风电场群远程集中监控系统设计探讨

陈丙文，肖立家，宋艳君

（大唐山东发电有限公司，山东 青岛 266500）

0 引言

风能作为一种清洁的可再生能源，日益引起世界各国的注意，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，具有对所监控的风电机组群实施远程运行优化与控制功能，能够实现自动调节风机出力和对无功及电压的调节（AGC和AVC控制），保证大规模风电机组群并网后的电能质量，以及电网的稳定、安全和经济运行，为确保高效推进大规模风电机组群并网、电网实行“统一调度、分级管理”，推动风电等新能源安全可靠并网、持续健康发展提供了有效的技术保障。

1 系统需求分析

1.1 总体需求

大唐山东发电有限公司通过在青岛构建集控中心，实现对公司所属风场的远程集中监控。监控内容包括对各风场所有风电机组、升压站、气象站、箱变系统的监视与控制，对监控室等重要设备及区域的视频监控，并进一步实现各风场的AGC和AVC控制，保证大规模风电机组群并网后的电能质量，以及电网的稳定、安全和经济运行，实现风电设备故障远程专家在线诊断，提高风电设备可用率和运行维护管理水平。

1.2 风电场实时远程集中监控中心

实时远程集中监控中心主要包括动力间、设备间、监控室，动力间主要配置UPS不间断电源系统，设备间配置机柜、服务器、交换机等各种设备，监控室配置操作员台、工作站、工程师站、大屏显示等设备。

1.3 集控系统

通过数据采集程序，将各风电场的风电机组监控数据、升压站远动系统四遥数据、电计量数据、升压站保护信号数据、故障录波数据、气象数据实时采集至集控中心。同时，以SCADA软件、采集数据为基础，构建实时监控系统，包括基础信息维护、监控画面、控制与调节、告警、事件顺序记录（SOE）、事故追忆（PDR）、预测与规划、历史数据管理、报表、计算和统计、系统权限控制等模块。

1.4 风电场视频监控

通过构建统一的视频监控系统，实现对风场重要地点实时监控。视频监控数据在各风电场侧进行存储，通过专线网络传输到青岛集中监控中心进行展示，并可以按照需要，在集控侧对视频监测数据进行存储。

2 系统总体架构

2.1 总体概述

风电场群集中监控系统以工业实时历史数据库、SCADA系统平台为基础，遵循集约化、流程化、规范化、标准化的理念进行设计。通过系统实现采集RTU/综自设备、电能量远方终端、风电综合通信管理终端、视频监控设备等提供的信息，完成对接入风电场升压站监控、风机监控、风机箱变、电能计量、状态监测、视频监控等监控应用功能。系统总体结构图如图1所示。

图1 系统结构图

2.2 系统硬件及网络结构

大唐山东发电有限公司风电场远程集中监控系统的关键部分按照冗余方式进行建设，系统故障时自动切换。硬件平台包括应用主机与网络平台的选型与集成，整个平台的设计具有以下特点：

稳定性：采用硬件整机冗余、电源等重要部件冗余，采用高性能、高可靠性的设备，确保整个平台的稳定性，减少甚至消除单点故障，为了避免市电临时断电对系统造成影响，配置一套UPS不间断电源系统。

可扩展性：采用模块化的网络设备及高性能可扩展的服务器，确保整个平台的可扩展性，方便后期系统的升级、扩展。

安全性：整个网络结构采用双星性结构、专线接入，保证平台的安全性。

适用性：根据监控系统的实际需求，选择性价比高的设备，确保平台适用，提高投资回报率。

先进性：平台选用的设备大多采用先进的技术。

2.3 远程视频监控系统

视频监控系统作为风电场群远程监控系统重要部分，必须保证系统的稳定性、安全性、高效性、先进性和可扩展性。保证视频监控视频源传输的及时、安全。视频录像历史存储为1个月，保证稳定性，并兼顾经济性。

视频远程监控系统主要功能。视频远程监控系统主要包括视频、音频浏览，视频回放，报警信息、用户权限配置管理等。

视频远程监控系统信息传输通道要求。受控风电场站视频信息至集控中心视频监控系统的信息传输，采用数据网络方式或2M或4M专线传输方式。

3 系统设计

3.1 系统主界面

系统主页面包括系统名称、系统菜单、接入的风场地理分布图。

系统菜单包括风机监控系统、远动系统、告警系统、报表系统、系统管理五部分菜单按钮。

风场地理分布图为系统主界面的一部分，形象的展示集控中心所属风电场的地理分布情况和各风场总体运行情况。

3.2 风机监控

风场风机立体分布图。风场立体图使用三维立体形式，显示风场风机分布、分组及各风机的运行情况。风机主要参数包括风机编号、分组、风机状态、风速、功率。

风场风机平面分组分布图。风场平面分组图左边以树状菜单形式显示风场的风机分组情况，右边以列表平面图的形式显示具体每组风机，每台风机平面图中显示风机的平面模型及风机主要参数。

风机详细监控画面。风机监控画面分为实时数据与历史记录两个标签页，实时数据界面按类别显示单台风机的所有重要参数的实时值，并可以根据需要显示部分参数的实时曲线图。历史记录画面中包括10 min记录，历史故障与报警等数据。

功率曲线。风机出厂都具有一条额定功率曲线，系统每小时或每天实时计算功率与风速的对应关系，以点的形式放在额定功率曲线图中进行对比（散点图与曲线图相结合）。

3.3 升压站监控

主接线图。主接线图升压站主变高低压侧线路图，主接线图实时显示主变高低压侧线路的遥测、遥信、遥脉量的值，并且对线路上的断路器等重要设备进行控制。

各分线图。各分线图为风场各集电线路、站变线路、PT线等线路图，各分线图实时显示各分线图上的遥测、遥信、遥脉量的值，并且对线路上的断路器等重要设备进行控制。

保护信号。保护信号模块显示各风场保护信息子站接入的各种保护信号，可以分线路、设备等条件进行保护信号的查询。

实时历史曲线。实时历史曲线模块可以实时显示各风场升压站监控中遥测量的值，形成实时曲线，也可以进行历史查询显示各遥测量的历史曲线。

历史数据报表。历史数据报表模块可以根据选定的时间区间进行遥测量历史数据的查询。

3.4 报表系统

集控运行报表为固定时间区间、数据格式、统计样本的报表，包括大唐山东新能源有限公司风电机组生产情况日报表，生产指标周报、月报、年报，各接入风场的电度表读数、电量、发电数据统计等报表。

3.5 故障报警

实时报警。实时报警包括风机监控和升压站监控的所有报警信息，实时报警模块能实时显示各种报警信息，运行值班员可以根据报警信息了解风场运行情况，根据故障报警信息安排相应的检修等工作。

历史报警。历史报警模块可以查询固定时间区间（日、月、年）里的历史故障和报警，也可以自定义时间区间查询历史故障和报警列表，可以根据报警类型或报警设备类型查询历史报警信息。

4 结语

受日本福岛第一核电站核燃料泄漏事故的影响，包括风电在内的可再生能源项目会越来越受到世界各国的重视，同时大规模风电机组的管理模式也会越来越受到重视，就风电场群集中监控工程系统需求、总体架构及系统的详细设计探讨了风电场群集中监控系统体系结构、实现功能等内容，为风电机组集中监控管理模式提供了借鉴。随着风力发电的发展及集中监控系统的应用，风电场群集中监控系统设计及功能一定会越来越成熟，成为推动风电等新能源安全可靠并网、持续健康发展有效的技术保障，最终实现风电场“少人值守，无人值班”的运营新模式。