梁 濤，袁正彬，梅春曉，孫國(guó)峰

（1.河北工業(yè)大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300130；2.河北建投新能源有限公司，石家莊 050000）

目前國(guó)內(nèi)已建成數(shù)個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)，并正常運(yùn)行，但由于技術(shù)上的限制，許多監(jiān)控系統(tǒng)在功能上并不完善，在智能化管理上未得到體現(xiàn)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量調(diào)度策略上未能實(shí)現(xiàn)良好控制，解決這些問題是使風(fēng)力發(fā)電向著更加智能化方向發(fā)展的關(guān)鍵[1]。

因此需在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上增加智能化管理系統(tǒng)功能區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)多風(fēng)電場(chǎng)的智能化管理[2]，其次，為實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量調(diào)度上的管理需改進(jìn)調(diào)度策略；在系統(tǒng)的安全上也要做相應(yīng)處理，在故障診斷數(shù)據(jù)處理上也要提高效率。而這些手段和方法在已建成的系統(tǒng)中并沒有實(shí)現(xiàn)或不夠全面。

目前國(guó)內(nèi)已相繼建立了多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控中心，但并沒有實(shí)現(xiàn)智能化管理，在調(diào)度策略上并沒有改進(jìn)。

本文在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了智能化管理系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，改進(jìn)了原有調(diào)度策略，增加了系統(tǒng)的發(fā)電量，在故障診斷方面采用新的診斷算法，提高了診斷速率。

1 集控系統(tǒng)的組成與功能

1.1 集控系統(tǒng)組成

風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)及智能化管理系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)、智能化管理系統(tǒng)、VPN網(wǎng)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集與控制傳輸平臺(tái)、風(fēng)電場(chǎng)本地系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure diagram

1.2 集控系統(tǒng)的功能

集控系統(tǒng)的主要功能有：

1）數(shù)據(jù)采集及控制功能：風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與控制、風(fēng)機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、升壓站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與控制、箱變?cè)O(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與控制、風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、功率控制系統(tǒng)（AGC/AVC）、保護(hù)及故障信息子站數(shù)據(jù)采集、電能量計(jì)量信息采集。

2）監(jiān)視功能：風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)視（圖形展示、風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)視、單臺(tái)風(fēng)機(jī)監(jiān)視）、升壓站、箱變?cè)O(shè)備、功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、相量測(cè)量系統(tǒng)、保護(hù)及故障信息子站和電能量計(jì)量等的監(jiān)視。

3）調(diào)度管理：監(jiān)控中心由冀北調(diào)控中心調(diào)度，各風(fēng)電場(chǎng)考慮由監(jiān)控中心、區(qū)調(diào)和冀北調(diào)控中心調(diào)度。最終調(diào)度關(guān)系由冀北調(diào)控中心確定。接受各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)下發(fā)的調(diào)度命令并嚴(yán)格地執(zhí)行，對(duì)各風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組、開關(guān)和主變等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)度。及時(shí)、準(zhǔn)確地報(bào)送所轄風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)信息和相關(guān)數(shù)據(jù)；根據(jù)所轄風(fēng)電場(chǎng)不同設(shè)備的調(diào)管范圍報(bào)送一、二次設(shè)備停電計(jì)劃；及時(shí)報(bào)告事故或異常情況，并配合各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行事故或異常處理。

1.3 智能化管理系統(tǒng)的功能

1）WEB數(shù)據(jù)的發(fā)布功能：采用B/S架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)集控中心的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)的發(fā)布，集團(tuán)中心在局域網(wǎng)內(nèi)以網(wǎng)頁(yè)形式瀏覽集控中心的實(shí)時(shí)在線畫面及各項(xiàng)數(shù)據(jù)[3]。

2）物資管理功能：能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行管理、故障處理、三票管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析、物資管理、運(yùn)行管理、綜合查詢等功能，對(duì)各風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)備、人員及日常工作等進(jìn)行智能化管理。

1.4 數(shù)據(jù)采集與控制傳輸平臺(tái)

數(shù)據(jù)采集與控制傳輸平臺(tái)采用 OPC技術(shù)、IEC61400-25[6]標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)信息采集，采用RTU實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓站數(shù)據(jù)和風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控（AGC，AVC）以及集控中心命令的上傳下達(dá)。

2 智能化管理系統(tǒng)

