集控模式下风电场综合自动化监控系统优化方案设计

周伟波

[摘    要]风能作为一种可再生的清洁新能源，日益受到国内国际的重视，国内风力发电行业正处于高速发展阶段。目前随着风力发电场的日益增多，风电监控系统已经成为行业中的一项重要的技术。而国内和国际并没有标准化的依据来设置风力发电场的监控系统，大多数的风力发电厂监控系统都是厂家各自提供设备，但现在通信种类的繁多，不同的厂家的设备系统呈现差异化，而且还存在互不兼容的现象，所以如何开发通用的风电场综合自动化监控系统已成为迫切需求。基于此，本文以集控模式下风电厂综合自动化监控系统优化方案设计为题展开讨论。

[关键词]集控模式;风电场;自动化监控系统

[中图分类号]TM614;TM76 [文献标志码]A [文章編号]2095–6487（2020）03–0–03

[Abstract]As a kind of renewable clean new energy， wind energy has been paid more and more attention at home and abroad. The domestic wind power industry is in a stage of rapid development. With the increasing number of wind farms， wind power monitoring systems have become an important technology in the industry. However， there is no standard domestic and international basis for setting up wind power plant monitoring systems. Most wind power plant monitoring systems are provided by manufacturers. However， there are many types of communications and the equipment systems of different manufacturers are differentiated. Moreover， there are still incompatibility， so how to develop a general-purpose wind farm integrated automatic monitoring system has become an urgent need. Based on this， this article discusses the design of the optimization scheme of the integrated automation monitoring system for wind power plants under the centralized control mode.

[Keywords]centralized control mode; wind farm; automatic monitoring system

1 风电场综合自动化监控系统的概述

风电场综合自动化监控系统是通过测风塔、升压站、SVC等控制系统，通信实现的对风电场中的测风塔、升压站、箱变等设备的控制和记录，系统还能通过网络向区域集控中心传输各种数据、各种控制命令，使偏离风电厂集控中心等一些电厂也能够提供各种运行状况和运行数据。由此可以实现一体化的管理机制，可以通过远程控制机组控制整个风电场的启停和负荷调整。在一定程度下集控模式的风电场综合自动化监控系统的设计，能够使得各个风电场的管理更加合理化。

2 现状分析

由于目前全球能源供应紧张，环境问题日益凸显，具有储量最大、分布广泛、清洁无污染等优点的风力发电越来越受到各国的关注，但风力发电一直处于恶劣的环境，在无人值守的情况下常年运行。如此必须增加其可靠性，必须加大其控制力度，特别是一些大型的风力发电厂，就需要对几十台或者是几排的风力发电机进行集群控制，由此就需要采用先进的控制手段和通信技术。

目前在风力系统的发展过程中，监控与数据采集系统应用最为广泛，技术也相当的成熟。SCADA系统是以计算机实现的生产过程控制、调度自动化系统的构建，能够对设备的实际情况进行监视和控制，以实现数据的采集设备的监控、事故报警。在风力发电系统中软件的应用可以提高信息的完整性，保证风电系统运行的状态，加快故障诊断，提高生产效率。目前在使用过程中，相关部门并未重视这些相关设备的采集，所以导致一体化机制的构建存在困难。在新形势下急需要规范管理来建设集控模式下的风电场管理机制。这样才能够实现各个部门数据的整合与监管，进而为风电场的管理工作服务。但目前国内运用的风电场综合监控平台存在滞后性，只能对一些数据进行采集和分析，并不能实时的监测现状，这无疑使得其连接方式通信不畅通，由此给风电场的管理带来了一定的困难，使得风电场的生产运行管理极为不便。在新形势下，只有基于计算机、通信技术的高速发展实现智能电网一体化的建设，才能更好地做好信息开放性、兼容性、全面性的管理。

