基于分布式构架的清洁能源远程集控应用

基于分布式构架的清洁能源远程集控应用

黎明曹前刘胜先

（华能湖南清洁能源分公司湖南省长沙市410004）

摘要：本文结合远程集控的发展趋势详细阐述可再生能源实现远程集控的技术手段，通过详述华能湖南清洁能源分公司内分布式风电水电一体化集控中心的构建方式、运营模式以及工作经验整体情况，提供了一套将风电与水电监控系统有效进行远程整合和监控的方式方法，并就目前风电水电远程集控存在的问题进行分析。

关键词：清洁能源；集中监控；一体化；分布式；风电；水电

1背景

随着经济的发展与社会的进步，社会能源需求越来越大，为提高社会可持续发展能力，降低单位GDP能耗水平，落实节能减排政策的实施，国家大力推动能源结构调整，清洁能源发电占比越来越重。由于地域的特殊性，风电、水电和光电等清洁能源大都集中在偏远地区或山地。公司内多个清洁能源电厂基本分散于各地，且大多交通、生活和作业条件不便，上述情况均不利于公司多电厂的统一化、标准化和规范化生产管理，且在运维工作中不利于精简机构和人员，造成人员冗余，因此远程集控将成为未来清洁能源发展的方向。

华能湖南清洁能源分公司（以下简称清能公司）目前共管辖两个风电场、一个水电站，公司目前总装机容量314MW，年发电量约8亿kW•h。其中湘祁水电站装机容量80MW，位于湖南省永州市祁阳县和衡阳市祁东县交界处，苏宝顶风电场装机容量150MW，位于湖南省洪江市与洞口县交汇的雪峰山，桂东风电场装机容量84MW，位于桂东县东北方向寒口乡、桥头乡、沤江镇交界处。清能公司从建设之初即推行“远程集控、少人值班、无人值守”的生产理念，大力发展并建成了国内首家风、水一体的远程集控中心。

2远程理论方案

2.1国内外成功经验

当下远程控制技术的进步以及风力发电技术的发展，为保证员工队伍稳定，改善生活条件，提高公司管理水平，节约人力资源成本，越来越多的风电企业开始建立远程集控中心。目前，华电国际宁夏公司、华能国际河北清洁能源分公司先后建成了以风电为主的远程集控中心，江西的中电投新能源分公司，华能江西清洁能源分公司，大唐电力公司等风力发电公司正在逐步建设各自的风电群远程监控系统[1]，集中控制中心的运行可以极大地改善一线员工的生产、生活条件，减少现场人员配置，降低人力资源成本，以华电国际宁夏公司为例，2015年投产容量达到150万千瓦，每年节约人工成本448万元[2]

2.2远控理论阐述

集中远程控制系统的建立，将众多厂家不同数据结构、不同通讯模式、不同控制模式的系统整合在一起，并建立数据大仓库。将以前相对孤立、分散的运维方式变得集中，适应了目前专业化、集团化的管理要求。通过对场站数据进行集中收集、整理，进行技术、经济方面的统计、分析，为电厂运行维护、检修安排、运营指标制定等工作提供科学参考，为管理工作创造有利条件。

2.3其他远程集控软硬件实施方案

目前清洁能源远程集控系统多以风电为主的集中监控系统。系统分为数据源层、数据采集层、数据应用层三大部分。风场侧各主机服务器及其相应的软件程序构成了软、硬件的数据源层；场站端的数据接口服务器、隔离装置、网络交换机与集控侧采集服务器等共同构成数据采集层，其内部包含各类OPC规约转换软件、数据链隧道、编译软件等，数据从场站端采集后通过专用电信通道传输至集控端；集控侧的应用服务器、计算服务器、报警服务器、实时数据库服务器等构成数据应用层，其包含相应监控软件、诊断程序、SCADA系统等应用软件[3]。

3远程集控运用

3.1系统概述及创新

清能公司远程集控系统采用分布式架构、分散通讯、集中控制三项原则。硬件方面场站侧配置防火墙、采集服务器、纵向加密装置、专用数据路由器，集控侧主要为数据服务器、存储设备、交换机、纵向加密装置、操作员站等。其硬件配置不同点在于系统不在各子站SCADA系统采集数据，而从机组本身控制器采集数据，通过OPC规约转换程序将数据编译，传递至集控中心，提升了通讯速度，减少通讯环节，降低故障几率；同时，系统采用双通道结构，以电力调度通道作为主要传输通道，保证数据传输的绝对安全，辅以电信通道作为备用通道，辅助集控中心维持对场站监控，双通道冗余配置最大程度保证系统可靠性。

