陳丙文，肖立家，宋艷君

（大唐山東發(fā)電有限公司，山東 青島 266500）

0 引言

風能作為一種清潔的可再生能源，日益引起世界各國的注意，風力發(fā)電技術已基本趨于成熟。在大型的風電場中有幾十臺甚至上百臺風力機，同時一個風力發(fā)電集團擁有多個風電場，多個風場分散于各地，并且多處于偏僻，不但給風電公司的生產(chǎn)運營管理帶來很大困難，也給電網(wǎng)的調度和電網(wǎng)的安全運行帶來很多問題。遠程控制系統(tǒng)通過安全可靠的風電場通信與信號系統(tǒng)，具有對所監(jiān)控的風電機組群實施遠程運行優(yōu)化與控制功能，能夠實現(xiàn)自動調節(jié)風機出力和對無功及電壓的調節(jié)（AGC和AVC控制），保證大規(guī)模風電機組群并網(wǎng)后的電能質量，以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行，為確保高效推進大規(guī)模風電機組群并網(wǎng)、電網(wǎng)實行“統(tǒng)一調度、分級管理”，推動風電等新能源安全可靠并網(wǎng)、持續(xù)健康發(fā)展提供了有效的技術保障。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 總體需求

大唐山東發(fā)電有限公司通過在青島構建集控中心，實現(xiàn)對公司所屬風場的遠程集中監(jiān)控。監(jiān)控內容包括對各風場所有風電機組、升壓站、氣象站、箱變系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，對監(jiān)控室等重要設備及區(qū)域的視頻監(jiān)控，并進一步實現(xiàn)各風場的AGC和AVC控制，保證大規(guī)模風電機組群并網(wǎng)后的電能質量，以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行，實現(xiàn)風電設備故障遠程專家在線診斷，提高風電設備可用率和運行維護管理水平。

1.2 風電場實時遠程集中監(jiān)控中心

實時遠程集中監(jiān)控中心主要包括動力間、設備間、監(jiān)控室，動力間主要配置UPS不間斷電源系統(tǒng)，設備間配置機柜、服務器、交換機等各種設備，監(jiān)控室配置操作員臺、工作站、工程師站、大屏顯示等設備。

1.3 集控系統(tǒng)

通過數(shù)據(jù)采集程序，將各風電場的風電機組監(jiān)控數(shù)據(jù)、升壓站遠動系統(tǒng)四遙數(shù)據(jù)、電計量數(shù)據(jù)、升壓站保護信號數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)實時采集至集控中心。同時，以SCADA軟件、采集數(shù)據(jù)為基礎，構建實時監(jiān)控系統(tǒng)，包括基礎信息維護、監(jiān)控畫面、控制與調節(jié)、告警、事件順序記錄（SOE）、事故追憶（PDR）、預測與規(guī)劃、歷史數(shù)據(jù)管理、報表、計算和統(tǒng)計、系統(tǒng)權限控制等模塊。

1.4 風電場視頻監(jiān)控

通過構建統(tǒng)一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對風場重要地點實時監(jiān)控。視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)在各風電場側進行存儲，通過專線網(wǎng)絡傳輸?shù)角鄭u集中監(jiān)控中心進行展示，并可以按照需要，在集控側對視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲。

2 系統(tǒng)總體架構

2.1 總體概述

風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫、SCADA系統(tǒng)平臺為基礎，遵循集約化、流程化、規(guī)范化、標準化的理念進行設計。通過系統(tǒng)實現(xiàn)采集RTU/綜自設備、電能量遠方終端、風電綜合通信管理終端、視頻監(jiān)控設備等提供的信息，完成對接入風電場升壓站監(jiān)控、風機監(jiān)控、風機箱變、電能計量、狀態(tài)監(jiān)測、視頻監(jiān)控等監(jiān)控應用功能。系統(tǒng)總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2.2 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡結構

大唐山東發(fā)電有限公司風電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵部分按照冗余方式進行建設，系統(tǒng)故障時自動切換。硬件平臺包括應用主機與網(wǎng)絡平臺的選型與集成，整個平臺的設計具有以下特點：

穩(wěn)定性：采用硬件整機冗余、電源等重要部件冗余，采用高性能、高可靠性的設備，確保整個平臺的穩(wěn)定性，減少甚至消除單點故障，為了避免市電臨時斷電對系統(tǒng)造成影響，配置一套UPS不間斷電源系統(tǒng)。

可擴展性：采用模塊化的網(wǎng)絡設備及高性能可擴展的服務器，確保整個平臺的可擴展性，方便后期系統(tǒng)的升級、擴展。

安全性：整個網(wǎng)絡結構采用雙星性結構、專線接入，保證平臺的安全性。

適用性：根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，選擇性價比高的設備，確保平臺適用，提高投資回報率。

