风力发电区域集控系统设计

风力发电区域集控系统设计

吴向向方统淦徐鹏王小林

（核动力运行研究所，湖北武汉430000）

摘要：随着我国新能源行业的大力发展，新能源企业为了解决新能源电站分布较远较偏带来的一系列问题以及对数字化的发展需求，区域集控的建设以实现统一监控与运维成为当下研究的热点。本文总结了一种风力发电区域集控系统建设的方案，并结合具体实施提供了一些关键技术指标、数据采集以及功能部署等的要求以供参考。

关键词：风力发电；区域集控系统；信息化；智能化

1引言

因新能源电站分布较远，各电站的自动化监控系统相对独立，使新能源电站生产管理人员不能及时掌握现场设备的实时运行状况，不利于整体管理水平和生产效益的提高。同时，新能源电站大都地处偏远，值班人员生活条件艰苦，各新能源电站均为一个独立的生产运行管理体系，管理相对孤立，运维管理工作主要依靠人工数据收集和分析，信息沟通受到限制，缺少深入的数据分析和信息共享支持。区域集控的建设能够很好的解决这一问题。

另外随着新能源企业数字化建设对风电、 光伏、地热、储能、氢能等新能源项目的业务发展需求。新能源公司应积极把握数字化、网络化、智能化发展的契机，深刻理解新一代信息技术对企业高质量发展的重大助推作用，促进信息化、智能化与新能源产业深度融合。

2总体方案

2.1系统网络架构

系统整体网络架构采用主分结合的分布式架构，在集控中心、风电场站端两级部署。集控中心侧汇集各新能源电站的数据，进行标准化处理及展示，满足集中监盘、远程操作及数据分析的需求。新能源电站侧部署数据采集终端，采集新能源电站各子系统数据并上传集控中心。集控中心与场站采用电力专线通道，并配置电网认证的安全设备，生产控制大区设备选用国产自主可控硬件设备和国产安全操作系统，并进行设备安全加固。确保数据传输的安全性。整体方案如下：

(1)集控中心生产控制大区Ⅰ区、Ⅱ区之间采用防火墙逻辑隔离，Ⅰ区、Ⅱ区数据通过正向隔离装置将数据送至集控Ⅲ区历史数据服务器或转发服务器。

(2)为满足电网要求，对各自动化系统划分如下，集控系统将分区实现以下业务功能：主站安全Ⅰ区业务包括：实时运行监控、集控逻辑五防业务、AGC/AVC监控等业务；主站安全Ⅱ区业务包括：保信、故障录波、电能量采集、功率预测（数据传输）等业务；主站安全Ⅲ区业务包括：实时监视、辅助监盘、智能报表、集中功率预测（数据分析和展示）、视频监控、数据转发等业务。

(3)整体网络架构应满足电力二次安防“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”要求，并采用双机双网冗余结构，系统中任何一台设备失效系统均能实现实时的、无缝的热切换。主站生产控制大区应配置SCADA服务器（主备）、实时历史数据库服务器（主备）；信息管理大区应配置高级应用服务器集群和磁盘阵列，宜采用虚拟化方案，在各个虚拟机节点上部署实时历史数据库镜像服务器、应用服务器。

3生产控制大区

3.1数据采集范围

数据的采集应采用全量采集方式，采集的数据点应覆盖场站侧站控SCADA系统中数据范围。

(1)风机机组数据：采集风机、主控柜、变频器系统、变桨系统、发电机、齿轮箱、液压等系统的遥测、遥信、遥调数据。

(2)升压站数据：

有断路器位置、刀闸位置、远方/就地控制、变压器分接头位置等信号，电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、变压器温度等遥测信号。