在软件方面，清能公司远程集控系统以IEC61400-25通信标准为基础，按照Tag（名称）、PointType（数据类型）、Descriptor（描述）、Typicalvalue（量程）编制统一的采集规范与编码规则，将风机监控系统、风场监控系统、风功率预测系统、风场功率电压控制系统、水电站监控系统、水库调度自动化系统、大坝自动监测系统等集中配置在集控SCADA系统上，实现平台的整合。同时，整套远程集控系统采用集约化的通讯方式，通过对数据划分等级，令高等级数据实时传输并进入远程集控中心历史数据库，其余数据就地存储，减少了数据通讯量，优化了数据传输方式，降低了所需网络带宽，提高了系统实时性，系统远程数据刷新率在1秒以内，远程操作1秒内响应。

清能公司远程集控系统的分布式架构设计便于设备扩容，系统对外提供丰富的数据访问接口，易于扩展接入子站。目前集控中心主设备按8个子站接入规模配置，新的子站只需按照统一的采集规范与编码规则接入系统，不影响原系统的远程监控运行。当通信量达到系统性能80%，只需增加相关配件，场（站）侧增加相应采集、防护系统即可满足要求，减少后期投资成本。

图1华能湖南清洁能源分公司风水一体远程集控系统拓扑图

3.2运行维护工作方式对比

建立建成风电、水电一体化的远程监控系统管理平台后，公司运行维护方式发生极大改变。各电厂从“独立运维”变成“统一运维”，分散运行监控变成远程集中运行监控，就地工作人员专职现地设备检修维护工作。在此种运维模式下，人员工作专业化提供工作效率，就地工作精简化减少远方场站留守人员。相似或相同性工作统筹整合后，减少同一工作人员配置的冗余，独立分散的各场管理模式也整合到部门的统一管理和分配，精简了管理流程和管理机构，提高了管理效率和管理水平。

3.3生产管理方式对比

以清能公司三个场（站）为例进行对比，远程集控中心的建立使各电厂现场留驻人员减少50%，以清能分公司三个场（站）为例进行对比。现有风电运作模式三个场（站）共需配置生产人员约48人，远程控制之后三个场（站）和远程集控中心共配置22人。人员的减少节约了人力资源成本，同时也给清能公司带来了先进的管理模式。

同时，随着培训的深入和人员技能水平的不断提高，集控中心运行人员将同时监控风电与水电运行情况，三个场站人员将实现统一调配、集约管理。现地除个别值班人员外将不再常驻检修人员，运行人员通过远程集控系统的大数据分析能力，提前预判可能发生的故障，统一安排人员进行检修，实现真正意义上的“状态检修”与“集约型检修”。

3.4成效

华能湖南清洁能源远程集控中心是全国第一个实现风电、水电同平台控制功能的远程集控系统。系统采用先进的网络设计理念和优化的系统结构，使得远程系统在可靠性、安全性、稳定性、实时性上都达到了本地监控系统的标准。远程系统的实施，使得原先的生产运行系统从多套变成一套，优化了结构，提高了效率，缩短了新员工培训周期。远程集控系统建立后，原有分散各风场/水电站的信息系统的数据采集，已经转到由远程集控系统统一提供，理顺了生产平台和信息

平台的关系。后续更多的信息系统实施，不再需要在风场/水电站配置服务器和网络，节省风场/水电站侧信息化建设的投资。

4结束语

远程监控系统不仅实现了集中管控现场无人值班、少人值守、区域检修的电厂管理模式,也降低了电厂运营和维护成本。远程集控系统投运后，电厂实现“无人值班、少人值守”，可减少运行人员配置，并相应减少人员倒班交通费用，且电厂越多，效果越明显[4]。以清能公司为例，建立集控中心为三个场站减少现场留驻人员减少50%，仅交通费每年节约近20万元。从管理角度来说，建立远程集控中心可以同时对多个电厂进行运行监控，这样就降低了对现场集控室的依赖程度，能够有效节约现地集控室电脑、监控、空调等设备安装投资。

参考文献：

[1]风电场群远程集中监控与生产管理系统设计万黎升《江西电力》2016.06

[2]风电企业远程集控管理模式的研究与应用万鹏

[3]风电场远程集中监控系统的探索和发展徐佳宇《河南科技》2013.No.12

[4]风电集控远程监控系统的需求与功能陈国旗《经营管理者》2016.12

[5]GE公司推出数字化风电场《浙江电力》2015.06

作者简介：

黎明（1967-10），男，汉族，籍贯：邵阳县，学历：大学本科，研究方向：电力系统及其自动化