智能光伏及风电场区域集控研究与设计*

张 华 ，马保军 ，翟新军 ，张 磊 ，杨 健

（1.中广核新能源投资（深圳）有限公司新疆分公司，乌鲁木齐830011；2.中广核青河太阳能有限公司，阿勒泰836200）

1 引 言

目前，国内已经有大批风力发电站和光伏电站建成投入运行，但电站大量建设后的管理问题却日趋严重，其中最重要的问题之一就是风能和光伏电站监控平台的研究、建设及运用。在国内都还在学习如何设计新能源并网电站、如何进行系统调试的时候，国外已经悄然开始了新能源电站运行、维护和管理体系的建立，其中非常重要的一点就是电站如何在管理上实现突破[1]。从最初的电站巡检到后期的局域网监控，再到现在风能、光伏网络监控平台的设立，这使得国外风能、光伏电站实现了真正的远程管理。

新疆是风能和太阳能资源十分丰富的地区，目前，中广核已在新疆建设了大量的光伏及风力发电站，随着规模性的风能和太阳能电站陆续开工建设和投入运营，需要对各个电站的运行状况进行集中监测，实现电站运行数据的实时存储、分析、显示等功能，以便掌握电站的运营管理，同时，需要总结部分电站的运行数据进行经验分析，为电站的经济运行及未来光伏电站的设计提供充实的科学依据。

基于以上目的，中广核新能源投资有限公司新疆分公司、中广核青河太阳能有限公司建设了新能源项目远程集控中心管理平台，可对各个电站的全生命周期的运行情况、发电情况、告警情况、运维情况进行实时有效的量化评估，从而主动发现电量提升点，完成对电站的精细化、规范化管理，确保电站健康运行、收益稳定提升，实现电站价值最大化。

2 电场设计依据与原则

电站管理系统的设计除技术条件中规定的技术参数和要求外，其余均遵照最新版本的电力行业标准（DL）、国家标准（GB）和IEC标准及国际单位制（SI），这是对设备的最低要求。该系统设计满足如下原则[2-3]：

(1)先进性与前瞻性原则：系统建设采用符合未来发展趋势而适当超前的、先进的、开放的设计方案，在建设中采用流行的、成熟的、先进的计算机软件技术、开发模式和管理方式。总体设计充分参照国际上的规范、标准，主流网络体系结构和网络运行系统，采用B/S体系结构相结合的网络计算模式。在数据库设计上，采用先进的分散式技术、容错技术、备份恢复技术等。

(2)扩展性原则：系统建设完成后应具备良好的扩展功能，当有新的风电、太阳能光伏电站（或设备）建成后，要能够方便地添加到该系统中。

(3)开放性原则：作为专业的应用系统，必须具有良好的开放性，必须符合相关的工业标准，以充分保障系统与其他应用系统的无缝集成。支持不同系统之间的互访。提供第三方数据接口服务，为第三方数据接入提供服务，并提供数据开放接口，为第三方数据提供数据开放接口。

(4)可靠性和稳定性：应选用技术成熟、运行稳定的产品，在设备选型、网络设计、软件设计等各个方面充分考虑软件、硬件的可靠性和稳定性，并可在非理想环境下有效工作。

(5)安全性：系统设有安全权限管理，不同范围的人员对不同功能模块有不同的使用权。

(6)规范性：本系统是一个集多种功能于一体的综合性监测、分析、管理系统，应遵从各个相关行业的标准与规范，使系统满足标准化设计与管理的要求。

(7)构架式设计：所有具体的功能实现、功能模块都依附于构架，各功能模块或接口程序应可根据实际需求而灵活配置。

3 电场系统总体架构与设计

设计要求满足集控项目的整体需求，符合系统建设的整体规划，以及对各系统的定位及目标。架构规划中，需要梳理、分析各层面（集控中心和现场）中与集控相关的功能与信息，在架构设计中能提供有效的整合的全面统一的风场、风机和光伏设备的实时信息，并能依据实时数据的关联性，为客户提供必要的关联信息，如报警及实时数据库等。实时数据应该集中存储，数据的维护工作也应该集中，以确保各电场信息的单一数据源，确保业务信息的一致性[4-5]。

