楊克　曹軍軍

【摘 要】針對寧東風電下屬各風電場地處偏遠、運行維護成本較高以及監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立、管理難度大等問題，開發(fā)了一套風電集中遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時監(jiān)控風電場的運行狀況，及時統(tǒng)計和分析各類運行參數(shù)，應用結果表明：該系統(tǒng)可實現(xiàn)寧東風電下屬各風電場信息共享，易于管理，無人值班和少人值守，降低風電場的運行成本。

【關鍵詞】風電場；遠程監(jiān)控；集約管理

0.引言

風能發(fā)電因其開發(fā)成本較低、技術較為成熟等優(yōu)勢而飛速發(fā)展[1]。然而風資源的不確定性使得風能發(fā)電技術較火力發(fā)電、水力發(fā)電等技術更為復雜[2]。

為確保風電場安全穩(wěn)定運行，必須利用完善的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，對風電場的運行信息進行采集、處理及分析[3]；此外，風電場大多地處偏僻，一般需多人職守，遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)無人值班和少人值守，降低風電場的運行成本，提高風電場的發(fā)電效益[4]。

1.風電集中遠程監(jiān)控系統(tǒng)建立背景

寧夏回族自治區(qū)境內風能資源儲量豐富，開發(fā)潛力大[5]。中國華電集團公司在寧夏規(guī)劃容量約150萬KW，其中，寧東風電場投產容量預計將達到50萬千瓦[6]。然而，已投運的寧東風電下屬各風電場自動化監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立，實時信息資源的共享性差，各系統(tǒng)間生產數(shù)據(jù)的互訪存在困難，嚴重影響了寧東風電場的統(tǒng)一管理和運營。隨著寧東風電場的快速發(fā)展，建立一個符合未來技術發(fā)展趨勢的、各系統(tǒng)無縫集成的遠程集控中心平臺，并對實時信息進行統(tǒng)一的分析和管理，進而提高寧東風電的科學管理水平和經濟效益顯得刻不容緩。

在此背景下，本文提出開發(fā)寧東風電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集自動控制、網絡、視頻、大批量數(shù)據(jù)實時存儲與交換等多種技術于一體，可對寧東風電各風電場的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，同時實現(xiàn)偏遠風電場無人值班和少人值守，對于寧東風電場的集約化管理具有十分重要的意義。

2.系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及安全防護

2.1數(shù)據(jù)傳輸

遠程集控中心部署在寧東風電總部（銀川），通過總部（銀川）至下屬各風電場的專網與以上各監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換與通訊。為了保證數(shù)據(jù)安全、準確、穩(wěn)定的傳輸，專網采用雙通道，即主備用通道。

2.2硬件防護

本系統(tǒng)設計與規(guī)劃嚴格遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》中的技術措施，按照運行人員操作層、中層干部控制層、高級領導決策層的原則分層，其網絡架構部署如圖1所示。鏡像實時數(shù)據(jù)庫服務器和DB2數(shù)據(jù)庫服務器基于寧東風電現(xiàn)有辦公網絡部署在安全三區(qū)（即管理信息大區(qū)），通過網絡隔離裝置與部署在安全二區(qū)的遠程集控中心系統(tǒng)進行隔離。安全二區(qū)與安全一區(qū)之間部署有硬件防火墻，實現(xiàn)了邏輯隔離。

2.3軟件防護

PI系統(tǒng)管理員通過在防火墻中設置PI服務器用戶的IP地址決定該IP地址客戶端用戶能否訪問PI服務器，有效地保證了系統(tǒng)的安全運行。

除了要通過防火墻的安全檢查外，客戶端用戶還需要PI系統(tǒng)管理員為其建立的賬號和口令才能夠訪問相應權限的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)分別通過軟硬件防護實現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問的安全性。

3.系統(tǒng)監(jiān)測控制功能及實現(xiàn)

系統(tǒng)采集風機監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)各種設備的實時運行數(shù)據(jù)，并實時傳輸?shù)竭h程集控中心實時數(shù)據(jù)服務器，對數(shù)據(jù)進行有效性及可用性等處理后與各單元進行數(shù)據(jù)發(fā)布與交換，并存儲到實時數(shù)據(jù)庫，為后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析提供支持。

3.1視頻實時監(jiān)控平臺

運行人員可通過風電場現(xiàn)場視頻實時監(jiān)控系統(tǒng)控制現(xiàn)場攝像頭旋轉、拉伸等動作，實現(xiàn)對風機全局或局部的詳細查看。對于發(fā)生的異常情況系統(tǒng)可進行記錄，并發(fā)出聲光告警，及時報告值班人員。

3.2生產運行狀態(tài)實時監(jiān)測

系統(tǒng)實時監(jiān)測公司下屬風場實時運行工況、總實時負荷、各風場的實時負荷以及各臺風力發(fā)電機組實時運行狀況。生產狀態(tài)實時監(jiān)測與顯示功能采用地形圖、圖標、列表等方式進行實時信息的表達和數(shù)據(jù)的顯示。

