風力發電場智能化集中監控系統開發與應用

關鍵詞：風力發電場;集中監控系統;智能化管理

1、引言

運行統計數據表明：風力發電機組隨著運行時間的加長，機組事故發生率不斷上升。這給大規模風力發電系統的安全可靠優化運行帶來極大挑戰。因此，迫切需要建設智能化運維平臺，采用科學的狀態監測和智能化的運維管理，推動我國風電行業的健康發展。本文結合大型風電場智能化狀態監控與運維調度技術，開發風電場的智能遠程集控與運維管理系統，為風電運營商提供風電場的運行優化與智能化管理手段、實現風電場的少人或無人值守管理、設備與運維人員的集約化管理，幫助風電運營商實現智能、高效、低成本的運營。

2、集中監控系統組成與功能

2.1集中監控系統組成

集中監控系統主要由風電場子站、監控中心、數據傳輸處理平臺等部分組成。

風電場子站包括了數據采集的設備和傳感器，如：加速度、電流、電壓、速度等傳感器相互配合可以對風機振動情況進行準確的監測。風電場子站采集風電場內風電機組及升壓站運行數據，包括采集風電機組、升壓站監控系統信息、有功功率和無功電壓控制、功率預測數據、保護及故障錄波信息和電能量計量信息等基礎數據;監控中心是面向用戶的前端，是集中監控系統數據匯聚和處理的區域，按照“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則進行設計。數據傳輸處理平臺由服務器、交換機、數據庫等組成，完成數據的轉換、傳輸等工作。

2.2集中監控系統功能

集中監控系統功能有：

1）數據采集及控制：風機實時運行數據采集與控制、風機振動在線監測運行數據采集、升壓站實時運行數據采集與控制、箱變設備實時運行數據采集與控制、風功率預測系統數據采集功率控制系統（AGC/AVC）保護及故障信息子站數據采集、電能量計量信息采集。

2）設備集中實時監控：確保風電場的實時監控、有效控制和安全操作，對風電場運行數據進行實時采集和圖形化展示，數據實時性達到秒級，集控中心對風電場現場設備進行快速有效的控制，現場和遠程操作過程嚴格遵循電氣操作安全相關規范，符合“五防”標準。

3）生產運營數據的分級、分權限推送與管理：能夠實現運行管理、故障處理、三票管理、設備管理、生產管理、生產統計、統計分析、物資管理、運行管理綜合查詢等功能，對各風電場的設備、人員及日常工作等進行智能化管理。

4）風場及其關鍵設備進行健康狀態評估：基于可靠性分析的風電場可靠性評價體系研究。基于風電機組各部件的失效模式和故障間隔時間，建立風電機組各部件的可靠性評估模型;基于串、并聯系統，研究風電機組的可靠性評估模型，分析風電機組平均故障間隔時間;研究風電場的升壓站、集電系統以及輔助系統的可靠性評估模型;基于混聯系統，研究風電場的可靠性評估模型和風電場故障平均間隔時間，建立風電場可靠性評價體系，對整風場及其關鍵設備進行健康狀態評估，給出健康狀態評估等級。

5）風電設備故障預測：基于風電場不同風電設備的多時間尺度狀態信息的統一監測與信息融合技術，實現風電設備/風電場/風電場群的統一實時狀態集中監控與狀態診斷，為風電場的智能化故障預警、優化運行與維 護決策提供數據信息和系統支撐。綜合利用風電場 SCADA 系統數據、風電機組關鍵部件的振動與油液在線監測數據、離線點檢數據、風電場升壓站與環境監測等監控數據，開發異構數據的統一存儲技術，建立風電場統一的歷史數據庫和實時數據庫，與風電設備的健康狀態數據庫一起共同構建風電場的統一監管數據庫，據此研究開發風電場群的集中監控技術，實現風電設備/單風場/風電場場群的實時狀態集中監測與控制;在此基礎上，研究基于多時間尺度和多空間維度的風電設備故障特征提取及狀態診斷新技術，并拓展到風電場的升壓站以及輔助系統，實現基于數據融合方法的具有自學習能力的“風電設備的實時狀態監控與狀態診斷”。

3、集中監控系統開發

3.1系統結構設計

系統采用B/S和C/S相結合的方式，提供方便靈活的接口。提供的系統權限管理子系統，支持系統管理員進行用戶權限劃分，權限級別控制使用者訪問系統的能力及其操作控制范圍。

系統包括實時數據采集系統、實時數據監控系統和生產運營管理系統三大模塊，如圖1所示。實時數據采集系統由風電場就地完成機組、 升壓站、測風塔等風電場設備的所有實時數據的采集、存儲和發送;實時數據監控系統設置在監控中心所在地，實時數據監測系統負責所有風電場數據的匯集、實時監測、故障報警和關鍵設備的遠程控制;生產運營管理系統設置在監控中心所在地，包括生產運行的數據統計、數據分析、報表自動生成、遠程信息發布等和風電安全生產相關的功能。

3.2系統數據庫設計

系統數據庫由商用數據庫和自行開發的實時數據庫兩部分組成。實時數據庫常駐內存，支持數據的快速訪問和處理;實時數據庫支持冗余雙服務器熱備用機制，冗余服務器之間自動地保持數據的一致性。商用數據庫采用目前國際上流行的、支持 ANSI—SQL 訪問的關系型數據庫 Oracle， 主要用于歷史數據存儲、數據庫模式建立以及對外部系統的訪問接口。

4、集中監控系統應用實況

該集中監控系統在各風電場進行了應用。系統運行狀態良好，各項技術指標達到了設計要求。系統具有風電場風機振動監測、齒輪油液監測、風電機組運行告警記錄及機組健康狀況評估等功能。如圖2為風機機組齒輪箱油液信息界面，由圖表分析得“油品監測理化性能指標良好，磨損未見大顆粒”信息。

本文基于 MVC 架構模式和軟件模塊化開發手段，建立了支持多種異構系統和電力二次系統常見通信規約的可動態組合的集控系統拓撲結構，分別獨立開發了風電場實時狀態監控、風電設備故障預測預警、風電設備可靠性分析、風電場智能優化運行、風電場群智能化運維管理、風電場群檢修資源統籌調度管理等功能模塊，最終通過模塊化組合成為大型風電場智能化狀態監控與運維調度系統。

隨著國家對清潔能源的需求不斷提高，在解決風電場管理、降低運行和維護成本的問題上，建設集中監控系統將是風電場智能化管理的必由之路。

作者簡介：

楊興旺（1987-），男，重慶大足人，工程師，從事風力發電技術運維和項目建設管理等工作。