关于智慧型远程风电集控系统的探讨

关于智慧型远程风电集控系统的探讨

汤筱茅

（上海交通大学上海200030）

摘要：对传统型远程风电集控的功能进行了论述，分析其存在的问题和不足，提出了智慧型远程风电集控的概念，探讨了智慧型远程风电集控应具备集中的风电功率预测、风机全生命周期管理、设备检修智能管理、风电场智能安全生产管理、备品配件智能管理等功能。

关键词：智慧；风电；集控

1引言

我国有丰富的风能资源，根据中国气象科学研究探明，我国风能总储量为32.26亿千瓦，其中可开发和利用的风能储量有10亿千瓦，大于水能资源储量，风能利用有很大潜力。由于实施了“大基地+分布式”开发战略，2017年我国风电保持了较快增长，累计风电装机容量达到16367万千瓦。

风力发电与火电、核电相比，单机容量小，占地面积广，数据采集与监控比较困难。在大型的风电场中有几十台甚至上百台风力机，同时一个风力发电集团拥有多个风电场，多个风电场分散于各地，并且多处边远地区，技术条件、运行条件一般较差，不但给风电企业总部的生产运营管理带来很大困难，也给电网调度和电网的安全稳定运行带来很多问题。利用现代通讯网络技术和计算机技术，对风电场的远程集控已经可以成为现实。通过远程监控，各级管理部门都能及时了解风力发电机的运行状态和发电状况，能够确保风力发电机安全高效地运行[1]。

2传统型远程风电集控系统

一般来说，远程风电集控系统的监控对象有风力发电机及其辅助设备、箱式变压器及升压站设备。远程风电监控需具备以下基本功能：（1）数据采集；（2）控制功能；（3）安全监视和打印功能；（4）数据处理与数据库；（5）系统诊断功能[2]。在此，将只具备以上功能的远程风电监控系统称之为传统型风电集控系统。具体而言，传统型风电集控系统功能包括：

2.1数据采集

自动采集风电场各子系统数据，包括风力发电机监控系统，升压站综合自动化系统，关口电能计量数据等。采集的数据类型包括实时运行数据、实时计算或统计数据、历史数据或记录数据。采集方式可以是按周期或召唤采集全部实时数据、按召唤采集所要求传送的实时数据或历史数据或记录数据，并且具备开关量变位和模拟量变化超越传送死区时的随时传送功能。

2.2控制功能

正常情况下，风电机组自身数据和状态、计算、分析、判断和控制，单台风电机组能够全部实现自动控制，无需人为干预。但在非正常情况下，应允许远程风电监控系统对风电机组的启动/停机/暂停/复位等操作，另外远程监控系统的控制功能还应包括断路器开/合、调节变压器抽头、变浆距设定值控制等。风电场控制方式的切换由风电场操作员或远程监控中心操作员进行，切换权限按风电场、远程监控中心的顺序由高到低排列。

2.3安全监视和打印功能

安全监视是远程风电监控系统的重要功能之一。正常运行时，值班人员可通过系统的人机联系手段，对所属风电场各类设备的运行状态和参数进行监视管理，包括母线电压、频率以及系统软、硬件运行状况等。系统具有事故、越限判别等多种报警功能和打印功能[3]。

2.4数据处理与数据库

系统对采集的数据进行数据处理并形成数据库，形成各种记录和报表：包括时间顺序记录，故障事件记录，参数越限报警与记录，趋势记录，事故追忆，相关量记录，电气主设备动作及运行记录，操作记录，运行日志及报表等。数据库也是系统完成各种监视、控制和管理能力的基础。

2.5系统诊断功能

为提高系统的可利用率和可维护性，远程风电监控系统应提供完备的诊断功能。对于计算机及外部设备、人机接口、通信接口及网络设备的状况，诊断软件能够进行在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。系统在进行在线诊断时，应不影响系统的监控功能。

除以上功能外，传统型远程风电集控一般还包括操作权限管理功能、电力系统通信功能、大屏幕显示系统、UPS系统等[4]。

3传统型远程风电集控系统存在的问题

传统型远程风电集控系统已经实现了所有不同风力发电机在统一软件平台上的监视、控制以及运行数据存储方式的统一，这样极大地方便了风电运营企业总部进行数据统计、分析和管理。但是随着风电场群远程集控要求的提高，其存在的问题和不足也逐渐暴露出来，主要体现在以下两点：

一是控制功能不实用。对于升压站设备的控制功能，一般大型风电运营企业所属的风电场分布在不同的地区，不同的省份，所属的电力系统调度机构及其级别也完全不同，要求远程运行监控人员执行调度命令进行设备操作并不现实，因此远程集控系统中对升压站设备的操作功能并不实用。对于风机的控制，远程集控系统具备风机控制功能，但这必须在风机厂家开放控制权限的前提下进行。一般来说，大型的风机厂家并不十分愿意开放控制权限，即使是国内的风机厂家，一般也要求在质保期过后才会开放，因此该项功能对部分风机并不实用。

