關鍵詞]集控模式;風電場;自動化監控系統

[中圖分類號]TM614;TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）03–0–03

[Abstract]As a kind of renewable clean new energy， wind energy has been paid more and more attention at home and abroad. The domestic wind power industry is in a stage of rapid development. With the increasing number of wind farms， wind power monitoring systems have become an important technology in the industry. However， there is no standard domestic and international basis for setting up wind power plant monitoring systems. Most wind power plant monitoring systems are provided by manufacturers. However， there are many types of communications and the equipment systems of different manufacturers are differentiated. Moreover， there are still incompatibility， so how to develop a general-purpose wind farm integrated automatic monitoring system has become an urgent need. Based on this， this article discusses the design of the optimization scheme of the integrated automation monitoring system for wind power plants under the centralized control mode.

[Keywords]centralized control mode; wind farm; automatic monitoring system

1 風電場綜合自動化監控系統的概述

風電場綜合自動化監控系統是通過測風塔、升壓站、SVC等控制系統，通信實現的對風電場中的測風塔、升壓站、箱變等設備的控制和記錄，系統還能通過網絡向區域集控中心傳輸各種數據、各種控制命令，使偏離風電廠集控中心等一些電廠也能夠提供各種運行狀況和運行數據。由此可以實現一體化的管理機制，可以通過遠程控制機組控制整個風電場的啟停和負荷調整。在一定程度下集控模式的風電場綜合自動化監控系統的設計，能夠使得各個風電場的管理更加合理化。

2 現狀分析

由于目前全球能源供應緊張，環境問題日益凸顯，具有儲量最大、分布廣泛、清潔無污染等優點的風力發電越來越受到各國的關注，但風力發電一直處于惡劣的環境，在無人值守的情況下常年運行。如此必須增加其可靠性，必須加大其控制力度，特別是一些大型的風力發電廠，就需要對幾十臺或者是幾排的風力發電機進行集群控制，由此就需要采用先進的控制手段和通信技術。

目前在風力系統的發展過程中，監控與數據采集系統應用最為廣泛，技術也相當的成熟。SCADA系統是以計算機實現的生產過程控制、調度自動化系統的構建，能夠對設備的實際情況進行監視和控制，以實現數據的采集設備的監控、事故報警。在風力發電系統中軟件的應用可以提高信息的完整性，保證風電系統運行的狀態，加快故障診斷，提高生產效率。目前在使用過程中，相關部門并未重視這些相關設備的采集，所以導致一體化機制的構建存在困難。在新形勢下急需要規范管理來建設集控模式下的風電場管理機制。這樣才能夠實現各個部門數據的整合與監管，進而為風電場的管理工作服務。但目前國內運用的風電場綜合監控平臺存在滯后性，只能對一些數據進行采集和分析，并不能實時的監測現狀，這無疑使得其連接方式通信不暢通，由此給風電場的管理帶來了一定的困難，使得風電場的生產運行管理極為不便。在新形勢下，只有基于計算機、通信技術的高速發展實現智能電網一體化的建設，才能更好地做好信息開放性、兼容性、全面性的管理。

3 風電場綜合自動化監控系統的功能和結構

由于目前各公司監控系統的軟硬件、環境平臺和數據庫設置都不相同，有的是按照國家風電標準監控設計的組網，而還有些公司是依據主機廠建立一套通信標準。其建設方式和內容并不統一，因此，本系統采用模塊分層管理是數據通信層、數據處理層、應用層等多層次建設。數據通信層采用的是電廠前置通訊機的方式，通過一系列可接入的設備，建立通信接口，同時與多種風機、測風塔升壓站進行連接，以實現數據交換和通信并且通過監控軟件可以對整個數據形成一個，包含測量、姚信量、電鍍量等各類型數據的統一數據庫，再利用標準的104通信協議將各種數據傳至應用層，也就是所謂的場站和集控中心，因此能夠實現對數據的分析和處理，進而為風電場的管理提供科學依據。

3.1 風電場綜合自動化控制系統的主要任務

風電場綜合自動化控制的主要任務分為以下幾個方面：（1）是對系統內外的通信以及設備的各種數據進行準確、及時、全面的收集，以供風電場分析所需，其中包括場站的發電、停電及有關信息，以及所有系統內外的通信信息。（2）它還可以實現對信息的分析、處理、儲存，以供監測系統提供依據，從而對其收集的信息進行分析處理后，要進行儲存，并且傳送給相應的應用層。設計進程當中可以對發電站的自動監視和電力調度場站的運行做相關規定，對場站的一些設備要進行自動化檢測和控制，確保場站內所有的設備都能夠安全可靠的運行。（3）它還能夠對場站進行綜合性的安全分析與部門進行通訊，通過建立信息系統，以供傳送信息接受要求做準備。

