文 | 劉文斌

風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案研究

文 | 劉文斌

隨著新能源的快速發(fā)展，風(fēng)電場數(shù)量及裝機規(guī)模不斷增加，風(fēng)電場管理問題也日益凸顯。當前風(fēng)電運營管理存在風(fēng)電場分散、風(fēng)電機組配置SCADA系統(tǒng)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)量大、人員經(jīng)驗不足、資源利用效率低、報表重復(fù)報送、資源浪費嚴重等等問題。為有效解決上述問題，需構(gòu)建總部集團、區(qū)域集控、風(fēng)電場廠站“三級一體”的管控模式。該模式以集中監(jiān)控系統(tǒng)為核心，智能運維為目標，逐步實現(xiàn)風(fēng)電場群管控的標準化、規(guī)范化建設(shè)。

系統(tǒng)目標

風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)是通過智能一體化監(jiān)控管理平臺的建設(shè)與實施，逐步實現(xiàn)對公司的多個風(fēng)電場運營生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入，實現(xiàn)對所轄風(fēng)電場的集中監(jiān)視、集中控制、集中調(diào)度、集中管理，并進行各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理（如數(shù)據(jù)報表、故障分析與預(yù)測診斷、設(shè)備參數(shù)綜合統(tǒng)計、設(shè)備定期維修檢測、設(shè)備綜合信息查詢等），逐步實現(xiàn)少人值守或無人值班，以減少運行維護成本，最大限度地實現(xiàn)資源集約化、精益化和能源效益化。

基于集中管理的思想，風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)平臺應(yīng)具有統(tǒng)一性、開放性、標準化、模塊化和擴展性等特點，并能夠保證數(shù)據(jù)的安全，可實現(xiàn)對所轄多個風(fēng)電場的集中監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)報表統(tǒng)計分析和生產(chǎn)運營管理。

系統(tǒng)解決的難點問題

（一）規(guī)約多樣化：風(fēng)電場廠站側(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括風(fēng)電機組SCADA系統(tǒng)、升壓站綜自系統(tǒng)、風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)、AGC/AVC、振動監(jiān)測系統(tǒng)、視頻安防系統(tǒng)及故障錄波信息等等。這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息通信基本涉及到101、103、104、CDT、Modbus、IEC61850等通信協(xié)議，且需統(tǒng)一接入，并將其標準化轉(zhuǎn)發(fā)上傳至集控中心。

（二）數(shù)據(jù)安全性：風(fēng)電場廠站側(cè)與區(qū)域集控中心側(cè)數(shù)據(jù)信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設(shè)置在安全I區(qū)。風(fēng)電場廠站側(cè)在安全I區(qū)、II區(qū)需增加網(wǎng)關(guān)機等設(shè)備，進行數(shù)據(jù)接入和上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；區(qū)域集中監(jiān)控中心系統(tǒng)建設(shè)需設(shè)置在安全I區(qū)、III區(qū)，其中集中監(jiān)控、運維設(shè)置在安全I區(qū)，數(shù)據(jù)上行轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置在安全III區(qū)；總部級別集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在安全III區(qū)，設(shè)立大數(shù)據(jù)分析中心、管理中心、展示中心，這些中心不具備集中控制功能。

（三）時鐘同步性：風(fēng)電場廠站因地理位置差異，各廠站側(cè)數(shù)據(jù)因GPS/北斗對時系統(tǒng)時差影響存在時間差異，區(qū)域集中監(jiān)控中心必須解決時鐘差異問題，設(shè)置一用一備的兩套對時系統(tǒng)，以在時間尺度上完成標準統(tǒng)一。

（四）系統(tǒng)擴展性：隨著新能源制造技術(shù)、安裝技術(shù)、施工技術(shù)、管理能力等的提升，加上國家政策的支持，新能源仍將持續(xù)發(fā)展，總部級和區(qū)域級集中監(jiān)控系統(tǒng)需滿足企業(yè)對新能源發(fā)展的持續(xù)接入，系統(tǒng)應(yīng)具備易擴容性和可升級性。

（五）集中控制專用通道特性：區(qū)域集中監(jiān)控中心實現(xiàn)集中調(diào)度、并網(wǎng)優(yōu)化、AGC/AVC、功率預(yù)測等功能，需與電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)通過電力專網(wǎng)通道通信；區(qū)域集中監(jiān)控中心與風(fēng)電場廠站實現(xiàn)控制功能，為確保區(qū)域集中監(jiān)控中心下行數(shù)據(jù)安全，需通過專網(wǎng)通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置。