为提高本地的性能，使得总体的实时数据采集方式合理、高效[6]，确保实时数据在现场、集控中心间的同步，保证实时数据的一致性[7]，集控中心主要部署了 4个子系统（SCADA、EMS、RDP及 Web和BAO），基本构架如图1所示。

图1 系统基本架构

3.1 电厂实时监控（SCADA）系统功能

(1)设备接入及信息转发功能

①支持风机、光伏电站、变电站等电站设备的接入及监控，支持标准通讯协议（OPC、IEC104、Modbus）；

②针对集中监控信息，支持实时数据转发，转发信息列表可根据接收方要求灵活配置。

(2)级联监控及分级监控

能够实现多层级（级联）及分级监控，支持北京中心、区域中心、风电场和单台设备就地的分级监控，并针对每一级的监控关键信息进行梳理并分层显示；支持不同设备接入时显示状态的统一映射，支持设备关键数据的实时接入及存储[8]。

(3)电场多维度告警及历史事件查询

针对接入设备支持多维度的事件告警及声光报警功能：告警类型包括设备故障告警、遥信变位、遥测越限、设备异常、硬件系统资源监视告警；故障频发报警功能：针对具体到单台设备的故障，具备统计计算功能，当设备具体故障在某一个时间段发生频次超过设定阀值时，自动发出报警，并进一步与EMM子系统集成，自动触发缺陷单；针对报警事件：支持历史事件查询，内置多种查询模板（如事件顺序记录SOE、设备故障时间），支持用户自定义报警模版；能对所有的告警，按字段进行排序。

(4)设备复位权限管控

集成各接入设备的复位规范并有针对性地设置权限分层功能，由系统来规范区域中心运行值班人员的操作习惯。该功能详细规定了具体到单台设备每个故障的复位次数限定，运行人员在远程控制的时候将会知道在其权限下，哪些故障可以复位，还可以复位多少次；操作记录功能，针对每一次复位操作，系统都会详细的记录下时间点、用户、操作主机、操作类型、操作对象、操作是否成功等信息。

(5)设备远程控制模块

可以远程控制设备。在设备厂家SCADA开放相应控制点的情况下，支持对各机组的启动、停机和复位；可以对风场群/光伏电站中若干个设备进行批量启动停机、复位等操作。

(6)电场数据预处理、存储和分析模块

数据预处理可规整采集量格式，包括对模拟量数据、状态量数据和脉冲量数据的预处理；测点历史趋势分析及越限报警功能，针对接入监控系统的测点，支持对测点的历史数据进行时间序列分析；内置管理类报表，包含生产综合报表、风速报表、发电量报表、可利用率报表、故障统计报表、风机运行状态报表及功率曲线报表，具备以逻辑维度（全省、风场层、风机层）、时间维度（日报、周报、月报、年报）的统计聚合功能，支持图表绘制、报表输出、导出文件和打印。

(7)支持扩展的多前置接入

测点接入装置可以分配到多组前置机，进行数据采集控制，实现负载均衡；持续配置的形式，随着风场和风机数量的增加作相应的扩展。

(8)电场多模块、多层级的监控画面

系统可通过树状结构监控展示风机、馈线、风场及风场群的多级结构关系和统计信息，界面主要分为菜单栏、导航栏、主视图、统计信息栏、事件列表、状态栏等几个模块，各模块均可隐藏和显示并可通过鼠标进行拖放以改变位置，并记忆各模块的位置。

3.2 能量管理（EMS）集控版系统功能

接收调度对电场的指令，直接根据指令设定值进行对电场的限功率设置；支持风机、光伏电站、变电站设备的接入及集中遥调，以各并网点为功率控制节点，根据调度命令集中管理接入同一并网点的各电场的出力；针对同一风场内从不同供应商设备处采集的数据，EMS可以根据调度要求，对数据进行规范化处理，并进行整合后转发给相应的电网管理系统；支持调节各电场的功率分配，区域中心运行人员可以根据命令对各电场的负荷进行远程调节。

3.3 电场业务分析及优化（BAO）系统功能

(1)绩效仪表盘

将管理人员最关心的业绩指标KPI用图表的方式实时展示，方便运行管理人员发现问题并抓住问题的重点。常用的关键业绩指标包括：发电量、设备停机时间、时间可利用率、能量可利用率EBA、发电量计划完成率。

