黃紹真，戴志強，馬新平

（1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院/南京南瑞集團公司，江蘇 南京 210003；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061）

風(fēng)能是一種清潔無污染的可再生能源，隨著風(fēng)力發(fā)電自動化水平越來越高，風(fēng)電場監(jiān)控技術(shù)已成為風(fēng)電行業(yè)的一項重要技術(shù)[1]，而國內(nèi)和國際在這方面并沒有現(xiàn)行可依據(jù)的規(guī)范標(biāo)準，不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)互不兼容的現(xiàn)象普遍存在，也無法和我國電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)接口，開發(fā)通用的風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)已勢在必行。

1 NS2000W技術(shù)特點

（1）適用于各種規(guī)模的風(fēng)電場，所能接入的機組數(shù)量理論上沒有上限，并可兼容不同廠家不同型號的機組。

（2）將風(fēng)電場和變電站綜合監(jiān)控功能進行集成，采用全新的一體化圖形顯示界面。

（3）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、接口標(biāo)準、通信協(xié)議等按照IEC及其他國際標(biāo)準設(shè)計，能實現(xiàn)與第三方智能設(shè)備互操作，易與采用標(biāo)準或開放協(xié)議廠家設(shè)備和系統(tǒng)集成，且兼容最新的風(fēng)電場監(jiān)控通信協(xié)議IEC 61400-25。

（4）提供 Internet/Intranet上的 Web瀏覽和遠程診斷功能；提供完善的用戶賬戶管理和安全控制功能。

（5）系統(tǒng)的可裁剪性好，可實現(xiàn)不同規(guī)模和電壓等級風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化配置和高性價比。

2 NS2000W主要功能

（1）能夠顯示各臺機組的運行數(shù)據(jù)，如瞬時功率、累計發(fā)電量、電機的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等，并可用曲線或圖表的形式直觀顯示出來。

（2）顯示各風(fēng)電機組的運行狀態(tài)，如開機、停車、并網(wǎng)等。能夠及時顯示各機組運行過程中發(fā)生的故障信息。

（3）能夠?qū)︼L(fēng)電機組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)就可以開機、停機和左右調(diào)向等。這類操作具有權(quán)限管理，以保證整個風(fēng)電場的安全運行。

（4）風(fēng)電機組、氣象設(shè)備和變電站的系統(tǒng)管理功能，便于隨時查看風(fēng)電場和變電站運行狀況的歷史記錄情況。

3 NS2000W體系結(jié)構(gòu)

NS2000W風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 NS2000W風(fēng)電場綜合監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

間隔層通信控制單元負責(zé)接收各臺風(fēng)機和廠站以及用戶的實時數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺機系統(tǒng)，同時對各廠站發(fā)送相應(yīng)的控制命令。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）服務(wù)器負責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和管理，保持實時數(shù)據(jù)庫的最新最完整備份；負責(zé)組織各種歷史數(shù)據(jù)并將其保存在歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器[2]。

操作員工作站完成對風(fēng)電場和變電站的實時監(jiān)控和操作功能，顯示各種圖形和數(shù)據(jù)，并進行人機交互，可選用雙屏。它為操作員提供了所有功能的入口；顯示各種畫面、表格、告警信息和管理信息；提供遙控、遙調(diào)等操作界面。

五防工作站主要提供操作員對風(fēng)電場和變電站內(nèi)的五防操作進行管理。保護工程師工作站主要提供保護工程師對變電站內(nèi)的保護裝置及其故障信息進行管理維護工具。

管理工作站根據(jù)用戶局制定的生產(chǎn)管理、運行管理、設(shè)備管理的要求，設(shè)備管理程序?qū)ο到y(tǒng)中的電力設(shè)備進行監(jiān)管，比如根據(jù)斷路器的跳閘次數(shù)提出檢修要求，根據(jù)主變的運行情況制定檢修計劃，并自動將這些要求通知用戶。

風(fēng)力預(yù)報工作站根據(jù)氣象部門提供的天氣資料以及存放在SCADA服務(wù)器的風(fēng)力歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，利用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能技術(shù)預(yù)測未來某一時段的風(fēng)力以及風(fēng)電場可用容量，并將預(yù)報數(shù)據(jù)以圖形化的方式顯示出來，同時通過通信控制單元發(fā)送到遠程能量管理系統(tǒng)（EMS），為電力系統(tǒng)運行調(diào)度提供決策參考。

4 系統(tǒng)設(shè)計實例

針對某具體案例，介紹一種典型的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)配置方案。該風(fēng)電場共有66臺同一廠家風(fēng)機，單機容量0.75 MW。每臺風(fēng)機出口由一0.69/35kV箱式變壓器升壓，通過5條35kV饋電接入35/110kV的無人值守變電站并網(wǎng)發(fā)電。此外，風(fēng)電場還有一座測風(fēng)塔。

4.1 需求分析

根據(jù)風(fēng)電場業(yè)主和主機廠商要求，風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)需具備以下特殊功能：

