風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)分析與應(yīng)用

吉潔

（中國航天萬源國際（集團(tuán)）有限公司，北京 100176）

中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，將遠(yuǎn)方的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并傳輸?shù)郊薪y(tǒng)一管理的中央遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)分析，既可在監(jiān)控屏幕上充分展示，又可傳輸?shù)焦竟芾砣藛T的手機(jī)上，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，起到了對(duì)風(fēng)機(jī)故障預(yù)警和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營作用，提高了發(fā)電效率、設(shè)備壽命、風(fēng)機(jī)可利用率，降低了故障率，做到了風(fēng)電場(chǎng)無人值守，為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營提供了技術(shù)保障，整體上提高風(fēng)電企業(yè)的運(yùn)營水平，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)和建設(shè)原則

1.1 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)

借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立統(tǒng)一的規(guī)范化的軟、硬件架構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能。建立一個(gè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的信息共享資源，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)分類、統(tǒng)計(jì)規(guī)則、標(biāo)識(shí)識(shí)別等的標(biāo)準(zhǔn)化。將各風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的SCADA等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，集中傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用監(jiān)控顯示屏得以展示。實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)。

提供豐富的統(tǒng)計(jì)分析和管理報(bào)表功能。基于軟件平臺(tái)采集的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成各種分析報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的監(jiān)視、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析。

實(shí)現(xiàn)Web信息發(fā)布功能。在登陸認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和權(quán)限管理等安全監(jiān)管下，使公司相關(guān)人員可在網(wǎng)絡(luò)條件具備的任何地方訪問該系統(tǒng)。

1.2 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)原則

1.2.1 先進(jìn)性原則

系統(tǒng)必須使用目前成熟、先進(jìn)的技術(shù)。從系統(tǒng)完整性出發(fā)，有能力掛接多業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，有能力較長期兼容主流客戶端操作系統(tǒng)和主流辦公應(yīng)用軟件。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化原則

系統(tǒng)包含了風(fēng)機(jī)機(jī)組數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)分類、統(tǒng)計(jì)規(guī)則、標(biāo)簽命名等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 成熟性原則

該系統(tǒng)必須是一個(gè)成熟穩(wěn)重的系統(tǒng)，具有推廣價(jià)值。項(xiàng)目所涉及的軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備、開發(fā)工具都要求具有成熟性。

1.2.4 易操作性原則

系統(tǒng)應(yīng)提供簡單、靈活的運(yùn)行界面；方便有效的管理界面。操作界面和功能按鈕系統(tǒng)性強(qiáng)，要簡單直觀，容易理解，方便操作，要最大限度地簡化操作，盡量減少使用人點(diǎn)擊次數(shù)。應(yīng)提供快捷鍵，交互性、友好性良好。

1.2.5 實(shí)時(shí)性原則

系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)響應(yīng)要求實(shí)時(shí)性高，確保采樣率、傳輸速率滿足遠(yuǎn)程監(jiān)視需求。

1.2.6 易維護(hù)性原則

系統(tǒng)建成后仍需要不斷的修正和完成，所以設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮系統(tǒng)的易維護(hù)性。

1.2.7 可靠性原則

系統(tǒng)有較高的可用性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題后能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，而且系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是完整的，不會(huì)引起數(shù)據(jù)的不一致。對(duì)于發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障的情況，要求提供應(yīng)對(duì)措施方案。

1.2.8 安全保密性

系統(tǒng)從用戶和權(quán)限管理、應(yīng)用層數(shù)據(jù)安全控制、日志和審計(jì)、存儲(chǔ)安全等多方面保證系統(tǒng)的安全，保障信息在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索、提取、發(fā)布和管理等各個(gè)層面的安全。

2 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要硬件構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)服務(wù)器

服務(wù)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，運(yùn)行各種軟件，采集各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的過程數(shù)據(jù)，擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的管理、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等重要工作。

服務(wù)器主要包括兩類：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。通過高速網(wǎng)絡(luò)將這些服務(wù)器連接起來，每個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)都能夠單獨(dú)完成其自身的任務(wù)，降低單臺(tái)服務(wù)器的工作負(fù)擔(dān)，使功能分開，危險(xiǎn)分散，保證不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)服務(wù)器故障而導(dǎo)致整個(gè)集中監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓。

