風電場遠程電子監控系統設計

李錦華，紀小周

（江蘇龍源風力發電有限公司，江蘇南通，226000）

0 引言

近年來，我國風電行業發展迅速，國內新建了大量風電場，風機的數量和裝機容量也在不斷攀升[1]。但是，日益增長的風電場規模卻和管理水平不相適配。由于風電場往往地域較廣，室外環境時好時壞，導致很多風電機組在故障后無法及時得到維修。這主要是由于大量風機地處偏僻，人員稀少，日常運行維護較為困難，導致風電機組各類隱患問題頻發，給電網安全運行帶來了不穩定因素[2]。因此，如何保證風電場的安全穩定運行、及時發現風電機組的不正常運行狀態、確保風電機組的壽命周期、盡可能降低風電場的運行維護成本，是當前風電行業領域面臨的重要課題[3]。

隨著電網智能化水平的不斷提高，遠程監控系統成為了重要的組成部分。但是，諸如此類系統在常規電網中應用較為廣泛，但是在風電場的管理領域經驗還不充足，監控系統并不能完全適合風電場的日常設備運維管理。因此，為了實現對風電場生產過程的管理自動化、精細化以及生產綜合化的需求，本文開發了一套風電場遠程監控系統，基于B/S系統架構進行開發，對風電場內部的設備（如風機、逆變器等）進行實時狀態監測，大大解決了運維人員日常巡視的工作量，同時避免了風電場設備維修困難的問題。

1 需求分析

首先需要明確風電場在線監控的需求。同傳統電網不同的是，風機設備的分布較為分散，且功率變化速度和幅度都遠超常規火力發電機，因此，需要根據風機的集群分布狀況，對其進行分塊區域管理；同時，為了適應功率變化的瞬時性，應該設計風機狀態的實時監測功能，自動進行功率曲線分析，形成風機狀態報表，并方便工作人員進行查詢和管理。綜上所述，風電場遠程監控系統應該包括風電場群管理、數據查詢、圖表分析、風電場報表管理、系統管理等業務，如圖1所示。

圖1 系統功能需求

2 系統監控工作流程

在構建系統一級功能需求后，還應該對各一級功能的子功能進行設計，方便工作人員進行操作和處理。以風電場群管理為例，應該包括的子功能有風場信息的管理、風場運行信息的管理、風速風能分布管理、風向玫瑰圖管理等，工作人員通過進入監控系統，選擇相應的功能子菜單，進行對應的操作，在完成工作后會生成對應的系統日志，并具備存儲和讀取功能。系統監控工作流程如圖2所示。

圖2 系統監控工作流程

3 系統架構設計

對于風電場的監控系統而言，需要制定科學的邊界防護部署架構。本文基于安全分區和橫縱配合的配置思想，在縱向配置上，采用專用的網絡進行調控系統和調度主站之間的通信，同時，將調度網與管理網、公網實現良好的隔離，防止系統之間的數據泄密。另外，在調控網和風電監控系統的連接端，設置安全的加密認證系統，實現現網絡訪問控制、訪問人員身份驗證、數據加密裝載等安全措施。系統邏輯功能應包括：

入侵檢測裝置：監控系統應該能夠安全可靠的識別系統中的黑客和入侵行為，及時發出警告，將潛在的威脅消滅在初始攻擊階段。

惡意代碼防護系統：監控系統需要完善病毒庫，定期更新病毒查殺程序，從而安全可靠的識別病毒代碼，當出現可疑程序時，及時進行網絡安全隔離并進行病毒查殺，同時發出警報信息，保障風電場監控網絡運行安全。

安全審計系統：對于系統的訪問人員，進行身份認證，同時對于登陸失敗的用戶，應該提供適合的驗證渠道，既能夠方便工作人員更改登錄方式，也能夠阻止不法人員進行攻擊。

II型網絡安全監測裝置：用于采集整個系統硬件設備去的各類安全事件，支持網絡安全事件的本地監視管理，整體系統功能邏輯如圖3所示。

圖3 風電場遠程電子監控系統功能邏輯圖

本文設計的風電場遠程電子監控系統基于B/S的開發框架模式，將瀏覽器和服務器功能相互結合，從而方便管理人員通過瀏覽器進行管理操作，不需要額外開發PC應用程序。系統編程語言選擇成熟的JAVA語言，兼容性較好，方便后續系統的維護和功能擴展。技術框架采取功能邏輯清晰的SSH框架，同時結合MVC開發模式，可以將風電場遠程電子監控的各個子功能框架清晰的分隔開來，使得系統的操作和使用大大簡化，方便工作人員迅速上手。數據庫選取SQLSERVER2014，能夠方便程序的讀取、數據的存儲，且安全性較高，符合電網工作程序開發的一般需求。

在確定系統開發的基本原則后，下面建立風電場遠程監控系統的基本架構。如圖4所示，本系統主要由View層即視圖層，controller層即邏輯控制層，model層實體層等三層組成。具體工作流程如下：在數據傳輸過程中，經過視圖層的JSP模塊進行請求命令傳輸，最終將信息傳遞到邏輯層，由Struts模塊進行轉錄和翻譯，并進行指令處理，將指令代碼映射到model層進行進一步的操作。在model層中，首先需要經過Spring模塊的處理，實現對 數據庫的訪問，然后將數據調用和處理信息傳遞給Struts模塊，然后再進一步返回至JSP頁面，將用戶的請求和處理操作加以響應，并方便用戶閱讀。在SSH框架中JSP頁面以及Struts模塊都屬于User Show Layer層包括了JSP和Struts兩部分，Spring屬于Business logic layer層包括Spring模塊，而Data access layer層則代表了數據庫。整個開發框架十分清晰，分工明確，代碼不容易交叉，易于開發。

圖4 風電場遠程監控系統技術架構圖

4 系統測試結果

根據以上設計方案，對系統進行集成和開發，最終形成的監控系統主界面如圖5所示。

圖5 監控系統主界面

以風電場群管理功能為例，對監控系統進行功能測試，結果如表1所示。

表1 智能控制系統I/O分配表（部分）

表1 風電場群管理工程測試結果

在測試過程中，監控系統不僅能正確的完成工作人員的需求，而且數據傳輸延時低，準確率高達99.5%。同時，該系統支持多用戶瀏覽，對網絡資源占用很少。B/S模式下的遠程監控技術可以實現網頁端功能集成，應用擴展容易，維度簡單，便于后續的系統更新，給工作人員的可持續工作帶來了極大的便利。因此，本文開發的風電場遠程電子監控系統具有良好的應用前景。

5 結束語

風電場遠程監控系統中可以遠程實現對風電場以及風機的遠程監控，不需要再耗費過多的人力進行維護。但同時系統也存在一些問題，例如定位不夠精準的問題，尤其是在一些自然環境比較惡劣的地方，風機的定位點往往有誤差，這個問題我們將盡力改正完善。