海上风机基础结构监测系统开发与应用

胡蕊 申浩 李杰 张庆

【摘要】基于Visual Studio 2013 ASP.net MVC 架构开发的海上风机基础结构监测系统，具有智能化、模块化、可视化等功能，从数据采集、整编、统计分析、图表、报告均可自动完成，为管理和设计单位及时提供海上风机基础结构监测实时信息，为设计及决策提供依据。

【关键词】海上风电；基础结构；监测系统；MVC

Development and Application of offshore wind turbine

foundation structure monitoring system

Hu Rui1，Shen Hao2，Li Jie3，Zhang Qing4

1. Shanghai Electric Power Industrial Co.， Ltd，shanghai 200002；

2.Shanghai Sheng Lan construction engineering co.， Ltd，shanghai 200002；

3. Shanghai Investigation and Design Research Institute Co.， Ltd，shanghai 200434；

4.Shanghai PuYiYa software co.， Ltd，shanghai 200439

Abstract： Offshore wind turbine foundation structure monitoring system is based on Studio Visual 2013 MVC architecture， With intelligent， modular， visualization and other functions. From the data acquisition， processing， statistical analysis， charts and reports can be automatically completed. It provides real-time information for the management and design units to provide the basis for design and decision making

Keywords： Offshore wind power； foundation structure； monitoring system； MVC

1、引言

我國海上风电场建设目前还处于示范建设阶段，现阶段海上风电场运行监控和状态评价主要参考陆上风机，只进行风电机组的运行状态监测，仅在试验风机的基础和塔筒的少量部位进行了应力应变监测，远未实现针对海上风电场结构体系的状态监测，不能满足对海上风电场结构体系进行状态评价的要求。通过振动监测数据分析，海上风机在风、浪等海洋环境荷载以及风机运行振动作用下，会出现明显的结构振动，因此对包括结构振动、受力特性和位移变形等在内的海上风机结构体系的运行状态进行监测非常重要。

结合工程结构体系的运行状态监测，使用状态评价方法分析结构体系是目前国家重要桥梁、隧道等重点工程常用的技术。海上风电场结构体系型式特殊、运行状态复杂，目前未见针对海上风电场结构体系进行状态分析评价的相关资料。有必要开展海上风电场结构体系的状态监测系统的研究与开发，为风电场的运行维护提供重要的技术支撑。

2、网络通讯架构设计

2.1 网络架构

海上风机基础结构监测系统网络物理架构见图1，风场环网拓扑结构见图2。

2.2 通讯协议

每台风机里的塔基数据采集PLC与监控中心里的塔基数据监测服务器之间采用Modbus TCP通讯协议，服务器为主，各个采集PLC为从。采集PLC负责采集所有传感器系统的检测数据，并按照事先制定好的数据结构将各个变量规整到控制器内存中。服务器周期性的访问各个风机的采集PLC，读取PLC内所有的检测数据，存入数据库，再由工作站上的平台软件调用、分析和展示。

3、海上风机基础结构监测系统总体架构设计

4、海上风机基础结构监测系统开发与应用

4.1 数据采集模块

（上行）通过数据采集接口将实时数据、历史数据、报警数据采集到风场采集数据库中，然后经过数据传输接口发送到数据中心数据接收接口，最终发送至数据中心数据库。（下行）数据中心提交控制请求或者补充数据请求给风场采集代理，风场传输接口将取到的采集数据库中的数据发送到数据中心数据接收接口，最后进入数据中心数据库；或者通过数据请求接口发送一条控制命令，命令传送到风场的控制模块接口，控制模块调用相应的SCADA控制，并同时带回SCADA的响应结果，将结果返回给数据请求接口，最终完成一次控制操作。数据采集结构模型如图5所示。

图中红色框体表示数据接口程序；绿色框体表示控制管理程序，整个采集体系由以上两类程序协作完成。

4.2 实时监测模块

显示实时总览，包含风场/风机树列表，风场位置及基本状态图，实时报警显示。显示选定的风场的详细地形及风机位置，并能显示该风场所有风机基础监测的实时监测状态。

4.3 数据分析模块

根据查询条件：风场、风机、监测点、监测项目、监测起始时间、监测结束时间等查询条件对历史数据进行查询，用图表形式显示查询结果。针对查询结果进行最大、最小、平均等特征值进行统计，并用图表形式显示。针对查询结果绘制监测项目的过程线。通过数据导入替代数据查询进行特征值统计、过程线绘制，将绘制的图表导出Word、Excel、图片等格式文件。

4.4 报警管理模块

报警管理以报警处理为中心，维护过程中不断调整、细化、优化各种处理规则，严格把握报警生成规则，才能在最大程度上解决系统问题。同时也为知识库提供基础数据，为统计查询以及分析策略提供数据。系统将报警的具体配置包括以下内容：报警代码管理、报警分类管理、报警属性及报警定位等方面。

4.5 配置管理模块

风场作为配置项保存在配置管理庫中，用于记录风场的基础信息，包括名称、风场定位位置、项目编号等内容，数据中心对其下管理的所有风场的信息维护，给每个风场编个号，生成的风场号可以认为是一个项目号。是风场所有数据采集风场编码的参照编码，也是档案管理的基础数据。风场数据可从原有系统中导入，并最终取代原有系统的风场管理，提供更完成的统一风场管理入口。

风机作为配置项保存在配置管理库中，用于记录风机的风机编号、供应商、风机定位经度、风力机定位纬度等风机信息。数据中心对每个风场内部风机级别的信息维护，就是给风场内的风机进行编号，也包括回路区域的划分（编码格式：风场+回路+风力机）。是风场所有数据采集风机编码的参照编码也是档案管理的基础数据

4.6 系统管理模块

系统管理的核心是从用户及角色上控制权限，基本权限主要通过类似于组织机构的上下角色控制。系统管理中包括菜单管理、用户管理、组织机构、角色管理及数据采集配置等几个方面。

5、结语

利用Visual Studio 2013 ASP.net MVC框架开发的海上风机基础结构监测系统具有智能模块化功能，从数据采集、整理、统计、计算、绘图、制表及报告生成等方面均可自动完成，方便、直观、快捷、高效。

该系统易操作，对一般人员来说，不需要特殊培训，即可在较短时间内运用该系统，并且因模块化设计，系统具有较强的扩展性，易维护。

通过该系统较强的可视化操作，对海上风机基础结构监测的状况及变化趋势，印象更清晰，形象和概念更直观，为管理部门决策提供科学依据。

参考文献：

[1] 杜凌云. 风场远程监测运维系统的设计与实现[J]. 上海大中型电机， 2013（2）：40-44.

[2] 苏玲霞. 基于B/S模式的大型海上风电机组监测平台研发[D]. 电子科技大学， 2015.