系統(tǒng)構(gòu)架

基于集中管理的思想，風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)主要包含各風(fēng)電場生產(chǎn)過程監(jiān)控、遠程集中監(jiān)控、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策四大系統(tǒng)層次。系統(tǒng)采用分層分布的體系結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)分為三層：風(fēng)電場控制層、區(qū)域控制層和集中控制層。風(fēng)電場控制層設(shè)在風(fēng)電場現(xiàn)場側(cè)，為風(fēng)電場運行與管理提供完整的自動化監(jiān)控，為上級系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與信息服務(wù)；區(qū)域控制層設(shè)在區(qū)域風(fēng)電場中央控制室，負責(zé)所轄風(fēng)電場運行狀態(tài)的監(jiān)視、控制與管理，為集中控制層提供數(shù)據(jù)與信息服務(wù)；集中控制層作為總部或集團級監(jiān)控中心，全面掌控總部所有風(fēng)電場運行狀況，統(tǒng)籌資源調(diào)配。

一、系統(tǒng)構(gòu)架總體方案

系統(tǒng)架構(gòu)采用分層模式，分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層（風(fēng)電場側(cè)）、數(shù)據(jù)采集存儲層（數(shù)據(jù)中心）、多引擎數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、集控平臺展示層，及對外接口層。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層實現(xiàn)廠站側(cè)數(shù)據(jù)的采集與存儲功能，提供原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)；數(shù)據(jù)中心層存結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務(wù)層針對各種格式的數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)管理和對外統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)；業(yè)務(wù)邏輯層主要針對業(yè)務(wù)邏輯的操作，對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進行業(yè)務(wù)邏輯處理，包括指標統(tǒng)計、邏輯運算、性能分析、狀態(tài)監(jiān)測、圖表配置等服務(wù)。展示層提供展示平臺的應(yīng)用功能。對外接口層提供遠程控制的指令下達與其他系統(tǒng)交互服務(wù)。

二、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

廠側(cè)數(shù)據(jù)通過部署在廠側(cè)的數(shù)據(jù)采集接口機將實時數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的通信規(guī)約通過加密認證設(shè)備上傳到一體化集控平臺數(shù)據(jù)中心，在生產(chǎn)大區(qū)完成數(shù)據(jù)的上傳采集和控制指令的下達，再通過隔離裝置進入到管理大區(qū)的數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器，完成一體化集控平臺的數(shù)據(jù)集中展示及其他高級應(yīng)用。在管理大區(qū)完成數(shù)據(jù)的集中展示，在生產(chǎn)大區(qū)完成遠程控制的指令下達。

三、系統(tǒng)物理架構(gòu)

風(fēng)電場廠站側(cè)與區(qū)域集控中心側(cè)數(shù)據(jù)信息上行/下行通信需要滿足電力二次安全防護要求，集中控制功能需設(shè)置在安全I區(qū)。風(fēng)電場廠站側(cè)在安全I區(qū)、II區(qū)需增加網(wǎng)關(guān)機等設(shè)備，進行數(shù)據(jù)接入和上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；區(qū)域集中監(jiān)控中心系統(tǒng)建設(shè)需設(shè)置在安全I區(qū)、III區(qū)，其中集中監(jiān)控、運維設(shè)置在安全I區(qū)，數(shù)據(jù)上行轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置在安全III區(qū)；總部級別集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在安全III區(qū)，設(shè)立大數(shù)據(jù)分析中心、管理中心、展示中心，不具備集中控制功能。區(qū)域集中監(jiān)控中心實現(xiàn)集中調(diào)度、并網(wǎng)優(yōu)化、AGC/AVC、功率預(yù)測等功能，需與電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)通過電力專網(wǎng)通道通信；區(qū)域集中監(jiān)控中心與風(fēng)電場廠站實現(xiàn)控制功能，為確保區(qū)域集中監(jiān)控中心下行數(shù)據(jù)安全，需通過專網(wǎng)通道進行通信，并加裝滿足電力二次安全防護要求的隔離裝置?？偛考墔^(qū)域中心、區(qū)域集中監(jiān)控中心及風(fēng)電場廠站三者之間相互進行生產(chǎn)管理信息通信，通過管理網(wǎng)通道進行通信交互。