先進性：平臺選用的設備大多采用先進的技術。

2.3 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為風電場群遠程監(jiān)控系統(tǒng)重要部分，必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性、先進性和可擴展性。保證視頻監(jiān)控視頻源傳輸?shù)募皶r、安全。視頻錄像歷史存儲為1個月，保證穩(wěn)定性，并兼顧經(jīng)濟性。

視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能。視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括視頻、音頻瀏覽，視頻回放，報警信息、用戶權限配置管理等。

視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸通道要求。受控風電場站視頻信息至集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸，采用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡方式或2M或4M專線傳輸方式。

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主頁面包括系統(tǒng)名稱、系統(tǒng)菜單、接入的風場地理分布圖。

系統(tǒng)菜單包括風機監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、報表系統(tǒng)、系統(tǒng)管理五部分菜單按鈕。

風場地理分布圖為系統(tǒng)主界面的一部分，形象的展示集控中心所屬風電場的地理分布情況和各風場總體運行情況。

3.2 風機監(jiān)控

風場風機立體分布圖。風場立體圖使用三維立體形式，顯示風場風機分布、分組及各風機的運行情況。風機主要參數(shù)包括風機編號、分組、風機狀態(tài)、風速、功率。

風場風機平面分組分布圖。風場平面分組圖左邊以樹狀菜單形式顯示風場的風機分組情況，右邊以列表平面圖的形式顯示具體每組風機，每臺風機平面圖中顯示風機的平面模型及風機主要參數(shù)。

風機詳細監(jiān)控畫面。風機監(jiān)控畫面分為實時數(shù)據(jù)與歷史記錄兩個標簽頁，實時數(shù)據(jù)界面按類別顯示單臺風機的所有重要參數(shù)的實時值，并可以根據(jù)需要顯示部分參數(shù)的實時曲線圖。歷史記錄畫面中包括10 min記錄，歷史故障與報警等數(shù)據(jù)。

功率曲線。風機出廠都具有一條額定功率曲線，系統(tǒng)每小時或每天實時計算功率與風速的對應關系，以點的形式放在額定功率曲線圖中進行對比（散點圖與曲線圖相結合）。

3.3 升壓站監(jiān)控

主接線圖。主接線圖升壓站主變高低壓側線路圖，主接線圖實時顯示主變高低壓側線路的遙測、遙信、遙脈量的值，并且對線路上的斷路器等重要設備進行控制。

各分線圖。各分線圖為風場各集電線路、站變線路、PT線等線路圖，各分線圖實時顯示各分線圖上的遙測、遙信、遙脈量的值，并且對線路上的斷路器等重要設備進行控制。

保護信號。保護信號模塊顯示各風場保護信息子站接入的各種保護信號，可以分線路、設備等條件進行保護信號的查詢。

實時歷史曲線。實時歷史曲線模塊可以實時顯示各風場升壓站監(jiān)控中遙測量的值，形成實時曲線，也可以進行歷史查詢顯示各遙測量的歷史曲線。

歷史數(shù)據(jù)報表。歷史數(shù)據(jù)報表模塊可以根據(jù)選定的時間區(qū)間進行遙測量歷史數(shù)據(jù)的查詢。

3.4 報表系統(tǒng)

集控運行報表為固定時間區(qū)間、數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)計樣本的報表，包括大唐山東新能源有限公司風電機組生產(chǎn)情況日報表，生產(chǎn)指標周報、月報、年報，各接入風場的電度表讀數(shù)、電量、發(fā)電數(shù)據(jù)統(tǒng)計等報表。

3.5 故障報警

實時報警。實時報警包括風機監(jiān)控和升壓站監(jiān)控的所有報警信息，實時報警模塊能實時顯示各種報警信息，運行值班員可以根據(jù)報警信息了解風場運行情況，根據(jù)故障報警信息安排相應的檢修等工作。

歷史報警。歷史報警模塊可以查詢固定時間區(qū)間（日、月、年）里的歷史故障和報警，也可以自定義時間區(qū)間查詢歷史故障和報警列表，可以根據(jù)報警類型或報警設備類型查詢歷史報警信息。

4 結語

受日本福島第一核電站核燃料泄漏事故的影響，包括風電在內的可再生能源項目會越來越受到世界各國的重視，同時大規(guī)模風電機組的管理模式也會越來越受到重視，就風電場群集中監(jiān)控工程系統(tǒng)需求、總體架構及系統(tǒng)的詳細設計探討了風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)體系結構、實現(xiàn)功能等內容，為風電機組集中監(jiān)控管理模式提供了借鑒。隨著風力發(fā)電的發(fā)展及集中監(jiān)控系統(tǒng)的應用，風電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)設計及功能一定會越來越成熟，成為推動風電等新能源安全可靠并網(wǎng)、持續(xù)健康發(fā)展有效的技術保障，最終實現(xiàn)風電場“少人值守，無人值班”的運營新模式。