2.2 工作站

根據(jù)中央遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)所監(jiān)控的風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量，配置相當(dāng)數(shù)量的操作員站、業(yè)務(wù)工作站和大屏幕控制計(jì)算機(jī)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

集控中心的局域網(wǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放型局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冗余配置；支持網(wǎng)絡(luò)上連接的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，滿足實(shí)時(shí)、多任務(wù)、多參數(shù)的要求。局域網(wǎng)采用雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)連接采用工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

3.4 UPS電源

建議配置一套在線式UPS系統(tǒng)，滿足集控中心的服務(wù)器、計(jì)算機(jī)及外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電，最大電池續(xù)航時(shí)間5h。

2.5 機(jī)房

考慮設(shè)置獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，具有良好的通風(fēng)散熱條件，并提供專門的接地系統(tǒng)。

3 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能模塊需求分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。在整個(gè)架構(gòu)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是風(fēng)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)提供的中心。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持多種協(xié)議的連接數(shù)據(jù)源，包括與風(fēng)機(jī)類型相關(guān)的TCP/IP、OPC和Modbus等協(xié)議，為遠(yuǎn)程集控中心和就第三方提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸接口、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)服務(wù)接口等。

風(fēng)場(chǎng)側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)過濾掉部分異常數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳時(shí)采取加密壓縮處理，所有數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)更新，以節(jié)省帶寬的要求。

系統(tǒng)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，每次網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)每秒把實(shí)時(shí)采集到的全部數(shù)據(jù)壓縮后記錄至本地文件中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，在正常通訊恢復(fù)的同時(shí)啟動(dòng)獨(dú)立線程把本地文件中的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)直接上傳至歷史數(shù)據(jù)庫。

3.2 風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集要求

風(fēng)機(jī)的采集變量點(diǎn)主要有以下幾類，以風(fēng)機(jī)SCADA實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)為準(zhǔn)。

全部I/O狀態(tài)類（含中間點(diǎn)）、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息、風(fēng)機(jī)重要數(shù)據(jù)（風(fēng)速、功率、轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、三槳葉角度、機(jī)艙位置等）。

根據(jù)風(fēng)機(jī)不同部件數(shù)據(jù)：

主控柜（溫度、散熱風(fēng)扇工作狀態(tài)、加熱器工作狀態(tài)等）、變頻器系統(tǒng)（溫度、散熱電機(jī)工作狀態(tài)、電壓、電流等）、調(diào)槳系統(tǒng)（設(shè)定角度、實(shí)際角度、扭矩、電控柜溫度、調(diào)槳電機(jī)溫度、加熱器工作狀態(tài)等）、發(fā)電機(jī)（溫度、轉(zhuǎn)速、電壓、電流等）、液壓系統(tǒng)（剎車模式、油壓等）、偏航系統(tǒng)（機(jī)艙旋轉(zhuǎn)角度、偏航剎車監(jiān)控、解纜監(jiān)控等）。

報(bào)警事件類（全部報(bào)警狀態(tài)點(diǎn)）：故障代碼、故障發(fā)生時(shí)間。

3.3 數(shù)據(jù)庫

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫組成，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，為實(shí)時(shí)計(jì)算引擎，實(shí)時(shí)監(jiān)控web，實(shí)時(shí)報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供服務(wù)。

歷史數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)記錄秒級(jí)歷史數(shù)據(jù)和十分鐘平均數(shù)據(jù)。

斷點(diǎn)續(xù)傳時(shí)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)庫，不經(jīng)過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

3.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控

良好的人機(jī)界面是提高監(jiān)控運(yùn)行效率的基礎(chǔ)，操作員可以輕松便捷的操作中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)提供基于B/S架構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，為用戶提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