3 风电场综合自动化监控系统的功能和结构

由于目前各公司监控系统的软硬件、环境平台和数据库设置都不相同，有的是按照国家风电标准监控设计的组网，而还有些公司是依据主机厂建立一套通信标准。其建设方式和内容并不统一，因此，本系统采用模块分层管理是数据通信层、数据处理层、应用层等多层次建设。数据通信层采用的是电厂前置通讯机的方式，通过一系列可接入的设备，建立通信接口，同时与多种风机、测风塔升压站进行连接，以实现数据交换和通信并且通过监控软件可以对整个数据形成一个，包含测量、姚信量、电镀量等各类型数据的统一数据库，再利用标准的104通信协议将各种数据传至应用层，也就是所谓的场站和集控中心，因此能够实现对数据的分析和处理，进而为风电场的管理提供科学依据。

3.1 风电场综合自动化控制系统的主要任务

风电场综合自动化控制的主要任务分为以下几个方面：（1）是对系统内外的通信以及设备的各种数据进行准确、及时、全面的收集，以供风电场分析所需，其中包括场站的发电、停电及有关信息，以及所有系统内外的通信信息。（2）它还可以实现对信息的分析、处理、储存，以供监测系统提供依据，从而对其收集的信息进行分析处理后，要进行储存，并且传送给相应的应用层。设计进程当中可以对发电站的自动监视和电力调度场站的运行做相关规定，对场站的一些设备要进行自动化检测和控制，确保场站内所有的设备都能够安全可靠的运行。（3）它还能够对场站进行综合性的安全分析与部门进行通讯，通过建立信息系统，以供传送信息接受要求做准备。

3.2 风电场综合自动化控制系统的设计原则

风电综合自动化监控系统的设计原则，应该按照减少投资系统规范的原则进行总体设置，这样才能够满足场站标准化的管理需求，提高场站运维人员的相关水平。（1）风电场综合自动化监控系统要基于计算机和网络技术建立应用系统，以划分生产控制区、管理信息区。生产控制区要分为控制区和非控制区，计算机监控系统是属于生产控制区，必须要按照国家的相应标准，使得数据得到安全的防护。（2）风电场综合自动化监控系统应该以可靠为基准，降低本身的局部故障，这样才能够不影响系统的正常运行，系统的配置选型应该保证整个系统的可靠性，设备运行的安全性、稳定性、实用性。（3）要实现系统软件、硬件的开放性，这样才能够符合自动化控制的发展需求，使其实现更新周期短的特点，以实现计算机技术的充分利用，系统设计相关人员应该满足远程监控的实际需求，并且按照风电场接入电力系统的规范，设置风电场综合自动化监控系统，这样才能提高其可靠性和安全性。（4）在设计过程当中要基于系统的可扩展性和维护性的需要，在系统平台做好规划设计，要采用模块化的设计原则将各功能划分清楚，并且使其清晰且独立，这样才能够在独立开发测试和维护模块之间，以及模块与平台之间，应该有相应的接口，接口要遵循统一的接口规范，努力做到接口协议逐渐统一化、一致化，接口的设计标准应该遵循IEC相关规范。

3.3 风电场综合网络结构

风电场综合自动监控系统的网络结构是指其包括的设备，其主要包括应用服务器、数据库、服务器、操作工作站、通讯机等多种设备。而网络结构是获取底层数据的，并且建立通信机制的构架。两者之间可以相互独立，又可以混合完成，在设计过程当中要保证整个系统的可靠性。监控系统当中应该配置荣誉的实时数据库、服务器和AB网的通讯联络，使得所有的操作人员都可以实现共通，进而对计算机提供的数据进行高效地分析和处理，进而再把处理完的数据传递到服务器之中，完成数据指令的分析，这样集控中心也可以得到所需要的数据，进而从前置通讯机接收。

