集控模式下風電場綜合自動化監控系統優化方案設計

曾佳佳

集控模式下風電場綜合自動化監控系統優化方案設計

曾佳佳

（五凌電力有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830026）

風能作為一種清潔的可再生能源，日益受到國內和國際的重視，國內風力發電行業正高速發展，隨著風力發電場日益增多，風電監控系統已成為風電行業的一項重要技術，而國內和國際在這方面并沒有現行可依據的標準，風力發電場站的監控系統大多是各設備廠家自成一體，對外所用通信規約種類繁多，不同廠商的監控系統互不兼容的現象普遍存在，開發通用的風電場綜合自動化監控系統已勢在必行。本文著重介紹了H9000風電場綜合自動化監控系統軟件特色及主要功能，提出了風電場綜合自動化監控系統的整體解決方案。

風力；綜合自動化；規約；遠程集控

1　風電場綜合自動化監控系統的基本概念

風電場綜合自動化監控系統通過與測風塔、升壓站、風機、SVC/SVG、箱變等控制系統通信，實現對風電場中的風機、測風塔、升壓站、箱變等設備的運行狀態進行監視、控制、記錄和統計等功能。系統還能通過網絡向區域集控中心傳輸風電場的各種數據和各種控制命令，使遠離風電場的集控中心也能及時了解風電場的各種運行工況和運行數據，并可遠程控制機組的啟停、負荷調整等。

2　風電場綜合自動化監控系統的功能和基本結構

由于各個公司監控系統的軟硬件環境、平臺和數據庫都不盡相同，有的按照風電國際標準IEC61400監控通訊標準來設計組網，大部分的主機廠商都是自己建立的一套通訊標準，并不統一。因此本系統采用模塊化分層管理，分為數據通信層、數據處理層和應用層。數據通信層采用場站前置通訊機的方式，建立一系列可接入不同類型風電設備的通訊接口，可以同時與多種風機、SVC/SVG、箱變、測風塔和升壓站等設備進行數據交換和通信，并通過監控系統軟件進行數據整理,形成一個包含遙測量、遙信量、電度量等各種類型的統一數據庫，利用標準104通訊協議將各種數據傳輸至應用層（場站和集控中心）。

2.1風電場綜合自動化監控系統的主要任務

（1）與本系統內、外有關系統進行通信，準確、及時、全面地收集場站所需的各種信息。包括場站發電、停機等有關的工況信息。

（2）通過前置通訊機，可從相關系統采集有關信息，對監測數據進行分析、處理、存儲，以監視場站的安全情況。

（3）對收集的信息進行分析、處理、存儲、上送。

（4）對場站發電設備進行自動監視，并按電力系統調度要求及場站和開關站運行要求，對場站和開關站設備進行自動控制，確保場站所有機電設備安全、可靠運行。

（5）對場站進行安全分析。

（6）與有關部門進行通信，傳送有關信息，接受對場站調度的要求。

2.2設計原則

風電場綜合自動化監控系統按照“減少投資、統一規范”的原則進行總體設計和系統配置，滿足場站標準化的管理要求，提高場站運維人員的技術水平。

（1）風電場綜合自動化監控系統基于計算機和網絡技術的應用系統，劃分為生產控制大區和管理信息大區。生產控制大區又分為控制區和非控制區。計算機監控系統屬于生產控制大區，應嚴格執行國家經貿委[2002]第30號令《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》、[2004]電監會5號令《電力二次系統安全防護規定》及電監安全[2006]34號文“關于印發《電力二次系統安全防護總體方案》等安全防護方案的通知”的要求，進行安全防護。

（2）風電場綜合自動化監控系統應高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影響系統的正常運行，系統配置和選型應在保證整個系統可靠性、設備運行的安全穩定性、實時性和實用性的前提下，在系統硬件及軟件上充分考慮系統的開放性，符合計算機發展迅速、更新周期短的特點，充分利用計算機領域的先進技術。系統設計應滿足《無人值班變場站遠方監控中心設計技術規程DL/T5430-2009》和《風電場接入電力系統技術規定GB/T19963-2011》的要求。

