風電遠程監(jiān)控解決方案

2013-12-27 15:11:21 電力信息化　點擊量：評論 (0)

前言　　隨著煤炭、石油等能源的逐漸減少，人類越來越重視可再生能源的利用。風力發(fā)電是可再生能源中最廉價、最有希望的能源，而且是一種不污染環(huán)境的綠色能源。　　現(xiàn)有風電場的建設一般較分散，而風電場經(jīng)理又

前言
　　隨著煤炭、石油等能源的逐漸減少，人類越來越重視可再生能源的利用。風力發(fā)電是可再生能源中最廉價、最有希望的能源，而且是一種不污染環(huán)境的“綠色能源”。

　　現(xiàn)有風電場的建設一般較分散，而風電場經(jīng)理又要了解各風場的運行情況，現(xiàn)有的分散監(jiān)視與控制顯然不能滿足要求。

　　目前，風電機組的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)都是由風電機組制造商配套提供，各廠家的SACAD系統(tǒng)互不兼容，引入后很難對其更新升級。這樣就要求把各風場各廠家的運行參數(shù)集中起來以便于比較分析。

　　一般風電場的選址比較偏僻，地理環(huán)境比較惡劣，工作人員居住地離現(xiàn)場較遠，工作人員工作起來比較辛苦，而且也因為工作條件惡劣不易招到新的工作人員。

　　因為各風電場相距較遠，而每個風場內風機數(shù)量也很多，所以每個風場都需要配置一定的工作人員進行日常的巡檢維護，從而造成了人員的浪費。

　　為了解決用戶的上述困惑，我們提出了風電場遠方監(jiān)控系統(tǒng)方案，在幾百至幾千公里之外的城市設置了監(jiān)控中心。風電公司通過該系統(tǒng)可以對各地的風電場的運行情況進行遠程管理，解決了風電公司以前難以對各地的風電場統(tǒng)一管理的問題，且可以對風電場中的多種風電機組進行統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)了風電場無人值守的目標。客戶雖然在幾百公里之外，卻如身臨其境。

2 方案
　　風電場遠方監(jiān)控系統(tǒng)主要對分布在不同地區(qū)風電場的風力發(fā)電機組及場內變電站的設備運行情況及生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)控，使監(jiān)控中心能夠及時準確地了解各風電場的生產(chǎn)運行狀況。風力發(fā)電場自動化集控系統(tǒng)包括對風電場的風力狀況和機組、風電場運行狀況數(shù)據(jù)進行采集與集中處理，提供就地操作和遠程監(jiān)控人機界面，還可自動或根據(jù)管理人員反饋的指令對風電機組和風電場運行進行效率優(yōu)化和安全保障控制。

風電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括三部分內容：
 風力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)
 場內變電站監(jiān)控系統(tǒng)
 風電場視頻/安防系統(tǒng)
　　該方案具有如下的優(yōu)勢：

　　能實現(xiàn)各種異構風電場監(jiān)測設備的數(shù)據(jù)通信、互連互通，能夠大幅提高集成效率，滿足現(xiàn)有的和將來不斷出現(xiàn)的需求；

　　屏蔽了底層設備，減少了系統(tǒng)通信連接和數(shù)據(jù)交換成本，使各風電場單個監(jiān)測設備的更換不影響整個監(jiān)測系統(tǒng)的運作，使子站子系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡連接功能，可以根據(jù)網(wǎng)絡情況靈活使用網(wǎng)絡協(xié)議，具備同時和省級、地區(qū)級主站通信的能力；

　　降低投資風險和投資成本，允許現(xiàn)有風電場監(jiān)測系統(tǒng)逐步升級改造而不是完全拋棄原來投資，而且為將來的數(shù)字化電力自動化系統(tǒng)改造帶來便利。
主站和子站間交互的風電場所有信息按標準的IEC 61850模型運作，實現(xiàn)信息在運行系統(tǒng)和其他支持系統(tǒng)之間的共享，減少重復建設和投資，提高設備、系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性，降低監(jiān)測成本；

　　有效利用電力系統(tǒng)廣泛使用的2M通信接口，讓遙測、遙調、遙控、遙信信息和圖像、聲音、安防報警等信息互不影響的傳送，并且保證通信的時效性和可靠性。

3 總體設計
3.1 原理圖
　　風電場中央監(jiān)控系統(tǒng)一般由一臺監(jiān)控計算機、通信接口、通信電纜、總線連接器、光電轉換器、多膜光纜組成。通過與風電機組就地控制器（下位機）通信而獲得數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控的目的。
原理圖示意如下：

4.1.1 下位機
　　下位機一般為現(xiàn)場微處理控制器，常用的有PLC，DSP等。風電場內的每一臺風電機組，都有一套獨立運行的下位機系統(tǒng)。同時，也要求每一臺下位機都能通過專門的通訊接口實時的向上位機傳送風電機組的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、故障信息等，以便監(jiān)控室對各個機組進行監(jiān)控和管理。

