风电对自动化技术的新需求

风电对自动化技术的新需求

韩慕祥

(山西龙源风力发电有限公司山西省太原市030006)

摘要：近些年，我国新能源发电产业发展迅猛，规模不断壮大。主要以风电、光伏为主。从长远来看，新能源发电等这些清洁能源在不久的将来必将占据主导地位。但以目前的形式来看，新能源发电也面临着一些技术等难题，一定程度限制了新能源的发展。风电场一般地处偏远，荒芜。而且有着机组分布面积广，数量多，并且远离集控中心的特点。所以，应该本着场站“无人值守、少人值班”的原则，对风电自动化技术进行研究。

关键词：风电；自动化技术

风电场一般建立在地处偏远、环境较为恶劣的地区，而且风电场内风机数量不仅较多，而且布局分散，覆盖面广。根据风电场安全生产管理的特点，需要在无人值守的情况下长期运行，但是由于风电场的风电机组分布面积广，数量多，并且远离集控中心的特点，不能同时掌握每个风电场的运行情况，维护成本高、效率低。而且因环境恶劣，偏远，无法保证现场人员的基本生活质量，也无法保证员工队伍的稳定性。所以，对新能源场站“无人值守、少人值班”这种管理模式进行探讨和研究是很有必要的。

要实现新能源场站“无人值守、少人值班”模式，首先要达到场站监控系统的远程集控要求，并且进一步提高集控系统的智能化、自动化。

达到高度集中的目的，可将集控中心分为三大模块，场站监控模块、智能故障诊断及生产调度模块，综合办公模块。

一、场站监控模块

场站监控模块的开发主要是为了解决场站的运营管理的问题。因风电场的建设较为分散，首先。不同风电场的设备配置和所处环境不同，因此，当管理人员需要随时掌握各风电场的运行情况，并对不同风电场的运行情况作相互比较，以便掌握全局时，现有的各风电场当地的监视与控制系统就难以满足此项要求。再次，风电场比较偏僻，地理环境一般都比较恶劣，工作人员临时驻守现场，其工作、生活都很不方便，因此，很难吸引人才和稳定人员。场站监控模块就可以解决此类问题，场站监控大体可分为以下3套系统。风机集控，升压站集控、场站安保视频监控。

1.风机集控

目前，大多在建设风电场时，都会在现场集控室中配套安装与之相对应的监控系统，由于目前风电场在建设地点的周边环境、风速、气候等条件的不同，采用的风机厂家也不同，配套使用的风机监控软件也不尽相同，就拿我公司来说，采用的是东方汽轮机厂、上海电气生产的机组，配套的监控系统相对封闭，兼容性不强，数据接口也不统一。因此开发一套较为实用，兼容性强的风电场远程监控系统供集控中心监控是风场信息化建设中较为重要的一环。性能完善的风电机组监控系统有利于风电场的运行向无人值班方向发展，可以降低风电场的运行成本，提高风电场的发电效益。要实现此项功能，首先应该将各风机监控系统数据接口进行统一达到采集服务器采集功能，建议基于OPC接口的数据采集。（OPC全称是OLEforProcessControl，它的出现为Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。OPC技术以微软公司的OLE技术为基础，是一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性接口通信标准。他把开发访问接口的任务交给了硬件生产厂家和第三方厂家，以OPC服务器的形式提供给用户，解决了软硬件的矛盾，提高了系统的开放性和可操作性）。其次，应该建立相应的监控软件平台，达到能够直观反应机组情况的实时画面、集控运行人员能够对机组进行远程操作及维护、反应生产实时数据、单机故障、报警、等多方面信息。

2.升压站集控

升压站集控系统，综合自动化技术已相对成熟，在此不做介绍。

3.场站安保视频监控

风电厂由于已经考虑到“少人值班，无人值守”模式，加之设备巡视区域广阔，运行人员工作强度大，信息传递及时性要求高，设备安全和运行监控要求远高于一般场站，因此安装视频监控系统很有必要。遥视系统是一种新型的自动化系统，综合利用了视频技术、计算机技术、通信技术、网络技术，将风电场和变电站内采用摄像机拍摄的视频图像远距离传输到集控中心和管理中心，使主站的运行管理人员可以借此对场站电气设备的运行环境进行监控，以保证场站的安全运行和安全生产。遥视系统是电力系统自动化技术发展的产物，是因场站无人值班和安全生产的迫切需求而产生的。同时，应依据风场的实际现场情况，在关键场所、路口等添加门禁报警系统，进一步增强风电场的安全保卫工作。