二是集中风电功率预测的需要。根据国家能源局相关文件的要求，所有并网运行的风电场均应具备风电功率预测预报的能力，并按要求开展风电功率预测预报。风电公司所属的风电场分布在不同地区，如果各个风电场都单独建设一套风电功率预测预报系统，并配备专职人员负责系统运行维护，从总部层面来说，成本上并不划算，因此建设一套集中风电功率预测系统就显得非常有必要。风电运营企业总部负责与气象部门就数值天气预报产品统一购买和相关技术支持系统的协商，进行各风电场的风电功率预测，并将预测结果经风电场报送至所属调度机构。远程风电监控系统为建设集中风电功率预测系统提供了基础。

基于传统型远程风电监控系统存在的问题和不足，在此，提出智慧型远程风电监控系统的概念。

4智慧型远程风电集控系统

智慧型远程风电集控系统就是在统计分析风电场运营数据的基础上，构建的一个全数字化风电场风电功率预测、状态监测、设备管理和故障处理决策支持系统，是实现跨区域、多风场的管控一体化平台。智慧型远程风电集控系统最终目标是实现风电场设备和运行维护工作的精细化智能管理，建设电网友好型风电场。智慧型远程风电监控系统具备以下功能：

4.1集中的风电功率预测系统

建设集中的风电功率预测系统是拥有多风场的大型风电运营企业的发展方向。集中的风电功率预测系统有利于集中管理和系统运行维护，有利于节约成本，根据前文说明，此处不再赘述。

4.2风机全生命周期管理

所谓产品全生命周期管理（ProductLife-CycleManagement,PLM）,就是对产品从采购、建设安装、调试、运行、维修到淘汰报废的全部生命历程进行管理，以获得产品全生命周期费用最经济、综合产能最高的理想目标[5]。对于风电场风机而言，根据单台风机的部件信息、历史运行数据，建立专门的风机全生命周期记录簿，尤其是针对历史的故障和消缺记录，记录具体的故障起止时间、故障特征、即时工况以及检修和消缺工作的处理过程、处理结果、更换/维修配件详细，并以此建立一套风电机组的评价系统。评价标准包括功率曲线、可利用率、可靠性、维护成本、寿命周期度电成本等，其中可靠性一般用风电机组平均检修间隔时间（MTBI）来衡量，它是真实反映风电机组质量的关键指标之一[6]。

4.3风电场设备检修智能管理

风电场设备数量多，分布分散，建立一套设备检修智能管理系统是非常有必要的。设备检修智能管理系统能够根据所有设备的各自定检周期要求、历史检修记录，自动安排出未来一定时间内需要进行的检修工作，比如列出未来一周或者未来一个月需要检修的设备清单，以及检修项目、所需工具，甚至建议乘车路线等。另外需要根据风电功率预测系统中未来24小时和未来72小时的风况预测信息，根据相关工作的风况限制要求，精确安排未来一天和未来三天的检修工作。对于设备故障的处理，同样可以智能安排消缺工作的进行。

4.4风电场智能安全生产管理

风电场智能安全生产管理功能包含三面内容：（1）风机运行趋势智能分析。对风机的重要运行参数进行跟踪，与自身历史数据纵向对比和与风场其它风机进行横向对比，智能分析风机的“健康”状况，并进行趋势预测，对可能出现的危险及时发出报警，提醒运行维护人员及时处理，确保风电场的安全稳定运行。（2）紧急事故处理系统。对于突发事故，远程监控系统自动调出事故点视频监控画面及相关的设备运行参数信息等，方便领导远程指挥事故处理。（3）灾害天气预警系统。根据风电功率预测系统的天气预报信息，对可能出现的台风、雷电、洪涝等灾害性天气及时发出电话或手机短信报警，便于公司领导和现场运行维护人员做好安全措施，提前应对，尽量避免安全事故发生。

45备品配件智能管理系统

备品配件智能管理系统能够根据风电场备品配件的要求和维护检修工作对备品配件的使用消耗情况进行智能分析，对于库存不足等情况发出报警，提醒相关人员及时进行物资采购，不断优化库存配置，降低风电场运行成本，提高经济效益。

5结束语

近年来我国风力发电发展取得了令人瞩目的成就，越来越多的风电集团公司都在计划或已经建成了远程风电集控系统。本文通过论述传统型远程风电集控的各项功能，分析其在现今条件下存在的问题和不足，提出了智慧型远程风电集控系统的概念，并详细论述了智慧型远程风电集控系统具备的各项功能。比较而言，智慧型远程风电集控系统具有巨大的优越性，其最终目标就是实现风电场设备和运行维护工作的精细化智能管理，建设电网友好型风电场，降低风电场运行成本，提高企业经济效益。

参考文献

[1]杜杰.大型风电场远程监控系统的研究和应用[D].杭州：浙江大学，2005.

[2]庄秀娟.电力系统远程监控实验系统的设计和实现[J].福建工程学院学报，2004，（12）：430-431.

[3]王成，王志新.基于无线局域网的大型风电场远程监控系统[J].电网与清洁能源，2009,25（12）：75-78.

[4]刘启飞.风电场远程数据中心系统的研究[D].成都：电子科技大学，2010.

[5]周锐，郁鼎文，张玉峰，等.产品生命周期管理(PLM)的演化与发展//第三届中日机械技术史国际学术会议，2002年10月，昆明.北京：清华大学精密仪器系，2002.

[6]中国可再生能源学会风能专业委员会，维斯塔斯风力技术（中国）有限公司.中国风力发电评价体系：国际经验和建议[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介

汤筱茅，1986年，男，上海交通大学,工程师，新能源发电；导师：解大。