電力設施遠程監控設計方案研究

摘要：作為清潔再生能源的風電及光伏，一般位置都偏僻、分散，維護費用很高。目前風電、光伏發電成本相比較為成熟的火電和水電要高出許多。固定資產折舊費是煤電的1倍多，發電系數卻只相當于煤電的一半。根據項目地域和通信網絡條件，提出電力設施遠程監控設計方案，通過集中運行監管系統，降低設備運行維護和管理成本。

關鍵詞：電力設施;遠程;控制;通信網絡

在偏僻的地域或海島上，由于供電條件的限制而采用風電或光伏發電。與生產生活密切相關的通信網絡，并不能都覆蓋。

計劃實施的一項工程，采用風電和光伏電站供電。設計條件中，要求將所建電力設施和電站進行遠程監控，實現無人值守、少人值守，區域檢修。為將來采用輔助專家系統、故障預警診斷、系統運行優化做基礎。根據現場條件和技術要求，我們進行了技術方案研究和控制開發。

一、系統設計目標

1、監控系統分層

遠程集中監控系統設為兩層。第一層為風電、光伏和電力設施側數據采集和命令執行。第二層為遠程集控中心集中監視與控制，滿足安全運行和管理要求。

2、功能要求

2.1第一層風電、光伏和電力設施側主要實現功能：

配置通信管理機，從電氣自動化控制系統中采集設備數據，包括光功率預測、風功率預測、無功補償、功率控制、電度計量、電流、電壓、繼電保護、故障錄波等，并執行集控中心對電力設備的控制指令。

2.2第二層集中控制中心側主要實現功能：

數據的采集與處理

實時運行數據監視與控制

綜合數據統計分析及報表

重點區域視頻監控

集中報警處理

事故追憶及故障濾波

2.3時鐘同步數

在遠程集控中心側提供雙授時服務，以北斗、GPS衛星作為時間基準源，確保遠程集控中心的采集數據的時間一致性。

2.4數據采集與處理

系統的信號采集類型分為模擬量、開關量。模擬量包括電壓、電流、功率、轉速、風速、風向、溫度等電氣模擬量的實時測量。開關量包括事故信號、斷路器及重要繼電保護的動作信號等中斷開關量，各類故障信號、斷路器及隔離開關的位置信號、設備的狀態信號等非中斷開關量兩種。

2.5過程畫面監視

實時顯示電力設施主要運行參數和設備狀態。內容包括實時采集、計算、系統評估和人工置入的各種動態及靜態運行信息。

2.6數據及系統的整合

整合各電站側相關控制系統與非控制系統，完成所轄電站的數據融合與統一展示。

2.7遠程控制

完成電站主要設備的控制，主要包括：

對斷路器/隔離開關分、合的遠方操作

對補償電容器投、切的遠方操作

風電光伏遠方啟動、停機、復位、限功控制等。

2.8集中報警處理

對隨時出現的故障可進行聲光和語音報警。語音報警包括預告報警和操作報警等內容。

2.9事故追憶

將事件過程中各設備動作順序，帶時標記錄、存儲、顯示、打印，生成事件記錄報告，供查詢。

2.10故障錄波

通過相應的電力通信協議，接入故障錄波數據。在集控中心側對故障錄波數據進行分析，判斷電站各系統、線路和設備故障發生的確切地點、發展過程和故障類型等。

2.11統計分析、查詢、報表功能

系統可以查詢歷史故障、歷史數據、日志等，可以進行設備的故障報警統計和故障統計，并能夠打印。能對所有生產數據進行綜合處理、統計分析。

2.12節能分析與指標管理

建立指標管理體系，完成生產指標的計算與分析，實現指標的對標管理、指標控制以及評價管理等內容。

3、工程設計原則和實施要求

3.1實用性和完整性：配置一個功能完善、設備齊全、管理方便的智能控制及管理系統。

3.2可靠性和穩定性：在設備選型、網絡設計、軟件設計等各個方面充分考慮軟件、硬件的可靠性和穩定性。

3.3安全性：

網絡安全建設目的是保障內網安全，根據國家信息安全等級標準，網絡安全設計采用防護—檢測—準入—管理的思路，建設安全網絡：

防護：部署業內領先的防火墻、安全網關、防泄密等設備，隔離內部和外部網絡，防止來自外網的攻擊。

檢測：部署業內領先的入侵防御設備，及時檢測發現入侵行為，并通過入侵防御技術，實現聯動，及時阻止不正當行為。

管理：通過上網行為管理，規范內網用戶上網習慣，提高內網安全。行為審計溯源，規避法律風險。

安全接入：通過VPN設備，對互聯網傳輸數據進行加密，對移動接入用戶進行身份認證和權限控制。保障互聯網數據安全。

二、系統網絡結構

1、電力通信、網絡接入方案

在具備通信網絡條件下，依托電力專線建設穩定、安全、可靠的監控信息化網絡平臺。集控中心的核心網絡結構采用冗余雙以太網結構。網絡傳輸協議采用TCP/IP網絡協議，網絡傳輸速率不小于100Mbit/s，網絡配置規模需滿足系統遠景要求。網絡結構見圖一

2、無線數傳接入方案

在通信網絡條件較差的區域，根據現場環境采用無線數傳電臺MDS的接入方案。無線數據通信網在整個系統中擔任數據傳遞的重要角色。MDS電臺具備高可靠度、高速率、遠距離、組網和擴容方式靈活的特點。通過這一網絡，現場設備運行數據和控制指令可以往返于主站和各個現場裝置之間。電臺主站采集到數據后，通過交換機接入集中控制中心網絡。集控中心的核心網絡結構采用冗余雙以太網結構。網絡傳輸協議采用TCP/IP網絡協議，網絡傳輸速率不小于100Mbit/s，網絡配置規模需滿足系統遠景要求。

無線數傳MDS電臺傳輸距離與發射塔高度、接收天線高度、電臺功率有關。傳輸距離較遠時，可考慮在距離中間加裝中繼的方式。

三、軟件平臺配置方案

現場設備側配置工控機作為前置機，安裝IOServer采集器。IOServer采集現場遠動數據，傳輸給集控中心的KingScada服務器、工業庫服務器。

集控中心控制網的工業庫設置采用冗余方式，通過IOServer采集器采集現場的數據，并進行存儲為其他程序提供歷史數據。

集控中心控制網的KingScada服務器采用冗余方式，通過IOServer與現場的設備進行數據交互。KingScada服務器主要進行報警處理、事件處理、數據統計、系統的登錄服務對用戶權限進行集中管理等功能。KingScada客戶端作為操作員站，實現人機交互的所有功能。設置工程師站，實現對整個系統的管理、開發工作。

集控中心控制網設置計算服務器一臺，安裝KingCalculation軟件進行數據統計計算工作。設置報警服務器一臺，安裝KingAamp;E軟件進行現場設備的故障代碼、告警代碼報警處理工作。

設置歷史回放工作站一臺，作為事故回放使用，采用KingGraphic軟件直接與控制網的工業庫服務器進行數據交互。

集控中心控制網與管理網通過單向隔離網閘進行數據隔離，控制網的工業庫通過鏡像方式將數據傳輸給管理網。管理網設置WEB服務器一臺，提供基于B/S結構的數據訪問。

通過對上述方案可靠性、安全性等性能指標的試驗測試，在相關數據的基礎上，進行項目硬件系統設計和管理系統的軟件開發。