張弼博

（國華能源投資有限公司河北分公司，河北 張家口 075000）

1 風(fēng)電場遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的意義

風(fēng)電企業(yè)與時俱進，不斷擴大投資建設(shè)的風(fēng)電場規(guī)模，地理區(qū)域相對分散，運營、維護和管理十分不便。風(fēng)電生產(chǎn)企業(yè)正積極準備著手建設(shè)一個風(fēng)電場遠程集中安全監(jiān)控管理中心，在提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性等安全因素的前提下，實現(xiàn)監(jiān)控風(fēng)電場和風(fēng)力升壓站“無人化、少工”。遠程集中監(jiān)控、科學(xué)調(diào)度管理、遠程維護、全網(wǎng)絡(luò)化信息交互，滿足風(fēng)電場減員增效、利潤最大化的發(fā)展需求。同時，中央控制中心與各風(fēng)電場之間的遠程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控信息通信，可集成相關(guān)控制方式、通信協(xié)議及相關(guān)技術(shù)要求。在集中控制中心匯總數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用，可分為實時數(shù)據(jù)應(yīng)用和歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用。該層可分為數(shù)據(jù)庫平臺和應(yīng)用支持平臺。

2 系統(tǒng)概述

風(fēng)電場功能集約化質(zhì)量監(jiān)控處理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)實時采集數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為技術(shù)基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)采集平臺，SCADA 以監(jiān)控處理軟件系統(tǒng)為技術(shù)基礎(chǔ)采用監(jiān)控技術(shù)手段，通過自動數(shù)據(jù)采集處理裝置實時采集各類型風(fēng)電場的實際風(fēng)電質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)和對各升壓站進行遠程控制。而部署在每個風(fēng)電場的采集軟件系統(tǒng)包括遠程數(shù)據(jù)、電能計量數(shù)據(jù)、保護裝置、錯誤日志數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。這樣，將不同風(fēng)電場的各種異構(gòu)系統(tǒng)集成到中央控制中心的集成系統(tǒng)平臺中，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)建設(shè)級和應(yīng)用級的大規(guī)模集中控制系統(tǒng)集成，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。[1]基于集成的大型集中控制系統(tǒng)平臺，豐富、完整、全面的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過圖片展示，對信息資源進行深度挖掘和綜合利用，真實靈活地將數(shù)據(jù)進行橫向縱向?qū)Ρ龋晟茍缶δ?。事故前輔助判斷（平均誤差報警）和事故后召回分析功能，方便中控操作人員直觀了解和控制各風(fēng)電場生產(chǎn)現(xiàn)場情況，是可以穩(wěn)定、可靠地提供現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)的綜合管理信息實時監(jiān)控系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1 總體概述

風(fēng)電場集群監(jiān)控系統(tǒng)基于工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫和SCADA 系統(tǒng)平臺，按照強化、流程化、標(biāo)準化、標(biāo)準化的理念設(shè)計。系統(tǒng)同時實現(xiàn)了RTU 等綜合監(jiān)控設(shè)備、電力遠程綜合終端、風(fēng)電遠程綜合設(shè)備通信系統(tǒng)管理設(shè)備終端、視頻錄像監(jiān)控管理設(shè)備等平臺提供的遠程信息實時采集，監(jiān)控、視頻錄像監(jiān)控等綜合監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用管理功能。

3.2 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

硬件平臺設(shè)計包括各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)主機和其他網(wǎng)絡(luò)平臺的硬件選擇和系統(tǒng)集成，整個網(wǎng)絡(luò)平臺的硬件設(shè)計主要具有以下幾個特點：（1）穩(wěn)定性。管理系統(tǒng)內(nèi)部采用各種先進硬件保證系統(tǒng)冗余、電源等各種系統(tǒng)關(guān)鍵部件冗余，采用各種類型高性能、高可靠性的并行控制管理設(shè)備，保證整個并行監(jiān)控管理平臺的正常運行和穩(wěn)定，減少或最大限度消除單點故障，避免瞬時多點斷電故障。并行控制管理系統(tǒng)自動切換斷電時不會直接影響所有并行機房結(jié)構(gòu)成員的UPS，是不間斷自動切換電源并行控制管理系統(tǒng)。（2）可擴展性。系統(tǒng)采用各種模塊化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備和高應(yīng)用性能的可持續(xù)擴展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，保證了整個服務(wù)平臺的系統(tǒng)可持續(xù)擴展性，方便后期系統(tǒng)的優(yōu)化升級和系統(tǒng)擴展。（3）安全性。服務(wù)平臺支持全網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，全部連接采用領(lǐng)先美國戴爾雙星公司全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，專線接入，保障整個服務(wù)平臺安全。[2]（4）適用性。根據(jù)工業(yè)監(jiān)控平臺系統(tǒng)的實際應(yīng)用要求，選擇性價比高的監(jiān)控設(shè)備，確保監(jiān)控平臺的適用性，增加投資回報。（5）先進性。平臺上選擇的設(shè)備大部分采用先進技術(shù)。