3.2 風電場綜合自動化控制系統的設計原則

風電綜合自動化監控系統的設計原則，應該按照減少投資系統規范的原則進行總體設置，這樣才能夠滿足場站標準化的管理需求，提高場站運維人員的相關水平。（1）風電場綜合自動化監控系統要基于計算機和網絡技術建立應用系統，以劃分生產控制區、管理信息區。生產控制區要分為控制區和非控制區，計算機監控系統是屬于生產控制區，必須要按照國家的相應標準，使得數據得到安全的防護。（2）風電場綜合自動化監控系統應該以可靠為基準，降低本身的局部故障，這樣才能夠不影響系統的正常運行，系統的配置選型應該保證整個系統的可靠性，設備運行的安全性、穩定性、實用性。（3）要實現系統軟件、硬件的開放性，這樣才能夠符合自動化控制的發展需求，使其實現更新周期短的特點，以實現計算機技術的充分利用，系統設計相關人員應該滿足遠程監控的實際需求，并且按照風電場接入電力系統的規范，設置風電場綜合自動化監控系統，這樣才能提高其可靠性和安全性。（4）在設計過程當中要基于系統的可擴展性和維護性的需要，在系統平臺做好規劃設計，要采用模塊化的設計原則將各功能劃分清楚，并且使其清晰且獨立，這樣才能夠在獨立開發測試和維護模塊之間，以及模塊與平臺之間，應該有相應的接口，接口要遵循統一的接口規范，努力做到接口協議逐漸統一化、一致化，接口的設計標準應該遵循IEC相關規范。

3.3 風電場綜合網絡結構

風電場綜合自動監控系統的網絡結構是指其包括的設備，其主要包括應用服務器、數據庫、服務器、操作工作站、通訊機等多種設備。而網絡結構是獲取底層數據的，并且建立通信機制的構架。兩者之間可以相互獨立，又可以混合完成，在設計過程當中要保證整個系統的可靠性。監控系統當中應該配置榮譽的實時數據庫、服務器和AB網的通訊聯絡，使得所有的操作人員都可以實現共通，進而對計算機提供的數據進行高效地分析和處理，進而再把處理完的數據傳遞到服務器之中，完成數據指令的分析，這樣集控中心也可以得到所需要的數據，進而從前置通訊機接收。

3.4 風電場軟件構架

在基于互聯網技術實現自動控制系統當中，主要涉及到計算機監控軟件，即計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件、工具軟件。系統軟件是計算機硬件系統當中一并購入的，由廠商提供的軟件，它用于監控系統進行檢測運營環境，而用戶軟件的開發就是基于用戶程序，實現運行、退出、編輯。基本軟件是實現監控系統基本監控能力的軟件，比如它能夠對各種通信接口進行監控，能夠促進處理部門數據處理庫和數據處理進行管理，而且能夠以無人化的人機界面，自動生成報表和語音報警等軟件，在一定程度上提高了監控的水平。應用軟件是在生產過程當中操作或者是控制的軟件，比如AGC、AVC等。在開發此類軟件時要結合發電廠本身的實際情況以及用戶的需求，這樣才能夠全面地覆蓋風電場的功能。另外，工具軟件是提高系統開發的效率的有效措施，它可以減輕軟件開發與維護的強度，提高系統的維護性，進而使得系統真正的向用戶開發。

3.5 系統安全防護設計

系統安全防護主要是指場站安全防護，巡查工作中的安全防護，外部通信的安全防護。首先，為了保證生產管理信息服務器與生產控制網絡的安全性，必須要基于網絡安全的實際需求，在生產管理過程當中保證其服務器的安全隔離裝置的安裝，并且使其與生產控制網絡相連接，還可以設立傳電力系統專用的物理隔離裝置以及防火墻，這樣才能夠更好地保證場內的安全防護。另外，為了保證長端和集控端以及系統外部的網絡連接安全性，就要做好電力系統的安全防護工作，在場站內的前置通信增值外，外部系統之間配置縱向的加密裝置，這樣才能夠提高外部通信的安全性。

3.6 擴展功能

為了更好地滿足新能源下，集控無人值班，少人值守的實際需求，在風力綜合自動化監控系統的設計過程當中，應該設立報警服務器，從而可以有效地借助移動APP。比如通過手機通話、短信的方式將一些生產和報警信息實時地發送給指定的人員，這樣才能夠提高系統的運用水平，進而使得設備的缺陷能夠及時的被發現，進而得到及時的處理。

3.7 歷史經驗庫

以業務推動數據，預警自動生成檢修工單、兩票系統按流程審批，檢修人員進行故障排查，完善數據庫結束流程。一方面對區域檢修生產管理一線的檢修經驗數據匯總進行有效的知識數據匯總，另一方面我們還應對區域檢修知識數據進行有效的匯總，如各現場的區域檢修生產管理經驗的匯總、人才培訓的匯總、備品備件的知識數據匯總（后續的區域檢修解決方案中可能也會涉及），為更好的發展和提高區域檢修公司的競爭力和生產經營管理的工作效率，促進企業社會經濟效益的發展，提供更為全面的知識數據支撐。

4 結語

通過建設風電網綜合自動化系統，整合風電場的可控資源，響應電網綜合調度要求和遠程集控要求，是提高風電安全的有效管理措施。如此，在實際工作當中，相關部門應該結合目前風力發電行業的發展需求以及運營現狀，闡述一套典型的風電綜合自動化系統的組成和結構，這樣才能夠基于實際情況，建設不同廠家設備統一化一體機制，并且構建集控中心實時地進行全面監控，使得電廠管理更加規范化，更加值得推廣。

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