3.4 风电场软件构架

在基于互联网技术实现自动控制系统当中，主要涉及到计算机监控软件，即计算机系统软件、基本软件、应用软件、工具软件。系统软件是计算机硬件系统当中一并购入的，由厂商提供的软件，它用于监控系统进行检测运营环境，而用户软件的开发就是基于用户程序，实现运行、退出、编辑。基本软件是实现监控系统基本监控能力的软件，比如它能够对各种通信接口进行监控，能够促进处理部门数据处理库和数据处理进行管理，而且能够以无人化的人机界面，自动生成报表和语音报警等软件，在一定程度上提高了监控的水平。应用软件是在生产过程当中操作或者是控制的软件，比如AGC、AVC等。在开发此类软件时要结合发电厂本身的实际情况以及用户的需求，这样才能够全面地覆盖风電场的功能。另外，工具软件是提高系统开发的效率的有效措施，它可以减轻软件开发与维护的强度，提高系统的维护性，进而使得系统真正的向用户开发。

3.5 系统安全防护设计

系统安全防护主要是指场站安全防护，巡查工作中的安全防护，外部通信的安全防护。首先，为了保证生产管理信息服务器与生产控制网络的安全性，必须要基于网络安全的实际需求，在生产管理过程当中保证其服务器的安全隔离装置的安装，并且使其与生产控制网络相连接，还可以设立传电力系统专用的物理隔离装置以及防火墙，这样才能够更好地保证场内的安全防护。另外，为了保证长端和集控端以及系统外部的网络连接安全性，就要做好电力系统的安全防护工作，在场站内的前置通信增值外，外部系统之间配置纵向的加密装置，这样才能够提高外部通信的安全性。

3.6 扩展功能

为了更好地满足新能源下，集控无人值班，少人值守的实际需求，在风力综合自动化监控系统的设计过程当中，应该设立报警服务器，从而可以有效地借助移动APP。比如通过手机通话、短信的方式将一些生产和报警信息实时地发送给指定的人员，这样才能够提高系统的运用水平，进而使得设备的缺陷能够及时的被发现，进而得到及时的处理。

3.7 历史经验库

以业务推动数据，预警自动生成检修工单、两票系统按流程审批，检修人员进行故障排查，完善数据库结束流程。一方面对区域检修生产管理一线的检修经验数据汇总进行有效的知识数据汇总，另一方面我们还应对区域检修知识数据进行有效的汇总，如各现场的区域检修生产管理经验的汇总、人才培训的汇总、备品备件的知识数据汇总（后续的区域检修解决方案中可能也会涉及），为更好的发展和提高区域检修公司的竞争力和生产经营管理的工作效率，促进企业社会经济效益的发展，提供更为全面的知识数据支撑。

4 结语

通过建设风电网综合自动化系统，整合风电场的可控资源，响应电网综合调度要求和远程集控要求，是提高风电安全的有效管理措施。如此，在实际工作当中，相关部门应该结合目前风力发电行业的发展需求以及运营现状，阐述一套典型的风电综合自动化系统的组成和结构，这样才能够基于实际情况，建设不同厂家设备统一化一体机制，并且构建集控中心实时地进行全面监控，使得电厂管理更加规范化，更加值得推广。

参考文献

[1] 丁伟.风电场电力监控系统网络安全威胁防控体系[C]//生态互联数字电力——2019电力行业信息化年会论文集，2019.

[2] 曾佳佳.集控模式下风电场综合自动化监控系统优化方案设计[J].水电站机电技术，2016，39（08）：38-39，43.

[3] 曾佳佳.集控模式下风电场综合自动化监控系统优化方案设计[J].水电站机电技术，2014（8）：38-39.

[4] 金红，崔志光，单银忠.风电场远程监控系统的设计与应用[J].河北电力技术，2013，32（6）：23-25.

[5] 严伟，孟为群，石铁洪，等.数字化技术在大唐卓资风电场的应用[J].中国电力，2011，44（3）：73-76.

[6] 杨琪.地铁综合自动化集成系统方案的研究[J].城市轨道交通研究，2010，13（6）：45-51.

[7] 徐旭初，郝菊屏.变电站综合自动化系统升级改造及其网络优化[J].科技视界，2013（33）：344-345.

[8] 孙昌稳，崔贤茂.变电站综合自动化控制系统的改造和优化[J].安徽电力，2018（02）：44-45，53.

[9] 丛昊，王旭，蒋传文，等.基于联盟博弈的综合能源系统优化运行方法[J].电力系统自动化，2018（14）：20-28.