3.3 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（1）視頻業(yè)務(wù)監(jiān)控管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)作為國家風(fēng)電場遠程業(yè)務(wù)監(jiān)控管理系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)組成的一部分，必須嚴格保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、安全性和系統(tǒng)可持續(xù)擴展性，確保系統(tǒng)視頻源的及時、安全、準確傳輸。為保證穩(wěn)定性和系統(tǒng)經(jīng)濟性，錄像源的歷史記錄可以保存一個月。（2）視頻遠程在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能系統(tǒng)的主要軟件應(yīng)用功能。視頻遠程在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能系統(tǒng)主要應(yīng)用功能軟件包括遠程在線視頻、音頻遠程在線文件瀏覽、視頻在線播放、報警系統(tǒng)提示信息、用戶控制運行系統(tǒng)權(quán)限以及控制系統(tǒng)配置以及系統(tǒng)管理等。（3）視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸通道要求。集中控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制的風(fēng)電場視頻信息傳輸采用數(shù)據(jù)組網(wǎng)方式或2M、4M 專線傳輸方式。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主頁包含系統(tǒng)名稱、系統(tǒng)菜單和已連接風(fēng)電場的地理分布。系統(tǒng)菜單有五個菜單按鈕：風(fēng)扇監(jiān)控系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、報告系統(tǒng)和系統(tǒng)管理。風(fēng)電場域內(nèi)地理空間分布定位圖操作是風(fēng)電系統(tǒng)管理主地圖界面的一部分，形象清晰地展示了一個屬于中央控制中心的大型風(fēng)電場域內(nèi)地理空間分布和各類型風(fēng)電場地的整體設(shè)施運行管理情況。

4.2 風(fēng)機監(jiān)控

（1）風(fēng)電場大型風(fēng)機分組平面圖的分組計劃分布結(jié)構(gòu)圖。用于風(fēng)電場分組計劃中的分類機組圖左側(cè)，以一個樹狀分組菜單的視圖形式直接顯示每個風(fēng)電場的風(fēng)機分組計劃狀態(tài)，右側(cè)在分組列表頁的頂部以視圖形式顯示每組具體的大型風(fēng)力發(fā)電計劃機組。風(fēng)力渦輪機及其主要參數(shù)顯示在每個風(fēng)力渦輪機的平面圖上。（2）詳細的風(fēng)扇監(jiān)控屏幕。風(fēng)機實時監(jiān)控功能界面主要分為風(fēng)機實時記錄數(shù)據(jù)和風(fēng)機歷史記錄兩個功能標(biāo)簽頁，實時記錄數(shù)據(jù)分類界面用戶可以通過實時數(shù)據(jù)分類出并顯示單個類型風(fēng)機所有重要性能參數(shù)的歷史實時記錄值，根據(jù)實際需要可以繪制一些重要參數(shù)的數(shù)據(jù)圖表。實時歷史記錄顯示畫面可以包括10 分鐘的實時記錄、歷史顯示錯誤和實時報警等歷史數(shù)據(jù)。[3]（3）功率密度曲線。一般風(fēng)機設(shè)備出廠時有風(fēng)機額定功率密度曲線，系統(tǒng)每小時或每天可以實時自動計算額定功率與電機風(fēng)速的對應(yīng)功率關(guān)系，并將其數(shù)值置于風(fēng)機額定功率密度曲線中即可作為功率比較點（它是散點圖和功率曲線對比圖相互的結(jié)合）。

