基于WMCS的大型風電場群遠程監控系統協調運行調試研究

文 | 何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春

基于WMCS的大型風電場群遠程監控系統協調運行調試研究

文 | 何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春

目前很多風電場位于比較偏遠、交通和生活條件比較艱苦的高山、沙漠等地區，且風電機組數量眾多、型號不一、分布較分散，這給風電場的現場運行控制帶來了諸多困難，也成為制約風電發展的重要因素之一。為了保證風電場安全穩定運行，并提高其管理效率，開發利用能滿足風力發電運行要求、功能完善且性能穩定的風電機組遠程監控系統正成為風電技術發展的趨勢。基于計算機網絡技術的遠程實時監控系統不僅可以實現異地控制和大范圍的資源共享，也可實現對機組的全方位科學管理，使機組的所有運行狀態都處于可控及在控的狀態。通過計算機網絡實現遠程控制，可以對系統功能加以擴展，形成豐富的數據庫，為高層基于知識的決策提供支持；可搭建遠程監控現場級情況的平臺，便于生產管理人員大范圍統籌和直接干預現場，實現設備的遠程維護。

在風電場群遠程監控系統建設過程中，風電場群遠程監控中心的聯動調試是其重要的環節，WMCS系統既是對設備性能的檢驗測試，也是對風電場新型聯動運行模式的實訓，更重要的是對遠程監控及時性、準確性、多功能性和安全性等多項指標的綜合評估。作者結合建設基于WMCS系統的大型風電場群遠程監控技術開發和系統建設的工作實踐，研究基于WMCS系統的風力發電實時遠程監控系統調試技術、方案和工作準則，對風電遠程監控系統和技術的發展、遠程監控中心建設和運行具有重要的意義。

基于WMCS系統的風力發電實時遠程監控平臺

WMCS系統提供基于B/S架構的實時監控平臺，為遠程集中監控用戶提供包括實時數據顯示、參數預警、遠程控制等功能。通過合理的網絡架構設計，建立Web發布系統，還能為公共用戶提供Internet信息查詢服務。其主要功能組成如下：

一、界面組成

WMCS系統實時監控平臺頁面根據風電場的監控特點開發，系統界面可劃分為標題菜單區域、導航區域、數據顯示區域、風電場基本信息區域、事件（報警）顯示區域，如圖1所示。

導航區域：該區域為分風電場、類型、線路、一覽等方式實現場級監控系統導航鏈接，由此可以跳轉至風電場任一接入機組、系統的子界面。按類型導航的內容包括風電場、風電機組、測風塔、升壓站等。其中風電場子界面以列表、矩陣、線路等動畫方式顯示風電場所有機組的運行狀態、主要運行參數、主要性能參數等信息以及升壓站、測風塔子界面；按線路導航是根據風電場實際線路圖設計按線路導航菜單；按一覽表導航是以一覽表的方式排發風電場所有監控子界面菜單。

數據顯示區域：數據顯示區域即子界面顯示區域包括風電機組基本信息、當前報警、機組工藝部件子界面系統、測風塔子界面、升壓站子界面、

用戶要求的其它子界面。其中機組工藝部件子系統界面提供實時工藝分類報警指示信息，幫助運行人員及時了解和發現運行機組的各工藝部位情況。

風電場信息區域：該區域顯示風電場年、月、日總發電量；顯示風電場接入、運行、停止、故障、檢修、維護、暫停、網絡故障等風電機組狀態數量。

事件（報警）顯示區域：該區域以實時列表方式顯示整個風電場所有接入設備、系統的事件（報警）內容、報警代碼、報警時間、持續時間、確認時間、確認操作等功能。

二、實時監視和參數預警

實時數據監視主要由數據顯示區域、風電場信息區域和事件（報警）顯示區域構成，顯示的信息可分組、分類覆蓋系統內所有設備的全部實時數據和狀態信息。通過WMCS系統計算站，將系統類同類型設備（如風電機組）的相同位置的測量參數（如發電機線圈溫度）進行比較，對參數異常的設備進行預警提示。

實時監視和參數預警具有以下功能：風電場機組分布列表顯示、風電場機組分布矩陣顯示、風電場機組分布線路圖顯示、機組部件顯示界面、機組單機整機信息、機組部件中的發電機系統、機組部件中的機艙、機組部件中的電控系統I/O檢測及機組信息中的溫度偏差預警（如圖2所示）等。

