宋莉君，張 娜，楊阿滿（陜西省電力設(shè)計(jì)院,西安 710054）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

宋莉君，張 娜，楊阿滿
（陜西省電力設(shè)計(jì)院,西安 710054）

摘 要：本文論述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的配置和功能。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)

近幾年，在國(guó)家可再生能源法等相關(guān)政策的支持引導(dǎo)下，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，各風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量日益增加。有效地對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保證風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)變得至關(guān)重要。

目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控分為就地控制和遠(yuǎn)端集中控制兩種控制方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制、保護(hù)、測(cè)量和信號(hào)采集以及與電網(wǎng)同期。遠(yuǎn)端集中控制由中控室運(yùn)行人員通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)接口，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行集中、遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制。

1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍主要包括以下各項(xiàng)：（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速、機(jī)艙振動(dòng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)組偏航情況、風(fēng)速、環(huán)境溫度、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組溫度、功率、電流、電壓、電氣負(fù)載的連接、起動(dòng)及停機(jī)過(guò)程、電網(wǎng)或負(fù)載丟失時(shí)的事故或故障、事故位置及事故機(jī)組數(shù)量等運(yùn)行參數(shù)、安全保護(hù)信號(hào)、各設(shè)備的狀態(tài)和異常運(yùn)行信號(hào)以及設(shè)備的控制等；（2）箱式變電站。包括箱式變高壓側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器以及低壓側(cè)斷路器等元件的運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)和異常運(yùn)行信號(hào)以及設(shè)備的投退控制等。

2　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)作為風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)之一，一般由上位監(jiān)控工作站（包括工控PC機(jī)和服務(wù)器）、下位機(jī)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)組成。（1）上位監(jiān)控工作站。上位監(jiān)控工作站是指布置在風(fēng)電場(chǎng)中控室的工控PC機(jī)和服務(wù)器。一臺(tái)上位監(jiān)控工作站可同時(shí)接收、處理多臺(tái)從下位機(jī)傳過(guò)來(lái)的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)上位監(jiān)控工作站分析處理后，以圖文、報(bào)表等形式實(shí)時(shí)顯示到人機(jī)界面，供工作人員查看，并且及時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為歷史記錄文件，供以后查詢使用；（2）下位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)指風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可獨(dú)立于上位監(jiān)控工作站在各種異常工況下單獨(dú)處理風(fēng)電機(jī)組故障，保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的下位機(jī)系統(tǒng)均可與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，使上位監(jiān)控工作站能隨時(shí)了解下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行管理和控制。下位機(jī)系統(tǒng)具有與上位機(jī)通訊聯(lián)系的專用通訊接口。

下位機(jī)系統(tǒng)由下位機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)單元、通訊網(wǎng)絡(luò)組成。

下位機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

3　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)功能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組正常的啟動(dòng)、停機(jī)、故障報(bào)警停機(jī)控制；運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及各分系統(tǒng)正常運(yùn)行控制；緊急狀態(tài)下機(jī)組安全控制等。（1）風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控工作站功能。風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控工作站主要實(shí)現(xiàn)讀取并顯示每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的瞬時(shí)運(yùn)行和運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令如啟機(jī)、停機(jī)，左/右偏航，復(fù)位等；遠(yuǎn)程查看并修改風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行設(shè)置參數(shù)；自動(dòng)生成風(fēng)電機(jī)組的日運(yùn)行報(bào)表、月運(yùn)行報(bào)表、年運(yùn)行報(bào)表；與風(fēng)電場(chǎng)下位機(jī)系統(tǒng)的通訊；（2）風(fēng)電場(chǎng)下位機(jī)系統(tǒng)功能。下位機(jī)系統(tǒng)應(yīng)按照風(fēng)機(jī)控制的工藝要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)保護(hù)、通訊等功能，保證每臺(tái)風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

4　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求

（1）站控層設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備為上位監(jiān)控工作站，包括工控PC機(jī)和服務(wù)器，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器與風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)合用，不單獨(dú)配置。工控PC機(jī)選用性能優(yōu)秀的主流工控機(jī)，采用中文Unix或Linux操作系統(tǒng)。操作員站應(yīng)能實(shí)現(xiàn)事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢，圖形文件及報(bào)表顯示，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢，操作控制命令的下達(dá)等。當(dāng)配置兩臺(tái)互為熱備用的操作員站時(shí)，當(dāng)主機(jī)故障，備用機(jī)自動(dòng)提升為主機(jī)、實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，不影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；（2）下位機(jī)。下位機(jī)采用DCS或可編程控制器（PLC），由風(fēng)電機(jī)組廠家成套供貨。由于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下位機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)在300點(diǎn)左右，在故障檢測(cè)、自動(dòng)復(fù)位及數(shù)據(jù)記錄功能的應(yīng)用時(shí)，使得數(shù)據(jù)計(jì)算量很大，因此下位機(jī)對(duì)同一時(shí)間、不同優(yōu)先級(jí)事件的發(fā)生，應(yīng)按照事件的重要程度執(zhí)行不同的掃描周期；（3）安全保護(hù)系統(tǒng)功能。風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要核心部件，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的根本保證，所以為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全性，控制系統(tǒng)中必須具有安全保護(hù)功能，以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的安全可靠性。安全保護(hù)系統(tǒng)功能由風(fēng)電機(jī)組安全保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)單元實(shí)現(xiàn)；（4）并網(wǎng)控制功能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備并網(wǎng)控制功能，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)的并網(wǎng)。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組宜采用晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)，由大功率晶閘管和有關(guān)控制驅(qū)動(dòng)電路組成，通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)機(jī)組的三相電流和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)并網(wǎng)單元，以控制發(fā)電機(jī)的端電壓，在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器動(dòng)作，將主回路晶閘管斷開(kāi)，并網(wǎng)成功；（5）通信網(wǎng)絡(luò)。下位機(jī)控制系統(tǒng)接入風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)中。上位監(jiān)控工控PC機(jī)直接從風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)中采集風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)并下發(fā)控制指令等，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控。

5　結(jié)語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行控制，并存儲(chǔ)信息，還可以根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。

參考文獻(xiàn)：

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