4.3 升壓站監(jiān)控

（1）主接線圖。主接線圖顯示升壓站主電源變壓器供電高低和升壓側(cè)供電接線圖，主接線圖可以實時清晰顯示主電源變壓器供電高低和升壓側(cè)供電線路的高壓遙測、遙控電信號和高壓遙脈動緩沖值，控制升壓線路以及斷路器等各種關(guān)鍵設(shè)備。（2）子線圖。每條線路由集電器線路、反向變壓器線路、風(fēng)電場PT 線路組成，控制斷路器等重要設(shè)備。（3）保護相關(guān)信號。風(fēng)電保護相關(guān)信號顯示模塊系統(tǒng)可以自動顯示各類型風(fēng)電場所的保護訊號信息和各變電站自動接入的各種風(fēng)電保護相關(guān)信號，并根據(jù)供電線路、設(shè)備等使用條件自動查詢是否保護相關(guān)信號。（4）實時電站歷史遙測曲線。實時電站歷史遙測曲線查詢模塊，是可以實時自動顯示各個大型風(fēng)電場所對升壓站進行監(jiān)測時得到的電站遙測歷史值數(shù)，并形成實時歷史曲線，也就是可以直接進行實時歷史曲線查詢，顯示各個電站遙測的實時歷史查詢曲線。[4]（5）歷史數(shù)據(jù)報告。歷史數(shù)據(jù)報表模塊可以根據(jù)選擇的時間間隔查詢歷史遙測數(shù)據(jù)。

4.4 故障報警

（1）實時監(jiān)測報警。實時監(jiān)測報警模塊包括用于風(fēng)電電力機組故障監(jiān)測和風(fēng)電升壓站故障監(jiān)測的所有實時報警模塊信息，實時監(jiān)測報警系統(tǒng)模塊信息可以根據(jù)實時自動顯示各種實時報警模塊信息，運行管理人員甚至可以直接根據(jù)實時報警模塊信息及時了解整個風(fēng)電場的日常運行管理情況，根據(jù)風(fēng)電故障監(jiān)測報警模塊信息，準備進行相應(yīng)的故障維護等準備操作。（2）歷史報警。歷史報警模塊可以按固定時間間隔（日、月、年）查詢歷史錯誤和報警，按用戶指定的時間間隔查詢歷史錯誤和報警列表，根據(jù)報警類型或報警查詢歷史報警信息。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

5.1 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)構(gòu)建了一個基于數(shù)萬點實時數(shù)據(jù)庫的綜合數(shù)據(jù)平臺。所有數(shù)據(jù)均基于標(biāo)準協(xié)議實時采集，自定義接口軟件如Modbus、DISA、IEC103、IEC104，并通過專用網(wǎng)線連接到遠程中央監(jiān)控中心。將各風(fēng)電場的各種異構(gòu)系統(tǒng)集成到中控中心的綜合系統(tǒng)平臺中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)建設(shè)級和應(yīng)用級一體化的大規(guī)模集中控制系統(tǒng)。視頻信號通過放置在視頻服務(wù)器上的專業(yè)視頻軟件實現(xiàn)攝像機的視頻數(shù)據(jù)采集和存儲。

5.2 集中監(jiān)控

1.基礎(chǔ)信息維護。基礎(chǔ)信息包括：公司轄風(fēng)電廠、風(fēng)電廠地理位置、風(fēng)機地理位置、風(fēng)機編號、風(fēng)機狀態(tài)等信息，以及按風(fēng)扇參數(shù)劃分的標(biāo)準曲線圖、按風(fēng)扇類型劃分的錯誤代碼表進行對比分析。變電站包含：主變壓器、斷路器等設(shè)備的基本信息。

2.監(jiān)控畫面。監(jiān)測屏動態(tài)顯示水平和垂直多角度數(shù)據(jù)，并結(jié)合風(fēng)場地理分布圖、風(fēng)場三維圖、風(fēng)場矩陣圖、風(fēng)電機組監(jiān)測圖。主要電氣接線圖和支線圖輔以曲線、儀表盤、條形圖和表格等不同的顯示方式，便于中控操作人員直觀了解各風(fēng)電場生產(chǎn)現(xiàn)場情況，讓操作人員實時全面掌握現(xiàn)場生產(chǎn)情況。

3.控制與調(diào)節(jié)。系統(tǒng)嚴格按照五項防范規(guī)則和嚴格的安全設(shè)置要求，確?？刂频陌踩院蜏蚀_性。在保證控制和調(diào)節(jié)安全的前提下，操作人員可以從中央監(jiān)控中心同時對多臺風(fēng)電場進行監(jiān)控，也可以從中央控制中心執(zhí)行相應(yīng)的遠程控制命令。