4.1.2 通訊協(xié)議
　　在遠程系統(tǒng)中，上位機與下位機之間的通訊屬于遠距離的一對多通訊。常用的通訊方式有電流環(huán)、RS485、Modem撥號等；通訊線路有電纜、光纖、GPRS無線網(wǎng)絡等。

4.1.3 上位監(jiān)控機
　　上位機指位于風電場監(jiān)控室的工控PC機和服務器。一臺上位機可同時監(jiān)控多個下位機。從下位機傳過來的風電機組狀態(tài)和數(shù)據(jù)，經(jīng)上位機分析整理后，一方面以圖表等形式實時顯示到人機界面，供工作人員查看；另一方面保存到數(shù)據(jù)庫中，作為歷史記錄，便于以后查詢調用。

3.2 總體架構
　　采用B/S結構，即Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構。這種結構主要是利用了不斷成熟的WWW瀏覽器技術，結合瀏覽器的多種語言(ASP、JSP等)和ActiveX、Flash技術，用通用瀏覽器就實現(xiàn)了原來需要復雜專用軟件才能實現(xiàn)的強大功能，是一種全新的軟件系統(tǒng)構造技術。用戶界面完全通過WWW瀏覽器實現(xiàn)，在用戶端不用再安裝任何軟件，只要能上Internet隨時可以查閱風機實時的數(shù)據(jù)資料。這種結構更成為當今應用軟件的首選體系結構。

3.3 網(wǎng)絡拓撲圖
系統(tǒng)構成

4.1 風電機組監(jiān)控系統(tǒng)
　　風電機組監(jiān)控系統(tǒng)用于控制機組運行、故障處理及機組的啟、停等操作，監(jiān)視機組運行情況，集中接收各風力發(fā)電機組的運行數(shù)據(jù)。

4.1.4 通信管理
　　根據(jù)風電場的實際情況，上、下位機通訊有如下特點：一臺上位機能監(jiān)控多臺風電機組的運行，屬于一對多通訊方式；下位機能獨立運行，并與上位機通訊，上、下位機之間的安裝距離也較遠，超過500m。

　　中央監(jiān)控計算機能自動與風力機建立通信連接，并具有通信中斷后的自動重連接功能。當網(wǎng)絡（環(huán)網(wǎng)情形）中的一臺風力機出現(xiàn)故障，不影響其他風力機的通信。具體的通信接口方式根據(jù)風電機組電控系統(tǒng)硬件通信接口配置及其通信規(guī)約而定，一般推薦使用工業(yè)以太網(wǎng)。

4.1.5 分布示意圖
　　可以直觀地顯示所有風電場、各風場設備設施（如風機、測風塔、升壓站等）的地理分布示意圖，用戶可以在地理圖上直接顯示各風電場的主要運行數(shù)據(jù)，可以通過選擇特定風電場節(jié)點對該風電場的主要數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，并可以作為導航節(jié)點直接進入指定風電場進行更進一步的操作。

4.1.6 風機監(jiān)視
　　顯示各風電機組的運行狀態(tài)，如開機、停車、調向、手/自動控制以及大/小發(fā)電機工作等情況，不同的運行狀態(tài)以不同的顏色和圖標顯示，并可以直接顯示主要運行數(shù)據(jù)，如每臺機組的瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時數(shù)、風輪及電機的轉速和風速、風向等。通過各風電機組的狀態(tài)了解整個風電場的運行情況，這對整個風電場的管理是十分重要的。

4.1.7 遠程操作
　　能夠對風電機組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內，只需對標明某種功能的相應鍵進行操作，就能對下位機進行改變設置、狀態(tài)和對其實施控制。如開機、停機和左右調向等。但這類操作必須有一定的權限，以保證整個風電場的運行安全。

4.1.8 報表功能
　　可通過報表功能來分析風電機組的工作性能。

　　報表的內容包含各種歷史數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還可插入棒圖、曲線圖、趨勢圖等。報表類型包括運行日報、旬報、月報、季報、各類考核報表、調度部門統(tǒng)計月報表、通道統(tǒng)計報表等。支持數(shù)據(jù)查詢，具有數(shù)據(jù)導出功能（導出文件格式可以選擇，如Excel表格、文本文件等）

4.1.9 測點歷史數(shù)據(jù)
　　風力發(fā)電的特點之一就是風源的不穩(wěn)定性。隨著風速的變化，系統(tǒng)控制器會對風電機組運行狀態(tài)作相應的調整，各個系統(tǒng)變量也會隨之改變。用趨勢曲線來分析變量變化情況是一種既直觀又簡明的方法。

　　以趨勢曲線或者原始數(shù)據(jù)的方式查詢某測點的歷史運行數(shù)據(jù)（如繪制風速－功率曲線、風速分布曲線、風速趨勢曲線）。用戶可以任意選擇想要查看的時間段。

