风电场群远程集中监控系统设计及智能化管理

风电场群远程集中监控系统设计及智能化管理

吴少俊

辽宁龙源新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：风能作为一种清洁的可再生能源，日益引起各国的注意，风力发电技术已基本趋于成熟。在大型的风电场中有上百台风力机，同时一个风力发电集团拥有多个风电场， 多个风场分散于各地，并且多处于偏僻，不但给风电公司的生产运营管理带来很大困难， 也给电网的调度和电网的安全运行带来很多问题。 远程控制系统通过安全可靠的风电场通信与信号系统，对所监控的风电机组群实施远程运行优化与控制功能。基于风电场的实际情况，应用远程集中监控系统，实现了对风电场群管理智能化。

关键词：风电场；集中监控中心；智能化

随着经济发展，环境污染日益严重，国家出台了一系列节能减排政策，同时对清洁能源的需求更加迫切。风电作为一种可再生的清洁能源越来越受到重视和发展。经过前一段时间，特别是近几年的发展风力发电技术基本成熟，大中型风电场基本有数十台风机，风力发电公司在一个地区同时拥有几座甚至十几座风电场。由于风力发电的特点，多个风电场分散于各地，且多处于高山，荒漠，湖泊等偏僻地区，这就给风电公司生产运营、电网调度安全运行带来很多实际问题。

一、集控系统的组成与功能

1、集控系统组成。风电场群远程集中监控 系统及智能 化管理系统主要由远程集中监控系统、智能化管理系统、VPN网、电力调度数据网、数据采集与控制传输平台、风电场本地系统等组成。其结构如图所示。

2、集控系统的功能。集控系统的功能有：1）数据采集及控制功能：风机实时运行数据采集与控制、风机振动在线监测运行数据采集、升压站实时运行数据采集与控制、箱变设备实时运行数据采集与控制、风功率预测系统数据采集、电能量计量信息采集。 2）监视功能：风机数据监视、箱变设备、功率预测系统、功率控制系统、相量测量系统、保护及故障信息子站和电能量计量等的监视。 3）调度管理，各风电场考虑由监控中心、区调和调控中心调度。最终调度关系由调控中心确定。接受各级调度机构下发的调度命令并严格地执行，对各风电场内风电机组、开关和主变等设备进行远程控制和调度。及时、准确地报送所辖风电场的生产信息和相关数据；根据所辖风电场不同设备的调管范围报送设备停电计划；及时报告事故或异常情况，并配合各级调度机构进行事故或异常处理。

3、智能化管理系统的功能。1）WEB 数据的发布功能：采用 B/S 架构，能够实现集控中心的实时在线数据的发布，集团中心在局域网内以网页形式浏览集控中心的实时在线画面及各项数据[1]。 2）物资管理功能：能够实现 运行管理、故障处理、设备管理、生产管理、生产统计、统计分析、物资管理、运行管理、综合查询等功能，对各风电场的设备、人员及日常工作等进行智能化管理。

二、集控中心远程监控系统设计

该风电场位于高海拔偏远山区，交通条件差，自然环境恶劣，风电场之间不能进行信息共享，安全隐患性高；投产前期由于采用分散式管理，造成了现场运行维护人员数量增加，风机故障消除时间较长，降低了风电机组发电效率，这些问题亟待解决。为解决风电场分散管理的突出问题，公司已在集控中心建立了风电场群智能化远程集中监控系统。该系统投运以来一直稳定运行，实现了“远程集中监控、少人值守”的科学管理模式，减少了运行维护成本，提高了经济效益，实现了风电场安全生产管理智能化。

1、集控中心远程监控系统整体结构设计。集控中心远程监控系统分为若干子系统，包括前置采集子系统、运行监控子系统、WEB发布子系统、高级应用子系统、调度通信子系统、MIS子系统、视频监控子系统。考虑到电力系统二次安全分区的要求，前置采集子系统、运行监控子系统配置在安全I区，WEB发布子系统、MIS子系统配置在安全II区，不同安全区之间配置隔离装置实现有效隔离。考虑到视频流数据的大容量，视频监控子系统独立组网，系统配置见图所示。