(3)环境数据及其他辅助系统数据

风电场风速、温度、气压、湿度等。风电场继电保护信息系统，包括定值文件、故障报告、装置故障录波、日志和设备状态以及事件顺序记录（SOE）等数据。

3.2功能要求

常用功能要求如下：

(1)实时监视主站

实时运行监控是集控中心的中枢，应能够实时了解各子站运行情况，满足运行人员日常操作、上级系统或者电网调度系统对电站的监控以及运行管理的需求。

(2)保信和故障录波主站

集控中心在生产控制大区宜配置1台保信兼录波服务器，用于接收/汇总/显示所辖各风电场/光伏电站的保护子站信息和故障录波器上传来的故障录波信息。对于故障录播信息，可以通过必要的分析软件，对所辖各风电、光伏电站事故进行分析。

(3)事故追忆（功能）

事故追忆功能将事件发生前后较长一段时间内的电力系统的运行状况记录下来，供运行人员事后真实、方便地分析、研究、重演。重演内容宜包括SCADA功能、告警功能，辅助功能有告警报告一览、追忆文件管理等。

(4)电能计量（功能）

应在集控侧生产控制大区部署电能计量系统，通过采集服务器采集电能计量终端或电能表的带时标电量数据，并进行时间同步和设备管理工作。采集到的数据应存储于实时历史数据库，由后台应用对数据进行统计计算。

(5)拓扑着色

系统应根据子站、升压站等设备之间的连接关系和当前的断路器、隔离开关状态判别设备运行状态，对各种不同状态的设备进行着色。当有断路器、隔离开关运行状态变化时，拓扑着色软件自动启动。拓扑着色能由事件启动、周期启动。

4管理信息大区

Web应用系统部署在管理信息大区，具有数据服务与信息发布双重功能，这些数据是生产控制大区系统的数据镜像，并以WEB页面的形式发布实时运行的相关数据。WEB门户采用多层浏览器/服务器(B/S)结构，功能是完成系统对外的信息发布和为用户提供一套能够适应管理信息大区生产办公网络环境的人机系统。

功能部署应不少于以下功能：

(1)实时监视

总体概览图、场站信息监视图、发电设备详情监视图、升压站信息监视、测风塔监视。

(2)趋势查询

可对指定时间范围、指定测点的历史数据绘制趋势图。趋势图中针对每个测点提供水平标尺工具，并可以由用户定义水平标尺值，当该参数值超出水平标尺值，能将该曲线越限部分高亮显示。

(3)集中功率预测监视

在安全三区设置集中功率预测监视系统，接收各场站已有的功率预测子系统上传数据，正常解析功率预测文件，统一集成展示和对比分析，显示每个场站的短期预测数据和实际数据的对比曲线。

(4)指标管理

指标管理主要包括对各类指标及数据进行分组（类）、新增、删除、修改、查询、统计、分析与展示。指标统计、分析、展示应分为区域公司、新能源场站、发电设备三级。同类信息具备可对标性。

5结论及建议

根据以上集控建设方案实例分析，这类组网是有效、可行的，同时也有需要注意的问题，如各个地区电网要求安全防护要求存在区别，应根据电网要求布置相应的安全防护设备。 风电场接入集控时各系统设备可能存在不支持转发或通讯协议不同，应根据实际情况进行方案修改或进行改造。同时场站数据在保证质量的前提下全量采集并送至三区，为以后高阶智能应用开发提供了基础。通过识别算法开发来实现大规模的风机群在线智能评价以及故障诊断。也为操作提供了更高的灵活性，这将是风电场实现智能化、高效化的一个有效方案。

在集控中心实现不同领域信息融合，充分发挥“人工智能”技术优势，解决不同责任区数据不统一、管理不统一、数据应用价值无法发挥、各系统业务分散等问题，提高了电站管理工作效率以及事故处理速度。

参考文献：

[1]周小兵，寻觅，高远.风力发电监控与运维一体化系统设计.机电信息，2020，30：22-25.

作者简介：吴向向（1989—），男，工程师。2011年毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，获本科学位，现从事核电技术研究与应用。