（3）基于系統可擴展性和可維護性的需要，在系統平臺的規劃設計時充分采用模塊化的設計原則，各模塊的功能劃分清晰并相對獨立，便于獨立開發、測試和升級維護。模塊間以及系統平臺與外部非本平臺的應用系統之間的接口遵循統一的接口規范，做到接口協議、報文、組件的充分一致性。接口標準的設計應遵循IEC的相關規范（具體包括變場站的IEC61850標準、風電場的IEC61400-25標準等）。

2.3網絡結構

風電場綜合自動化監控系統主要設備包括：應用服務器、數據庫服務器、操作員工作站、通訊機等。獲取風機底層數據一般通過OPC/MODBUS等接口或直接與風機控制器/PLC進行通信，兩者可獨立完成，也可混合完成。為提高系統的可靠性，監控系統中應配置冗余的實時/歷史數據庫服務器和A、B網兩條通訊鏈路。所有操作員站均可互為備用，對計算資源要求較高的數據分析處理功能由應用服務器完成。集控中心所需數據也可從前置通訊機接出（見圖1）。

2.4軟件框架

五凌電力新疆分公司下屬托克遜、鄯善、布爾津三個風電場的綜合自動化監控系統均采用北京中水科水電科技有限公司開發的H9000計算機監控系統軟件，各結點計算機均采用具有良好實時性、開放性、可擴充性和高可靠性等技術性能指標的符合開放系統互聯標準的Linux和Windows操作系統。

H9000計算機監控系統軟件包括四大部分，即計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件以及工具軟件（見圖2）。

系統軟件是隨計算機硬件設備一同購入由系統軟件生產廠商提供的軟件，用以提供監控系統其它軟件運行的環境，用戶軟件的開發手段，如用戶程序的編輯、編譯、聯接、任務的插入、運行、退出等。

基本軟件是實現監控系統基本監控功能的軟件，如數據采集的各種通訊規約接口，數據處理程序，數據庫管理，圖形化人機界面，報表生成，語音報警等軟件。

圖1　監控系統網絡結構圖

圖2　計算機監控系統軟件框架圖

應用軟件是實現生產過程操作或控制功能的軟件，如AGC、AVC等。H9000應用軟件包的功能設計與開發，充分考慮了中國的國情和用戶的要求，基本上可以覆蓋國內風電場的功能要求。

H9000Toolkit工具軟件，提高了系統開發效率，它可以減輕軟件開發與維護強度，提高系統的可維性，使開放系統真正地向用戶開放。

2.5系統安全防護

（1）場站安全防護

為保證生產管理信息服務器與生產控制網絡連接的安全性，滿足網絡安全要求，生產管理信息服務器經正向安全隔離裝置與生產控制網絡連接，采用電力系統專用Stone-Wall2000物理隔離裝置以及防火墻。

（2）外部通信安全防護

為保證場站端與集控端以及系統外部網絡連接的安全性，滿足電力系統安全防護要求，在場站前置通訊機至外部系統之間配置了縱向加密裝置。

2.6擴展功能

為滿足新能源遠程集控“無人值班，少人值守”的要求，在風電場綜合自動化監控系統內加裝On Call報警服務器，通過手機通話或者短信的方式，將生產、報警信息實時發送至指定人員,提高運維人員對設備缺陷的響應速度。

3　小結

通過建設風電場綜合自動化監控系統，整合風電場可控資源，響應電網綜合調度要求和遠程集控要求，是提高風電安全生產和高效管理的一種切實可行的方案。本文根據國內外風力發電行業發展和國內風電運營現狀，闡述了一套典型的風電場綜合自動化監控系統的組成和結構，該系統已經在五凌電力新疆分公司的三個風電場完全實現，將各風電場內不同的廠家設備系統一體化集成，并上送到遠方集控中心，成功地實現“全監全控”。工程為未來風電場綜合自動化監控系統的建設提供了完整的標準和范例，值得繼續推廣。

TM614

A

1672-5387（2016）08-0038-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.011

2016-06-29

曾佳佳（1982-），男，工程師，研究方向：水電及新能源綜合自動化系統技術和管理。