4.1.10 報警功能
　　能夠及時顯示各機組運行過程中發(fā)生的故障。一方面將此故障發(fā)生的時間和內容記錄到數(shù)據(jù)庫，以方便今后查看，另一方面將故障信息顯示到界面以提醒工作人員做相應的處理。在顯示故障時，應能顯示出故障的類型及發(fā)生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證風電機組的安全和持續(xù)運行。

4.1.11 修改參數(shù)
　　系統(tǒng)管理員可以遠程修改下位機中的操作參數(shù)和風電機組運行參數(shù)，以保證風電機組在各種環(huán)境下都能自動安全穩(wěn)定地運行。

4.1.12 安全級別設置
　　系統(tǒng)設置不同操作級別的密碼，不同人員具有不同的操作級別和權限。

4.2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)
　　變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)綜合所有功能，應用自動控制技術、計算機數(shù)字化技術和數(shù)字化信息傳輸技術，將風電場變電站相互有關聯(lián)的各部分總成為一個有機的整體，用以完成從升壓站安全監(jiān)測、遠程監(jiān)視調度控制到單個點和多個點的操作處理。

 對斷路器分、合的遠程操作
 對補償電容器投、切的遠程操作
 對有載調壓變壓器分接頭的遠程調節(jié)操作
 部分保護的遠程啟動、閉鎖及信號復歸

　　具有圖形無級縮放，畫面導航，漫游和熱點選擇功能。

　　畫面顯示類型：索引目錄表、廠站主接線圖、電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)表、實時曲線圖、歷史曲線圖、棒形圖、事項順序記錄表、遙信一覽表、光字牌等。

　顯示內容包括實時采集、計算、系統(tǒng)估計和人工置入的各種電網(wǎng)動態(tài)及靜態(tài)運行參數(shù)。

　　提供包括接線圖、表格、曲線及其它所需畫面的編輯和修改工具。

4.3 視頻/安防系統(tǒng)
　　隨著計算機技術和數(shù)據(jù)通訊技術的飛速發(fā)展，圖像監(jiān)控也由模擬視頻監(jiān)控發(fā)展到數(shù)字圖像監(jiān)控。遠程數(shù)字圖像監(jiān)控至關重要的環(huán)節(jié)是圖像遠程傳輸，數(shù)字視頻壓縮編碼技術的日益成熟使基于低成本的圖像遠程傳輸實際可行，因此遠程圖像監(jiān)控具有非常廣泛的應用前途。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變電站將逐步向無人/少人值守的方向發(fā)展，為了直觀、具體地了解無人值守現(xiàn)場實時的情況，采用遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)將具有非常現(xiàn)實的意義。遠程圖像監(jiān)控一般不僅僅給生產(chǎn)管理部門提供生動的實時圖像，還具有遠程控制、報警記錄等多種功能，可以與傳統(tǒng)的監(jiān)控設備結合應用，提高整體的功能。

　　通過圖像監(jiān)控、安防系統(tǒng)，保護變電站設備及風機設備的安全。

　　通過圖像監(jiān)控結合遠程和本地人員操作經(jīng)驗的優(yōu)勢，避免誤操作。

　　通過圖像監(jiān)控、燈光聯(lián)動、環(huán)境監(jiān)測監(jiān)視現(xiàn)場設備的運行狀況，起到預警和保護作用。

配合其他系統(tǒng)（如變電站綜合自動化系統(tǒng)等）的工作。

5 性能特點
 采用了完全標準化的通信網(wǎng)絡技術－PROFIBUS現(xiàn)場總線技術和標準工業(yè)以太網(wǎng)技術，通信高速穩(wěn)定。

 可選擇對多臺風力機同時進行遠控操作，方便快捷。

 模塊化功能組合結構，擴展能力強。

 積木式數(shù)據(jù)存儲結構，提高了數(shù)據(jù)查詢速度，擴大了數(shù)據(jù)存儲范圍。
 全中文界面，操作簡單方便。

 監(jiān)控系統(tǒng)具有多種格式（包括Excel，Text）的數(shù)據(jù)導出功能，可以滿足用戶的不同需要。

 支持異地遠程通信功能。

6 接口方案
　　與無線應用的集成
　　我們的系統(tǒng)支持與無線應用裝置的集成，可用于各類工作。通過與手機與短信的接口實現(xiàn)工作流及其他即時任務的提醒。

　　與生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)接口
　　通過生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)的標準接口，我們的接口可以向生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)，加以利用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

　與OA辦公自動化系統(tǒng)接口
　　OA辦公自動化系統(tǒng)在業(yè)務處理上與我們的系統(tǒng)時相對獨立的，系統(tǒng)之間在業(yè)務邏輯上沒有太多的交叉，它們之間的接口主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)層，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和查詢需要。而我們的數(shù)據(jù)庫是開放式的數(shù)據(jù)庫，可以通過授權允許其它系統(tǒng)直接訪問數(shù)據(jù)庫。具體實現(xiàn)方式可以根據(jù)用戶的具體要求采用不同的解決辦法。