2.1 智能化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取

集控中心和智能化管理系統(tǒng)通過寫數(shù)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，集控中心將采集到的數(shù)據(jù)寫入商用數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL，智能化管理系統(tǒng)從MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分類處理顯示，數(shù)據(jù)流的流動(dòng)只能是單向的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流向結(jié)構(gòu)Fig.2 Data flow diagram

2.2 WEB數(shù)據(jù)的發(fā)布

WEB發(fā)布系統(tǒng)主要用于在監(jiān)控中心辦公區(qū)建立起一套與風(fēng)電場(chǎng)集控系統(tǒng)完全一致的鏡像系統(tǒng)，并具備商務(wù)智能及大數(shù)據(jù)分析能力等，利用WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)發(fā)布[4]，集團(tuán)中心可以對(duì)集控中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面以網(wǎng)頁(yè)的形式在線瀏覽，方便對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程智能化管理。

3 新型自動(dòng)發(fā)電量調(diào)度策略

傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量調(diào)度策略由調(diào)度中心下發(fā)功率值到集中監(jiān)控中心，監(jiān)控中心再下發(fā)到每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)定值為固定值，如圖3所示，由于受自然條件限制不同風(fēng)電場(chǎng)在同一時(shí)間風(fēng)力的大小不等，造成部分風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量大于調(diào)度中心設(shè)定值，處于棄風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)，而部分風(fēng)電場(chǎng)因風(fēng)力不足，處于欠發(fā)狀態(tài)，以致風(fēng)能得不到充分利用，產(chǎn)生資源的浪費(fèi)。為了充分利用自然資源，在集中監(jiān)控中心側(cè)增加相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)一管理調(diào)度，將風(fēng)力發(fā)電量差異較大的多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電總量設(shè)定為定值。如圖4所示，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電量配額的自由分配，當(dāng)部分風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力較小而部分風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力較大時(shí)，在不超過總發(fā)電量設(shè)定值情況下風(fēng)力大的風(fēng)電場(chǎng)可充分發(fā)電以補(bǔ)缺風(fēng)力小的風(fēng)電場(chǎng)未能充分發(fā)電剩余配額，使風(fēng)資源得到充分利用，實(shí)現(xiàn)最大發(fā)電量。圖5為前后2種方法發(fā)電量對(duì)比圖。由圖可以看出，改進(jìn)調(diào)度策略后的發(fā)電量明顯增加。

4 故障診斷樣本提取算法

針對(duì)算法對(duì)故障大樣本處理能力不足、算法執(zhí)行效率不高的問題，提出一種有效的樣本約簡(jiǎn)方

圖3 傳統(tǒng)發(fā)電量調(diào)度策略Fig.3 Traditional power generation scheduling strategy

圖4 新型調(diào)度策略圖Fig.4 New scheduling strategy map

圖5 傳統(tǒng)發(fā)電量調(diào)度策略Fig.5 Traditional power generation scheduling strategy

其中，max（xi）為樣本每一維數(shù)據(jù)中的最大值；min（xi）為每一維數(shù)據(jù)中的最小值；m為一常數(shù)，m的取值為樣本數(shù)目的1/k，通常情況下k的取值小于10。

以離N維空間中離原點(diǎn)最近的一個(gè)樣本為起始點(diǎn)，以Ds中各維的長(zhǎng)度劃分樣本空間，從而將樣本空間劃分為邊長(zhǎng)為di的樣本快（Sample Block，SBlock）。將每個(gè)S-Block中所含第一類樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)定義為φ-，所含第二類樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)定義為φ+，則定義該S-Block的密度為法，在確保支持向量樣本點(diǎn)數(shù)目的前提下，通過預(yù)提取含有支持向量的約簡(jiǎn)故障樣本從而達(dá)到提高算法效率的目的。支持向量機(jī)算法的關(guān)鍵在于尋找最優(yōu)分界面，而算法的計(jì)算時(shí)間主要消耗在計(jì)算支持向量上。由算法的原理可知支持向量主要分布在樣本的邊緣，對(duì)于大樣本或者海量樣本來說，樣本內(nèi)部含有遠(yuǎn)多于支持向量數(shù)目的對(duì)樣本分類無貢獻(xiàn)的樣本點(diǎn)，這些樣本點(diǎn)耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，極大地降低了算法的效率。因此通過有效提出內(nèi)部非支持向量樣本點(diǎn)可以有效提高算法執(zhí)行效率，本文算法的樣本約簡(jiǎn)方法如下：對(duì)于給定訓(xùn)練樣本集：