4.告警系統(tǒng)。它將風(fēng)電場內(nèi)所有設(shè)備的故障告警集成到一個集成的故障告警平臺中，針對不同的告警類別和級別提供不同的告警，形成完整的故障告警數(shù)據(jù)。可實現(xiàn)實時、歷史告警信息的顯示、存儲和查詢，并以多種方式通知操作人員，以便用戶及時發(fā)現(xiàn)錯誤。此外，還提供了通訊故障提示/查詢功能，方便用戶對系統(tǒng)采集到的通訊中出現(xiàn)的異常情況進行分析和判斷。

5.事件順序記錄（SOE）。SOE 記錄包括日期、時間和事件內(nèi)容，事件記錄存儲在歷史數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)SOE 信息按各種條件分類查詢、顯示和打印。

6.事故追憶（PDR）。PDR 回放實現(xiàn)了事故過程中SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)圖形和模型的重構(gòu)，將事故前后的實時數(shù)據(jù)變化過程進行逆向再現(xiàn)“事故現(xiàn)場”，為事故分析提供重要數(shù)據(jù)。根據(jù)內(nèi)置的綜合數(shù)據(jù)平臺，可以隨時方便地查看事故前后的數(shù)據(jù)。PDR 數(shù)據(jù)可以以各種形式再現(xiàn)，例如曲線和圖表。

7.預(yù)測與規(guī)劃。運營管理人員通過識別每臺風(fēng)機一定時間段內(nèi)的風(fēng)向發(fā)生率或風(fēng)向平均風(fēng)速，對風(fēng)場場址的風(fēng)速特性和風(fēng)能資源進行分析評估，從而提高發(fā)電效率。[5]

8.計算和統(tǒng)計。計算與完成統(tǒng)計分析使用強大的企業(yè)數(shù)據(jù)綜合計算分析引擎，從各個不同角度對企業(yè)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息進行分析計算并完成統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析。計算關(guān)鍵數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值、累計值，利用圖形平臺動態(tài)展示各種格式的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行趨勢統(tǒng)計分析等。

9.負荷優(yōu)化。負載優(yōu)化可以選擇最優(yōu)的控制策略，配合負載預(yù)測系統(tǒng)實現(xiàn)有效的功率控制。隨著系統(tǒng)的持續(xù)運行，數(shù)據(jù)的不斷增加和內(nèi)置模型的不斷豐富，將有效指導(dǎo)風(fēng)電場的優(yōu)化運行。

6 智能分析

智能分析是對利用人工智能獲得的信息進行分析和研究，分析包括相關(guān)風(fēng)資源數(shù)據(jù)、風(fēng)機實際運行數(shù)據(jù)和總發(fā)電量。運營商建立專業(yè)知識數(shù)據(jù)庫，將獲得的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，計算機對風(fēng)電場進行評估并據(jù)此提出建議，使風(fēng)力發(fā)電能夠正常高效地運行。

風(fēng)資源指標(biāo)代表一組需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如平均風(fēng)速、有效風(fēng)速、風(fēng)能利用系數(shù)等。監(jiān)控這些數(shù)據(jù)有兩個作用：一是找出停電等情況的根本原因；二是作為企業(yè)制定停電或維護計劃的依據(jù)。

核心運維指標(biāo)是指反映風(fēng)機在實際運行中性能的數(shù)據(jù)。例如可用性、電力損失量、機器的等效使用小時數(shù)和現(xiàn)場電力消耗率。這些數(shù)據(jù)可以進一步描述風(fēng)扇的性能，我們也可以對這些數(shù)據(jù)進行計算，以確保能夠準確地使用風(fēng)扇。

電能的來源有單機、風(fēng)電場和現(xiàn)場三種，因此智能分析計算的總功率為單機發(fā)電量之和。然后可以根據(jù)系統(tǒng)的組織級信息數(shù)據(jù)庫清楚地顯示每天、每月和每年的總發(fā)電量。

7 結(jié)語

隨著發(fā)達國家對利用清潔能源的需求不斷增長，風(fēng)電在國家電網(wǎng)建設(shè)中的使用比重必須逐步提高。為了解決我國風(fēng)電場分布式過程管理，實現(xiàn)我國風(fēng)電場無人化，提升我國風(fēng)電生產(chǎn)企業(yè)競爭優(yōu)勢，構(gòu)建遠程集中電力監(jiān)控與風(fēng)電生產(chǎn)過程管理綜合一體化監(jiān)控系統(tǒng)無疑是必然選擇。