3.3遠程控制

根據(jù)實時運行數(shù)據(jù)，集控中心可對各地處偏僻、無人或少人值守的風電場升壓站電氣設備及風機狀態(tài)進行檢測和遠方控制，對電氣設備的控制指令包括斷路器開關的合、分，對風機的控制指令包括啟動、調整出力、停止、復位控制。

3.4風功率預測

系統(tǒng)根據(jù)與風功率預測系統(tǒng)廠家協(xié)商確定的接口規(guī)約（規(guī)約為OPC），確保了與風功率預測系統(tǒng)廠家準確通訊，并將風功率預測功能完整、準確的納入到遠程集控中心系統(tǒng)。

3.5風場綜合統(tǒng)計信息

風場綜合統(tǒng)計信息完成每個電場的地理分布概況、電場總體情況、電場總體裝機容量、實時有功功率、實時無功功率、裝機臺數(shù)、運行臺數(shù)、發(fā)電量、上網電量、風速等運行情況的綜合監(jiān)測和實時顯示，使生產管理人員及時了解風場的整體生產運行情況。

3.6統(tǒng)計報表與分析

系統(tǒng)可對生產數(shù)據(jù)進行綜合處理、統(tǒng)計分析，自動生成企業(yè)的各種生產報表，對經濟指標和主要運行參數(shù)如發(fā)電量、上網電量、用網電量、風速、溫度、廠用電率、投運率、等效滿負荷利用等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，供用戶查詢和打印。

3.7風電場運行指標統(tǒng)計與分析

系統(tǒng)實現(xiàn)了在寧東風電總部（銀川）統(tǒng)計下屬各風場的安全業(yè)績指標、經營業(yè)績指標、生產指標、自然特性指標、可靠性指標、電能指標、耗損指標、運維能力指標，為公司績效考評和新建風場設備選型提供了客觀科學的理論依據(jù)。

3.8風電場對標管理

系統(tǒng)以各風電場中可利用最多小時數(shù)的風機為最優(yōu)風機，其余風機以此為標桿進行對標。這一功能可有效找出生產經營過程存在的不易被發(fā)現(xiàn)的問題，并有針對性的提出整改措施，進而提高寧東風電的管理水平和經濟效益。

3.9風電場設備故障統(tǒng)計與分析

當設備運行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設定限值時，系統(tǒng)能夠對發(fā)生的異常情況進行記錄，并發(fā)出告警，及時報告值班人員。根據(jù)風電場實時上傳的故障信號自動統(tǒng)計風場中各風機的故障次數(shù)、故障模式。統(tǒng)計結果可以作為寧東風電后續(xù)新建機組的設備選型依據(jù)。

3.10 FAM系統(tǒng)接入

系統(tǒng)具備良好的可擴展性，可實現(xiàn)和華電國際的FAM接口，以及FAM系統(tǒng)的錄入和查詢。

4.效益分析

4.1提高企業(yè)的管理效率

本系統(tǒng)的運行可有效提高風電場生產和運行管理的安全性及可靠性，并大大提高生產效率，降低工作人員的勞動強度，保證工作過程中人員的安全性。

4.2提高企業(yè)的經濟效益

根據(jù)《中國華電集團公司風力發(fā)電企業(yè)勞動定員標準（試行）》，以一個10萬千瓦容量的風電場為例（66臺1.5千瓦風電機組），集控運行人員按照五班制設置，定員標準：每個控制室11人。

遠程集控系統(tǒng)投運后，風電場實現(xiàn)少人值守，每個控制室按照4人考慮，節(jié)約人員7人，每人年人均工資5萬元計算，全年人工費用約7x5=35萬元。

由于風電場地處偏僻，遠離繁華市區(qū)，風電場每年接送運行值班人員的交通運輸費用約20萬元；人工費及運輸費合計：35+20=55萬元。

華電計劃未來在寧夏投建15個相對獨立的風電場，綜合考慮人工費、交通費、生活費、辦公費等開支，遠程集中監(jiān)控每年可為公司節(jié)約費用約55x14=770萬元，隨著公司規(guī)模的擴大，直接經濟效益將更加明顯。

5.結論

（1）風電場遠程集控系統(tǒng)的建立可實現(xiàn)各風電場數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分析，實現(xiàn)各風電場對標管理等高效的管理，提高風電場的管理效率。

（2）集中遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)風電場少人值班和無人值守，預計每年可節(jié)約770萬的費用。 [科]

【參考文獻】

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[3]孫樹敏，王尚斌，張華偉等.風電場群遠程監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].山東電力技術，2012（6）：18-21.

[4]王韜.遠程監(jiān)控系統(tǒng)在風力發(fā)電中的應用[J].華電技術，2011，33（11）：74-79.

[5]趙瑾璐，梅超.寧夏風電產業(yè)發(fā)展研究[J].寧夏社會科學，2012，172（3）：58-63.