設(shè)第一類樣本集為S1，即第二類樣本集為S2，即S1=｛x∣y=-1，x∈S｝。對(duì)樣本所處的N維向量空間定義一個(gè)N維的最小跨度向量Ds：

由式（3）可知，當(dāng)φ+≥φ-時(shí)，ρ為非負(fù)值；當(dāng)φ+＜φ-時(shí)，ρ為負(fù)值。設(shè)定閥值為θ（0≤θ≤0.5），對(duì)于一個(gè)S-Block來說，當(dāng)ρ≤θ時(shí)，該S-Block被稱為邊界塊；當(dāng)ρ＞θ時(shí)，該S-Block被稱為內(nèi)部塊[7]。

由S-Block樣本密度的定義可知，邊緣樣本可能分布在B-Block及其周圍輻射的數(shù)據(jù)所構(gòu)成的候選塊中。因此需要提取候選S-Block中的數(shù)據(jù)構(gòu)成新的樣本集Sc：

它們之間的關(guān)系為Sc∈S，S1c∈S1，S2c∈S2，經(jīng)過對(duì)樣本空間進(jìn)行劃分并提取邊緣樣本，可以有效去除樣本中心對(duì)樣本分類沒有意義的樣本點(diǎn)，在一定程度上減少了訓(xùn)練樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，從而提高算法的計(jì)算速度。此方法對(duì)大樣本和海量樣本十分有效，樣本容量越大，約簡(jiǎn)效果越好。

5 二次安全防護(hù)設(shè)備

監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)格執(zhí)行電力二次安全防護(hù)要求，按安全I(xiàn)、II、III區(qū)配置設(shè)備。風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)建設(shè)嚴(yán)格按照二次安防的相關(guān)文件來執(zhí)行，將全部的功能分布在3個(gè)安全分區(qū)，3個(gè)區(qū)分布采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，分別為生產(chǎn)控制區(qū)（一區(qū)）、生產(chǎn)非控制區(qū)（二區(qū)）、智能化管理區(qū)（三區(qū)）。在生產(chǎn)控制區(qū)和生產(chǎn)非控制區(qū)之間采取防火墻邏輯隔離措施，在生產(chǎn)非控制區(qū)和智能化管理大區(qū)采用正向隔離和反向隔離措施，集控中心與風(fēng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通訊主要以集控中心側(cè)生產(chǎn)控制區(qū)和風(fēng)場(chǎng)側(cè)生產(chǎn)控制區(qū)的通訊為主，兩者之間的數(shù)據(jù)通訊采取縱向加密安全措施[5]。

6 結(jié)語

此平臺(tái)的建設(shè)有助于實(shí)現(xiàn)多風(fēng)電場(chǎng)管理向著更加智能化的方向發(fā)展。提高了公司的管理水平，對(duì)優(yōu)化大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組群并網(wǎng)后的電能質(zhì)量以及電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著顯著的效果，同時(shí)減少了故障樣本的數(shù)量，提高了故障診斷的速率。總的來說風(fēng)電場(chǎng)群遠(yuǎn)程集中監(jiān)控才剛剛起步，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，集中監(jiān)控中心將會(huì)增加更多的功能，從而真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無人值守的生產(chǎn)狀況。

[1] 喬穎，魯宗相.考慮電網(wǎng)約束的風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)有功控制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（22）：88-93.

[2] 王成，王志新，張華強(qiáng).風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化儀表，2008，29（11）：16-20.

[3] 段斌，林媛源，黃凌翔，等.風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控通信安全解決力案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（12）：97-102.

[4] 白永祥.省級(jí)調(diào)度中心風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度管理技術(shù)支持系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[5] 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì).電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定.國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)5號(hào)令[Z]，2014-12-20.

[6] 蔡忠勇，荊超.風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信原理及模型一IEC 61400-25標(biāo)準(zhǔn)介紹[J].電力系統(tǒng)通信，2008，29（18）：59-64.

[7] Weston J and Watkins C.Multi-class support vector machines. In M.Verleysen editor[C]//Proceedings of ESA-NN99，BrusselSm，l999.