根据设计安全性及兼容性要求，集控中心远程集中监控系统按照分为升压站集控和风机集控，具体如下：

（1）升压站集控系统。集控中心监控采用PCS9700软件，与变电站监控后台系统做到了很好的结合，同时满足了安全性要求。目前该系统用于变电站安全运行监视和集中操作控制，基主要功能为SCADA，包括：数据采集及其处理、画面显示、遥控与操作闭锁、事件顺序记录(SOE)、报表统计及打印、计算、事件追忆、AVC及AGC控制管理等功能。

(2)由于升压站控制系统处于电力二次安全防护区，因此借助电场内部通讯系统和电网的通讯系统来进行组网。具体实施：风电场分别增设PRCK9网络通信柜，在集控中心内增设NP5540M3浪潮英信服务器，通过OPGW光纤将升压站监控数据实时传输到集控中心以实现远程监控。

2、风机集中监控系统。目前已投运的风电场均采用FD93H高原型双馈式风机，其中风电场采用监控，以单个风电场为例，按照风机的地理位置布局，可以组成多个环网，每个环网内风机数量大约在10台左右。各环网在中心交换机处进行汇聚，中心交换机是在网络结构图中最高层的交换机，用于无缝整合风场环网控制网络和监控中心的现场网络，处于整个网络的核心位置。中心交换机将多个环网数据传至共享服务器，监控计算机实时与共享服务器通信，以达到实时监控目的。集控中心风机集中监控系统采用电气自动控制SCADA监控系统，与风电场监控系统做到了很好的兼容，同时满足了安全性要求。目前该系统用于风电场风机安全运行监视和集中操作控制，基主要功能为：①采集风电场风机的实时变化数据。②实现风场的监控、远程集中控制，实现风电场少人值守，减少运行维护成本，达到减人增效的目的。③集控中心风机集中监控系统对采集上来的数据进行集中统计分析，向生产管理部门提供风电场经营报表，为决策提供数据支持。④向生产管理部门提供有关风机的实时各类故障报警信息及运行维护。

三、风电场群智能化远程集中监控系统的应用

1、经营管理。该风电集控中心投运之后，生产管理部门为集控中心运行修定编制了《集控中心运行管理制度》制度，并对现场标准化生产进行了适应性改动，同时相应地改变电场留守人员和集控中心人员的职能和定位；为实现风电场少人值守运行做好程序和制度上的准备，间接性地提高了风电场效率及其经济指标。

2、系统功能。集控中心投运以来已实现运行职能转换的平稳过渡阶段，风电场正式以少人值守模式运行。现集控中心肩负着“监视分析风电场设备运行状况，控制和指挥风电场运维人员检查和维护设备，远方启停设备，机组出力预测，对风电场设备进行统一调度，负责公司调度联系和生产统计报表工作”等工作。目前集控中心运行稳定，实现了设计的全部功能。同时对升压站及其风电场运行数据的分析，并根据研究不同类型风机随季节变化的出力规律，制定合理的定期维护工作计划，减少风力资源的浪费。在集控中心接收到调度部门总的有功调节指令，统筹考虑所有风场的实际运行工况，在风场之间有效分配有功出力，并下发到风场执行，提高整体的发电效率。真正实现安全生产管理智能化。

随着国家对清洁能源需求的不断提高，风电在电网中的比重必定逐步增加。解决风电场分散管理，实现风场无人值守，提高风力发电企业受益上，建设远程集中监控与生产管理一体化系统是必然的选择。通过该风电场远程集控中心的投运，不仅极大地降低了风电场运行和维护的成本，而且真正实现了安全生产管理智能化。结合目前的现状及后期远景规划，将继续采用“远程集中控制，少人值守”的管理模式，将风电场信息接至集控中心，进而降低运维成本，提高经济效益。

参考文献：

[1] 杨胜春，高宗和.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动化，2017，31（13）；7-11.

[2] 朱凌志，姚建国.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2019，33（9）：1-4.

[3] 宋晓萍，廖明夫.基于风电场SCADA系统框架设计[J].电力系统自动化，2018，30（17）：89-93.