遠程集中監控系統主要硬件平臺檢查調試方案

一、機柜、網絡設備、服務器及工作站的調試

調試前應完成機柜的固定、網絡及安全設備的安裝，并確保工作站已放置于操作臺，PDU模塊已上架并已正確連通輸入電源。各風電場和集控中心機柜、路由器交換機、隔離裝置、縱向加密設備、服務器，集控中心操作臺工作站等相關設備的檢查和調整。具體檢查調試內容如表1所示。

表1 主要設備模塊的檢查調試

二、UPS電源及系統上電調試方案

（一）調試準備

在調試前應確保完成以下工作：UPS電源已安裝完畢并且輸入電源已接通、UPS輸出電源電纜已放到各設備指定位置、機柜固定完畢、網絡及安全設備安裝完畢、工作站已放置于操作臺、PDU模塊已上架并已正確連通輸入電源；檢查UPS電源安裝情況、電壓輸入輸出大小、對各用電設備進行上電測試。

（二）調試方案

接地檢查：控制系統接地點最好為獨立接地，也可以接入風電場電氣系統。集控中心配電柜旁接地銅排是否安

放完畢并與廠內電氣專用接地點連通，集控中心UPS配電柜、各機柜是否與接地銅排安全連接，監控中心大屏系統、操作臺是否與接地銅排安全連接。

電壓檢查：用歐姆表檢測UPS電源輸入、輸出電壓是否符合限定值，同時測試各用電設備輸入電壓是否符合220V額定值。

各用電回路開關出口電阻檢查：用萬用表檢查各開關出口線間電阻和電源對大地電阻。在各分支開關斷開時，總開關出口電阻應大于2MΩ；檢查各供電電源電纜對地電阻,對大地電阻應大于2MΩ。

系統授電要求檢查：各機柜如有電源開關，則斷開所有供電開關；機柜內所有用電設備均應退出供電位置；檢查與操作站、服務器（包括網絡設備）連接的電源開關出口電阻，確定是否有短路或斷路現象；用萬用表檢查各網絡機柜各回路電阻是否短路或斷路。

集中監控系統軟件平臺調試方案

本部分調試方案要求風電場群遠程集中監控系統硬件平臺已搭建完畢，同時可以正常授電，網絡系統也已部署正確；相應軟件應用均已部署到具體位置，與各風電場側風電機組數據和電氣數據的通信接口已調試完畢并能正確獲取實時數據。主要包括通信接口調試、實時監控系統調試、報警系統調試等。

一、通信接口調試

主要是通過編寫與各風電機組、綜自設備通信接口驅動程序，將其布置于各風電場側集中監控系統的采集服務器中，結合廠家提供技術支持以便獲取所有電氣遙信、遙測、計量和二次保護信號等信息進行檢查調試。

調試內容主要是檢查獲取各風電場各風電機組、升壓站的實時數據，以及監控中心側對風電場側實時數據的獲取情況。在風電場側主要是通過采集服務器人機界面查看獲取到的各機組、實時數據是否完整，依據IEC104規約獲取電氣部分實時數據，通過人機界面進行分析；在遠程監控中心側主要是通過人機界面查看各風電場側實時數據是否完整，并通過系統的ModBus、OPC通信方式提供對外擴展接口，對外傳輸數據。

二、實時監控系統調試

遠程集中監控系統提供基于B/S架構的實時監控平臺，為用戶提供包括實時數據顯示、參數預警、遠程控制等功能。并通過合理的網絡架構設計，建立Web發布系統，為公共用戶提供Internet信息查詢服務。

調試前應完成集中監控系統所需全部實時數據的獲取、前臺各個瀏覽界面的調整以及各數據庫訪問接口的編譯。實時監控系統的調試主要對集中監控系統的實時監控部分功能進行完整調試，主要包括瀏覽實時數據刷新速度、實時數據對點、導航瀏覽分配功能及參數預警功能。調試評估系統人機界面各部分功能，實時數據刷新速率、數據完整準確情況。

三、報警系統

基于B/S架構的報警系統可滿足用戶對各種報警信息的顯示、分類、查詢、統計等各種應用需求。集中監控系統的報警部分功能的調試主要包括實時報警及確認、報警過濾、歷史報警查詢、報警統計分析軟光字牌及語音報警等功能。