3.4.1 風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控

風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)全局監(jiān)視畫面主要包括：風(fēng)電場(chǎng)的整體運(yùn)行的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息（風(fēng)機(jī)運(yùn)行、待機(jī)、維護(hù)、通信中斷、故障的臺(tái)數(shù)、日發(fā)電量、月發(fā)電量、實(shí)時(shí)風(fēng)速、理論功率等統(tǒng)計(jì)信息），停機(jī)列表（故障停機(jī)、通訊中斷的風(fēng)機(jī)名稱、類型、停機(jī)時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，詳細(xì)報(bào)警內(nèi)容等信息），異常出力（顯示出力不達(dá)標(biāo)的風(fēng)機(jī)名稱、十分鐘平均風(fēng)速、十分鐘平均功率、理論功率、損失功率等信息）。

屆時(shí)以不同的圖形方式表達(dá)各種數(shù)據(jù)需求。

3.4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控

風(fēng)機(jī)單機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控主要包括以下幾類內(nèi)容。

單機(jī)主畫面以圖文方式顯示風(fēng)機(jī)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要包括風(fēng)機(jī)狀態(tài)、功率、風(fēng)速、風(fēng)向、機(jī)艙位置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、葉輪轉(zhuǎn)速、主軸承溫度、電流電壓、日發(fā)電量，可利用率，實(shí)時(shí)報(bào)警信息等。

另外單機(jī)主畫面可以對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟、停、復(fù)位等操作，具體支持的操作和風(fēng)機(jī)原廠SCADA功能一致。

風(fēng)機(jī)的報(bào)警信息：以列表方式顯示單機(jī)的實(shí)時(shí)報(bào)警信息，包含報(bào)警信息、發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、故障代碼，并可查看故障快照。

風(fēng)機(jī)的部件模塊圖分類顯示風(fēng)機(jī)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

3.4.3 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢包括：歷史數(shù)據(jù)查詢、十分鐘數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警數(shù)據(jù)查詢、運(yùn)行日志查詢、功率曲線查詢等。

3.4.4 生產(chǎn)報(bào)表

生產(chǎn)報(bào)表類型主要可以分為風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)日、月、年報(bào)表、電力公司相關(guān)報(bào)表、生產(chǎn)指標(biāo)報(bào)表等，具體報(bào)表種類樣式和內(nèi)容可根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際需求及不同風(fēng)機(jī)類型進(jìn)行差異化定制。

3.4.5 移動(dòng)應(yīng)用

移動(dòng)應(yīng)用APP可以在智能手機(jī)、iPad、平板電腦等任意工具上使用，用戶可以根據(jù)需求定制諸如風(fēng)電場(chǎng)重要報(bào)警、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等。

3.4.6 權(quán)限管理

中央監(jiān)控系統(tǒng)集成用戶角色權(quán)限管理系統(tǒng)，可以設(shè)置各功能模塊的訪問權(quán)限。

4 中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系

建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)和工作流程標(biāo)準(zhǔn)體系可以提高中央遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和共享性，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的快速響應(yīng)能力，為風(fēng)電場(chǎng)的快速診斷奠定基礎(chǔ)。

4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器可以測(cè)量風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部位運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，因此傳感器的安裝位置，數(shù)據(jù)記錄方式、數(shù)據(jù)的類型，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)非常關(guān)鍵，是風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)。

4.3 機(jī)組的故障診斷和安全預(yù)警系統(tǒng)

機(jī)組的故障診斷系統(tǒng)就是通過數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)可以判斷風(fēng)機(jī)設(shè)備的異常情況，指出故障類型、故障部位，和發(fā)生故障主要原因。

安全預(yù)警系統(tǒng)是指在故障診斷的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)組運(yùn)行各種狀態(tài)進(jìn)行分析，得出機(jī)組各種零部件使用過程中的劣化趨勢(shì)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。

4.4 機(jī)組運(yùn)行大數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用技術(shù)

機(jī)組運(yùn)行需要大數(shù)據(jù)庫支撐，數(shù)據(jù)庫的類型、格式、記錄方式、參數(shù)、存儲(chǔ)時(shí)間，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、判定標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。

5 結(jié)語

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)也朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的數(shù)字化和智能化，風(fēng)電場(chǎng)管理的智慧化將是風(fēng)電新能源行業(yè)發(fā)展的主流，真正做到風(fēng)電場(chǎng)無人值守，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行效率最大化指日可待。

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