(2)KPI数据图表功能

对管理人员关注的业绩指标KPI进行逐层的钻取分析，探索问题的症结，为下一步行动提供科学的指导。常用的KPI数据钻取分析类型包括：收入（发电量）损失的原因分析、运维成本的钻取分析。

(3)查询报表功能

帮助运行人员根据制作各种报表的需要，在系统数据库中进行特定查询并获得所需数据，用于下一步的数据分析和报表制作。常用的查询报表包括：设备状态查询、综合电量查询、损失电量查询、限功率记录查询、首发故障查询、检修记录查询、故障频率查询、员工工作负荷率查询、部件运行状态查询。

(4)定制化报告工具

帮助用户快速生成常用的定制化报告，包括系统基于模版快速生成报告初稿，供报表制作人员进行核对并添加手工注解，从而形成最终的报告。常用的定制化报告包括：运维周报、运维月报。

(5)可查询KPI功能

实现四大类绩效指标的自动计算和数据的逐层钻取。四类业绩指标包括风能监测类、生产运行类、可利用率和性能类以及故障统计类。

(6)日、月报表等数据上报功能

实现电场生产、运行报表数据电场级填报，电场管理定制化报表，发电量、可利用等分析报表导出等功能。

3.4 RDP及Web

该模块基于同一个生产区的网络，对同一个生产区网络内的服务器进行必要的远程访问和操作，解决突发性问题，作为实时监控的补充。

4 结束语

上文所述内容，对优化大规模光伏、风电机组群并网后的电能质量以及电网的稳定、安全和经济运行有着显著的提升效果，同时减少了故障样本的数量，提高了故障诊断的速率。总的来说，光伏、风电场群远程集中监控才刚刚起步，随着技术的不断发展和成熟，集中监控中心将会增加更多的功能，从而真正实现现场无人值守的生产运作。

参考文献：

[1]邢伟,董红星.风电场智能化远程集控管理系统的探索与设计[J].企业管理,2016(S2):110-111.XING Wei,DONG Hongxing.Exploration and design of intelligent remote centralized control management system for wind farm[J].Enterprise Management,2016(S2):110-111.

[2]翟安定.国电河南区域风电场远程集控中心建设技术方案研究[J].中国新技术新产品,2015(20):18-20.ZHAI Anding.Study on technical scheme of construction of remote centralized control center of Guodian Henan regional wind farm[J].New Technology&New Products of China,2015(20):18-20.

[3]刘文斌.风电场群集中监控系统整体解决方案研究[J].风能,2016(12):68-71.LIU Wenbin.Research on integrated solution of centralized monitoring system for wind farm cluster[J].Wind Energy,2016(12):68-71.

[4]孙悦红,司慧琳,林建进.光伏电站远程监控系统设计[J].微计算机信息,2012(7):34-35.SUN Yuehong,SI Huilin,LIN Jianjin.The design of the remote monitoring system for PV power plant[J].Microcomputer Information,2012(7):34-35.

[5]冯相赛.国内光伏电站监控技术研究进展综述 [J].太阳能,2016(11):47-50.FENG Xiangsai.Review of research progress on monitoring technology of photovoltaic power station in China[J].Solar Energy,2016(11):47-50.

[6]张鑫.分布式光伏电站远程智能监控系统设计 [J].现代电子技术,2017,40(4):172-175.ZHANG Xin.Design of remote intelligent monitoring system for distributed photovoltaic power station[J].Modern Electronics Technique,2017,40(4):172-175.

[7]黄小鉥,翟长国,郭剑虹,等.光伏电站远程数据中心系统架构设计[J].电力系统自动化,2011,35(7):61-63.HUANG Xiaoshu,ZHAI Changguo,GUO Jianhong，et al.Design of system structure for remote data center of photovoltaic power station[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(7):61-63.

[8]叶琴瑜,胡天友,何耀.基于CAN总线的光伏电站监控系统[J].仪表技术与传感器,2012(3):76-78.YE Qinyu,HU Tianyou,HE Yao.Photovoltaic power station monitoring system based on CAN bus[J].Instrument Technique and Sensor,2012(3):76-78.