系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

一、風(fēng)電場側(cè)實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

風(fēng)電場側(cè)實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心，通過規(guī)范化、標準化的信息資源采集中心，將各風(fēng)電場不同型號的風(fēng)電機組、升壓站、振動監(jiān)測、AGC/AVC、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和視頻信息轉(zhuǎn)換成標準的統(tǒng)一格式、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一上傳，形成一個數(shù)據(jù)格式和操作控制高度統(tǒng)一的系統(tǒng)，并有良好的實時性、響應(yīng)性、并發(fā)性和可擴展性，實現(xiàn)對風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組、升壓站、振動監(jiān)測、AGC/AVC、測風(fēng)塔數(shù)據(jù)和視頻等設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集。風(fēng)電場側(cè)實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)需考慮一定的網(wǎng)絡(luò)冗余，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、風(fēng)電場群集中監(jiān)控子系統(tǒng)

風(fēng)電場群集中監(jiān)控中心子系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，獨立系統(tǒng)，層次界限清晰，控制調(diào)度管理權(quán)限分明、清楚，具有安全可靠、功能齊全和智能的特點。集中監(jiān)控中心子系統(tǒng)具有獨立的采集功能，直接與所轄的風(fēng)電場通信，其節(jié)點多、系統(tǒng)復(fù)雜，采取冗余配置。其功能主要包括：數(shù)據(jù)采集與處理、基礎(chǔ)信息維護、監(jiān)控畫面統(tǒng)一、控制與調(diào)節(jié)、告警、事故順序記錄、事故追憶、歷史數(shù)據(jù)管理、報表、統(tǒng)計分析、權(quán)限管理、圖形及畫面顯示、地理信息顯示、通信接口、環(huán)境監(jiān)測、視頻安防、系統(tǒng)容量及系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)。

三、生產(chǎn)運營管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)運營管理子系統(tǒng)充分整合各個風(fēng)電場的人力、設(shè)備及備品備件資源，進行統(tǒng)一的運維管理，提高企業(yè)的綜合資源管理能力，形成標準的“管、控、營”體系平臺，加速企業(yè)技術(shù)知識的積累和應(yīng)用推廣，從而提高生產(chǎn)管理效率、降低運營成本。其主要功能包括：運行管理、設(shè)備管理、檢修管理、物資管理、技術(shù)管理、庫存管理、安全管理、質(zhì)量管理、檢測管理、指標考核、故障診斷及電量分析。

四、風(fēng)電場群功率預(yù)測子系統(tǒng)

風(fēng)電場群功率預(yù)測子系統(tǒng)主要包括：實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、風(fēng)電場氣象信息、風(fēng)電場功率預(yù)測信息、誤差統(tǒng)計分析等。

五、遠程決策分析子系統(tǒng)

遠程決策分析子系統(tǒng)是以實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)處理平臺為手段，充分利用并整合各類一次原始數(shù)據(jù)、二次加工數(shù)據(jù)，結(jié)合運營目標及相應(yīng)的決策策略，提供各種決策支持數(shù)據(jù)，輔助運營決策，提升決策能力、提高綜合效益。其功能包括：各級KPI關(guān)鍵指標分析、多級分析決策知識庫、預(yù)測、計修正劃、生產(chǎn)績效評估、設(shè)備狀態(tài)評估。

結(jié)語

本文針對風(fēng)電場的分散性、規(guī)約多樣性、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)量大等特點，對風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案難點問題進行分析，對系統(tǒng)構(gòu)架和主要實現(xiàn)的功能進行研究，為構(gòu)建總部集團、區(qū)域集控、風(fēng)電場廠站“三級一體”的管控模式提供了解決方法。該方法以數(shù)字化、自動化、智能化、信息化為目標建設(shè)一體化集中監(jiān)控運營管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的存儲、共享、流轉(zhuǎn)；利用穩(wěn)定的通信技術(shù)，實現(xiàn)運行、設(shè)備的智能化管理；利用尖端的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理的精細化、標準化、科學(xué)化。在信息化體系不斷完善過程中，逐步提升風(fēng)電運營的管理效益、經(jīng)濟效益，最大限度地實現(xiàn)資源集約化、精益化和能源效益化。

（作者單位：中國電建中南勘測設(shè)計研究院有限公司）