（1）監(jiān)控多個廠商的多種型號的風(fēng)電機組和測風(fēng)塔信息的功能；

（2）具備變電站監(jiān)控功能，可實時查看變電站各種設(shè)備狀態(tài)并進行遙控、遙調(diào)；

（3）風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)暫不具備和電網(wǎng)EMS接口功能，但要具備可升級能力；

（4）風(fēng)電場具備遠程Web瀏覽功能，但是遠程Web瀏覽只能查看風(fēng)機運行狀態(tài)而不能控制風(fēng)機的運行狀態(tài)；

（5）主機廠可以在位于本部的遠程監(jiān)控中心查看風(fēng)電場所有風(fēng)機的運行狀態(tài)，并可以在遠程為每臺風(fēng)機進行軟件升級操作。

4.2 組網(wǎng)

所有風(fēng)電機組、箱式變壓器和測風(fēng)塔構(gòu)成5個環(huán)網(wǎng)，統(tǒng)一接入風(fēng)電場監(jiān)控室，每個環(huán)網(wǎng)負責(zé)16臺風(fēng)機，變電站的測控信息通過光纜連到風(fēng)電場的監(jiān)控室。

每臺風(fēng)機塔內(nèi)安裝一臺我公司的光纖以太環(huán)網(wǎng)裝置NS3306，將風(fēng)機控制系統(tǒng)和變壓器測控裝置的信息融合起來。

4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)配置方案如圖2所示。

圖2 含變電站監(jiān)控的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)方案

站控層包含2臺互為熱備用的SCADA服務(wù)器、1臺Web服務(wù)器、2臺操作員工作站。Web服務(wù)器通過網(wǎng)關(guān)/路由器與Internet相連接，主要為遠程工作站提供SCADA系統(tǒng)的瀏覽功能。站控層計算機網(wǎng)絡(luò)為10/100 MB以太網(wǎng)，由1臺24口的交換機負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換。

間隔層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)主要包括6臺通信控制單元，其中5臺負責(zé)風(fēng)電場數(shù)據(jù)（包括風(fēng)機和測風(fēng)塔）的接收和規(guī)約轉(zhuǎn)換，一個負責(zé)變電站數(shù)據(jù)的接受和規(guī)約轉(zhuǎn)換。若系統(tǒng)需要和電網(wǎng)EMS進行通信，實現(xiàn)自動發(fā)電量監(jiān)控和匯報等功能，則系統(tǒng)的改造方案如圖3所示。

圖3 與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通信方案

其中，遠傳裝置NS3305可提供遠程Web瀏覽功能及與電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的接口，支持IEC 60870-5-101,102,103,104，DNP等一系列國內(nèi)外通信規(guī)約。每個風(fēng)電場可配置1臺或互為熱備用的2臺NS3305遠傳裝置，將當(dāng)?shù)赝ㄐ趴刂茊卧狽S3301采集的數(shù)據(jù)通過VPN隧道傳給遠方的廠商本部。

5 協(xié)議在線分析

多數(shù)國外風(fēng)電監(jiān)控軟件都需單獨購買，且價格高昂，若風(fēng)機通信協(xié)議不開放，則給開發(fā)通用風(fēng)電監(jiān)控軟件帶來困難，需進行監(jiān)控協(xié)議在線分析方面的工作。以下為在某正常運行的風(fēng)電場開發(fā)和原監(jiān)控系統(tǒng)并列運行的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)實施方案，最終達到風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)完全通用化、國產(chǎn)化的目的。

該風(fēng)場原有監(jiān)控系統(tǒng)通過一光電轉(zhuǎn)換器將來自風(fēng)機的光信號轉(zhuǎn)換為電信號接入監(jiān)控主機RS232串口，對風(fēng)場原有監(jiān)控系統(tǒng)接線方式的改動見圖4。

圖4 風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議測試方案

通過串口偵聽通信數(shù)據(jù)，在光電轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)有監(jiān)控主機間加裝信號轉(zhuǎn)接器，引出發(fā)送數(shù)據(jù)線和接收數(shù)據(jù)線2個分支，接入?yún)f(xié)議測試電腦的2個串口，對收發(fā)的數(shù)據(jù)進行長期監(jiān)聽，對比原有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示和命令操作，開展規(guī)約分析工作。協(xié)議測試電腦對風(fēng)機和監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)不作任何處理，在保證不影響原監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的前提下進行協(xié)議的在線分析，最終可完全掌握通信協(xié)議，成功將風(fēng)機信息接入通用的風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

風(fēng)電場綜合監(jiān)控是現(xiàn)代化風(fēng)場管理中不可缺少的重要組成部分[3]，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)對于提高我國在該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，增強國際競爭力有著舉足輕重的作用。NS2000W正是這樣一套成熟的完全產(chǎn)品化的風(fēng)電場監(jiān)控軟件，已在國內(nèi)的風(fēng)電場成功投入運營。

[1]王之華，王志新.大型風(fēng)力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與控制技術(shù)研究[J].機電一體化，2008，14（11）：41-43，50.

[2]秦常貴.SCADA系統(tǒng)及其在風(fēng)力發(fā)電場的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2004，5（12）：31-33.

[3]龍 迅，柴建云.基于組態(tài)軟件的風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)[J].能源與環(huán)境，2007（2）：76-78.