（一）實時報警及確認

WMCS系統的實時報警通常以滾動列表的方式嵌入在WMCView運行界面的下方提供給用戶，如圖3所示。

實時報警窗口提供1000條最近時間內報警信息序列，最新生產的報警排列在列表首行。

（二）報警過濾

報警過濾分兩類，區別在于是否產生報警記錄。用戶可以通過相關條件，將處于檢修或調試階段產生的現場設備或系統報警進行屏蔽，屏蔽后WMCS報警系統將不再觸發和記錄這些報警，但可以作為實時數據在工藝界面進行顯示。

（三）歷史報警查詢

（四）報警統計分析

（五）報警方式

集中監控系統提供了一個軟光字牌功能，用戶只需進行相應的系統配置，以報警模塊為基礎，輔以不同顏色組合，進行光字報警指示，便可查詢相應光字模塊的詳細內容，方便直觀。

遠程控制聯動調試

一、聯動調試內容

核對實時數據正確無誤后，利用風電場群遠程集中監控系統遠程控制

模塊功能對所管轄各個風電機組進行啟動、停止等操作調試；對風電場升壓站的斷路器、隔離刀閘、地刀進行拉開、閉合等控制操作調試；對遙控防誤各項規則進行測試。

二、聯動調試規程

完成了集控中心側、風電場側軟硬件設備調試，并完成了與各風電場側風電機組、升壓站的通信，獲取了所有所需實時數據后，整個遠程監控系統授電完成進入試運行遠程聯動調試階段。在進行遠程控制操作前必須嚴格遵守防誤規則策略，以確保遙控操作的自身安全：

（1）合位開關和刀閘之間的閉鎖關系：開關在合位時，開關兩側直接相連的刀閘禁止拉合；（2）刀閘操作順序閉鎖（送電）：開關間隔送電順序閉鎖：先合電源側刀閘后合負荷側刀閘，不滿足則閉鎖操作；（3）刀閘操作序閉鎖（停電）：單母線接線的開關間隔停電順序閉鎖：先斷線路側刀閘后斷開母線側刀閘 ；（4）禁止帶電合地刀：若接地點處是帶電的，應閉鎖合上該接地刀閘；若與接地刀閘緊鄰的刀閘在合位，則應閉鎖合上該接地刀閘；（5）帶負荷拉合刀閘：刀閘所連接子系統帶電情況下，禁止拉合刀閘 。

三、聯動調試方案

在操作前，確保現場機組沒有相關人員進行維護檢修操作，并核對機組是否為操作狀態調試方案如下：

停止（或啟動）：與風電場值班人員保持同步在線，實時監視遠程操作后機組的狀態；點擊進入遠程監控系統中所控機組監控界面，在機組控制模塊直接點擊“停止”（或啟動）按鈕；遠程集中監控系統中機組運行狀態變為停機狀態，該機組功率逐漸減小（或增大），停機過程所需時間取決于當前風速以及機組自身（一般需要若干分鐘）；同步觀測風電場側機組自帶的監控系統中該機組運行狀態，運行狀況協同反饋。

非計劃停機：遠程集中監控系統進行遠程停機；當遠程停機無效時，則風電場側就地按正常停機按鈕停機；當正常停機按鈕無效時，使用緊急停機按鈕停機；仍然無效時，拉開風電機組主開關或連接此臺機組的線路斷路器。

四、聯動調試運行結果

經過遠程－風電場聯動調試和初期運行以后，遠程監控運行趨于正常，調試取得了圓滿成功，圖4為調試完成后的風電場機組遠程監控負荷曲線圖。

由圖4可以看出機組運行正常，遠程監控系統工作穩定可靠，遠程監控系統對風電場的監控及時準確，而且方便高效，表明系統聯動調試取得了成功。

結論與應用

本文結合風電遠程集中監控系統建設和調試工作實踐，對風電場群遠程集中監控系統功能模塊進行部署測試，對相關HMI界面根據用戶需求進行了相應調整，使其技術指標和各項功能符合本工程設計要求；規范并明確調試項目和程序，制定并優化了監控中心－風電場聯動調試工作方案、協調機制、安全保障和操作規程，確保了系統軟硬件設備的最佳工作狀態。開展了設備系統調試遠程聯動調試試運行，調試結果表明調試方案合理可行，遠程監控系統運行穩定可靠，為下一步采用輔助專家系統對風電場設備實行故障預警診斷和實現風電機組集群運行優化打下堅實的基礎。

（作者單位：何建軍，趙飛，馮磊華，石陽春：長沙理工大學能源與動力工程學院；趙飛：中電投河南新能源有限公司）