二、智能故障诊断及生产调度模块

智能故障诊断及生产调度模块主要是为了解决现场运行维护的问题。主导思想为由此系统通过智能计算指导现场作业，减少人为管理，提高工作效率。因各风电场相距较远，其次。而每个风电场内风机数量很多，各种设备供应商也不尽相同，给维护检修造成一定困难。因此，如果不能提前分析到设备的劣化状况，或及时发现到设备异常、故障，就无法统筹安排、督促检修人员快速修复故障设备，从而降低人员利用效率，延长故障的时间，影响发电量，造成经济损失。智能故障诊断及生产调度模块是一套可以反应生产设备故障信息，并通过对实时数据的采集整理及时判断机组隐患缺陷，依照对应的机组故障信息自动生成现场工作票、危险点预控卡，并通过采集风功率预测数据、调度指令等信息，加以统计分析，可以制定下达相对现场实际的检修、维护、巡视计划等，调度现场点检维护人员的工作。此模块是将现场的各种信息加以分析规划，指导现场点检、维护人员的作业。系统原理是将现场生产调度指令、风功率预测数据（环境信息），机组运行情况等现场信息联系到一起，通过智能分析可以生成现场作业工作票及作业计划。智能故障诊断及生产调度模块的探索开发，可最大程度地节约人力、物力，有效地降低生产和管理成本，提高设备健康水平和可利用率，保证设备的可靠性和风电场发电量，提高风力发电企业整体的运营能力和水平，实现风电企业的盈利和可持续发展。

要做到故障诊断及生产调度模块的智能化，在此平台开发期间还需做大量的工作。首先，需要统一的数据接口能够采集设备故障及运行等实时信息、调度AGC有功控制数据、风功率预测系统预测数据及实时数据等与生产相关信息。其次，编制相应的现场作业指导书植入此平台。第三，开发智能诊断软件，能够存储设备生产历史数据，可自动生成曲线画面直观的反应设备状态，并可根据曲线诊断机组故障隐患。通过采集的AGC有功控制指令、风功率预测数据，机组故障信息，按其重要性制定相应优先级，由系统通过智能计算，调出作业指导书相关的作业项目。自动生成检修、维护作业计划和现场工作票。举例来说，检修作业方面：风场某台机组报出发电机风扇故障，系统可依据现场实时及预测风速、判断此项作业哪个时间段可以进行，再根据机组故障，自动调出作业指导书此项作业流程，生成电子工作票及危险点预控卡，现场作业人员按此票据进行检修作业。维护方面：将机组投运日期输入该系统，到下一次定期维护时间时，系统提前提醒通知，并依据调度指令、风功率预测数据等现场数据的智能分析，安排具体维护时间知道现场人员维护工作。

三、综合办公模块

综合办公模块，此模块作用是将生产运营信息加以整合，如公司生产运营平台、调度办公系统（OMS），主要是创建一套数据分析上报系统，实现数据融合与分析。包括风电场经济性指标、可靠性指标、生产指标的统计、计算和分析；风机功率曲线、可利用率的统计分析；风机故障信息统计分析；自动绘制风玫瑰图等。目前，风机厂家自带监控系统都能实现这些功能，还需一个平台，将不同数据加以整合，并与上述对口单位或个人建立通讯联系，实现自动上报相关报表及生产信息等。此模块的开发，可以有效减少运行人员基础生产信息的统计分析工作量，减少人为干预。并通过整合数据，能够更加直观的通过对比数据优化机组功率曲线、提前发现故障隐患等。

结论与展望

风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。在大型发电场通常要对几十台甚至上百台风力发电机进行监测，而且风能发电也有许多技术问题，如风向和风速以及气温、气压等都会受地理位置、季节、气候等外界条件干扰而发生变化，为确保每个风电场安全稳定运行，这就需要采样先进的监测技术和通信技术，需要有性能完善的监测系统，对有关风力发电的运行信息进行采集、处理并实现有效的管理风力发电的远程监测功能。

目前，风电在国家的政策鼓励下发展迅猛，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1亿到1.5亿千瓦。其管理模式在正在向“无人值守，少人值班”的新模式发展。虽然我们在做相关探索与实践，也有了相应的成果，但风电监控各部分都相对独立，导致监控模式相对分散。我们应该将各个相关系统联系起来，环环相扣，实现信息在运行系统和其他支持系统之间的共享，监控中心和各风电场间交互的所有信息按国家及行业标准执行。只需要掌握一个统一的系统及界面。将系统统一后，按照需求整体的提高系统的智能化、程序化。这样不只维护方便，还可以减少重复建设和投资，提高设备、系统的兼容性和稳定性，降低监测本钱，同时还能够有效提高风电场运行自动化水平，提高风电场运行维护水平，改善风电场工作人员的工作、生活环境。

如果发展成熟，风电场的运行可以逐步向无人值班发展，降低风电场的运行成本，提高风电场的发电效益。

参考文献：

[1]风力发电场运行规程DL/T666-1999

[2]风电场设计规范DLT5383-2007总体布局