海上風機基礎結構監測系統開發與應用

胡蕊 申浩 李杰 張慶

【摘要】基于Visual Studio 2013 ASP.net MVC 架構開發的海上風機基礎結構監測系統，具有智能化、模塊化、可視化等功能，從數據采集、整編、統計分析、圖表、報告均可自動完成，為管理和設計單位及時提供海上風機基礎結構監測實時信息，為設計及決策提供依據。

【關鍵詞】海上風電；基礎結構；監測系統；MVC

Development and Application of offshore wind turbine

foundation structure monitoring system

Hu Rui1，Shen Hao2，Li Jie3，Zhang Qing4

1. Shanghai Electric Power Industrial Co.， Ltd，shanghai 200002；

2.Shanghai Sheng Lan construction engineering co.， Ltd，shanghai 200002；

3. Shanghai Investigation and Design Research Institute Co.， Ltd，shanghai 200434；

4.Shanghai PuYiYa software co.， Ltd，shanghai 200439

Abstract： Offshore wind turbine foundation structure monitoring system is based on Studio Visual 2013 MVC architecture， With intelligent， modular， visualization and other functions. From the data acquisition， processing， statistical analysis， charts and reports can be automatically completed. It provides real-time information for the management and design units to provide the basis for design and decision making

Keywords： Offshore wind power； foundation structure； monitoring system； MVC

1、引言

我國海上風電場建設目前還處于示范建設階段，現階段海上風電場運行監控和狀態評價主要參考陸上風機，只進行風電機組的運行狀態監測，僅在試驗風機的基礎和塔筒的少量部位進行了應力應變監測，遠未實現針對海上風電場結構體系的狀態監測，不能滿足對海上風電場結構體系進行狀態評價的要求。通過振動監測數據分析，海上風機在風、浪等海洋環境荷載以及風機運行振動作用下，會出現明顯的結構振動，因此對包括結構振動、受力特性和位移變形等在內的海上風機結構體系的運行狀態進行監測非常重要。

結合工程結構體系的運行狀態監測，使用狀態評價方法分析結構體系是目前國家重要橋梁、隧道等重點工程常用的技術。海上風電場結構體系型式特殊、運行狀態復雜，目前未見針對海上風電場結構體系進行狀態分析評價的相關資料。有必要開展海上風電場結構體系的狀態監測系統的研究與開發，為風電場的運行維護提供重要的技術支撐。

2、網絡通訊架構設計

2.1 網絡架構

海上風機基礎結構監測系統網絡物理架構見圖1，風場環網拓撲結構見圖2。

2.2 通訊協議

每臺風機里的塔基數據采集PLC與監控中心里的塔基數據監測服務器之間采用Modbus TCP通訊協議，服務器為主，各個采集PLC為從。采集PLC負責采集所有傳感器系統的檢測數據，并按照事先制定好的數據結構將各個變量規整到控制器內存中。服務器周期性的訪問各個風機的采集PLC，讀取PLC內所有的檢測數據，存入數據庫，再由工作站上的平臺軟件調用、分析和展示。

3、海上風機基礎結構監測系統總體架構設計

4、海上風機基礎結構監測系統開發與應用

4.1 數據采集模塊

（上行）通過數據采集接口將實時數據、歷史數據、報警數據采集到風場采集數據庫中，然后經過數據傳輸接口發送到數據中心數據接收接口，最終發送至數據中心數據庫。（下行）數據中心提交控制請求或者補充數據請求給風場采集代理，風場傳輸接口將取到的采集數據庫中的數據發送到數據中心數據接收接口，最后進入數據中心數據庫；或者通過數據請求接口發送一條控制命令，命令傳送到風場的控制模塊接口，控制模塊調用相應的SCADA控制，并同時帶回SCADA的響應結果，將結果返回給數據請求接口，最終完成一次控制操作。數據采集結構模型如圖5所示。

圖中紅色框體表示數據接口程序；綠色框體表示控制管理程序，整個采集體系由以上兩類程序協作完成。

4.2 實時監測模塊

顯示實時總覽，包含風場/風機樹列表，風場位置及基本狀態圖，實時報警顯示。顯示選定的風場的詳細地形及風機位置，并能顯示該風場所有風機基礎監測的實時監測狀態。

4.3 數據分析模塊

根據查詢條件：風場、風機、監測點、監測項目、監測起始時間、監測結束時間等查詢條件對歷史數據進行查詢，用圖表形式顯示查詢結果。針對查詢結果進行最大、最小、平均等特征值進行統計，并用圖表形式顯示。針對查詢結果繪制監測項目的過程線。通過數據導入替代數據查詢進行特征值統計、過程線繪制，將繪制的圖表導出Word、Excel、圖片等格式文件。

4.4 報警管理模塊

報警管理以報警處理為中心，維護過程中不斷調整、細化、優化各種處理規則，嚴格把握報警生成規則，才能在最大程度上解決系統問題。同時也為知識庫提供基礎數據，為統計查詢以及分析策略提供數據。系統將報警的具體配置包括以下內容：報警代碼管理、報警分類管理、報警屬性及報警定位等方面。

4.5 配置管理模塊

風場作為配置項保存在配置管理庫中，用于記錄風場的基礎信息，包括名稱、風場定位位置、項目編號等內容，數據中心對其下管理的所有風場的信息維護，給每個風場編個號，生成的風場號可以認為是一個項目號。是風場所有數據采集風場編碼的參照編碼，也是檔案管理的基礎數據。風場數據可從原有系統中導入，并最終取代原有系統的風場管理，提供更完成的統一風場管理入口。

風機作為配置項保存在配置管理庫中，用于記錄風機的風機編號、供應商、風機定位經度、風力機定位緯度等風機信息。數據中心對每個風場內部風機級別的信息維護，就是給風場內的風機進行編號，也包括回路區域的劃分（編碼格式：風場+回路+風力機）。是風場所有數據采集風機編碼的參照編碼也是檔案管理的基礎數據

4.6 系統管理模塊

系統管理的核心是從用戶及角色上控制權限，基本權限主要通過類似于組織機構的上下角色控制。系統管理中包括菜單管理、用戶管理、組織機構、角色管理及數據采集配置等幾個方面。

5、結語

利用Visual Studio 2013 ASP.net MVC框架開發的海上風機基礎結構監測系統具有智能模塊化功能，從數據采集、整理、統計、計算、繪圖、制表及報告生成等方面均可自動完成，方便、直觀、快捷、高效。

該系統易操作，對一般人員來說，不需要特殊培訓，即可在較短時間內運用該系統，并且因模塊化設計，系統具有較強的擴展性，易維護。

通過該系統較強的可視化操作，對海上風機基礎結構監測的狀況及變化趨勢，印象更清晰，形象和概念更直觀，為管理部門決策提供科學依據。

參考文獻：

[1] 杜凌云. 風場遠程監測運維系統的設計與實現[J]. 上海大中型電機， 2013（2）：40-44.

[2] 蘇玲霞. 基于B/S模式的大型海上風電機組監測平臺研發[D]. 電子科技大學， 2015.