风电场远程电子监控系统设计

李锦华，纪小周

（江苏龙源风力发电有限公司，江苏南通，226000）

0 引言

近年来，我国风电行业发展迅速，国内新建了大量风电场，风机的数量和装机容量也在不断攀升[1]。但是，日益增长的风电场规模却和管理水平不相适配。由于风电场往往地域较广，室外环境时好时坏，导致很多风电机组在故障后无法及时得到维修。这主要是由于大量风机地处偏僻，人员稀少，日常运行维护较为困难，导致风电机组各类隐患问题频发，给电网安全运行带来了不稳定因素[2]。因此，如何保证风电场的安全稳定运行、及时发现风电机组的不正常运行状态、确保风电机组的寿命周期、尽可能降低风电场的运行维护成本，是当前风电行业领域面临的重要课题[3]。

随着电网智能化水平的不断提高，远程监控系统成为了重要的组成部分。但是，诸如此类系统在常规电网中应用较为广泛，但是在风电场的管理领域经验还不充足，监控系统并不能完全适合风电场的日常设备运维管理。因此，为了实现对风电场生产过程的管理自动化、精细化以及生产综合化的需求，本文开发了一套风电场远程监控系统，基于B/S系统架构进行开发，对风电场内部的设备（如风机、逆变器等）进行实时状态监测，大大解决了运维人员日常巡视的工作量，同时避免了风电场设备维修困难的问题。

1 需求分析

首先需要明确风电场在线监控的需求。同传统电网不同的是，风机设备的分布较为分散，且功率变化速度和幅度都远超常规火力发电机，因此，需要根据风机的集群分布状况，对其进行分块区域管理；同时，为了适应功率变化的瞬时性，应该设计风机状态的实时监测功能，自动进行功率曲线分析，形成风机状态报表，并方便工作人员进行查询和管理。综上所述，风电场远程监控系统应该包括风电场群管理、数据查询、图表分析、风电场报表管理、系统管理等业务，如图1所示。

图1 系统功能需求

2 系统监控工作流程

在构建系统一级功能需求后，还应该对各一级功能的子功能进行设计，方便工作人员进行操作和处理。以风电场群管理为例，应该包括的子功能有风场信息的管理、风场运行信息的管理、风速风能分布管理、风向玫瑰图管理等，工作人员通过进入监控系统，选择相应的功能子菜单，进行对应的操作，在完成工作后会生成对应的系统日志，并具备存储和读取功能。系统监控工作流程如图2所示。

图2 系统监控工作流程

3 系统架构设计

对于风电场的监控系统而言，需要制定科学的边界防护部署架构。本文基于安全分区和横纵配合的配置思想，在纵向配置上，采用专用的网络进行调控系统和调度主站之间的通信，同时，将调度网与管理网、公网实现良好的隔离，防止系统之间的数据泄密。另外，在调控网和风电监控系统的连接端，设置安全的加密认证系统，实现现网络访问控制、访问人员身份验证、数据加密装载等安全措施。系统逻辑功能应包括：

入侵检测装置：监控系统应该能够安全可靠的识别系统中的黑客和入侵行为，及时发出警告，将潜在的威胁消灭在初始攻击阶段。

恶意代码防护系统：监控系统需要完善病毒库，定期更新病毒查杀程序，从而安全可靠的识别病毒代码，当出现可疑程序时，及时进行网络安全隔离并进行病毒查杀，同时发出警报信息，保障风电场监控网络运行安全。

安全审计系统：对于系统的访问人员，进行身份认证，同时对于登陆失败的用户，应该提供适合的验证渠道，既能够方便工作人员更改登录方式，也能够阻止不法人员进行攻击。

II型网络安全监测装置：用于采集整个系统硬件设备去的各类安全事件，支持网络安全事件的本地监视管理，整体系统功能逻辑如图3所示。

图3 风电场远程电子监控系统功能逻辑图

本文设计的风电场远程电子监控系统基于B/S的开发框架模式，将浏览器和服务器功能相互结合，从而方便管理人员通过浏览器进行管理操作，不需要额外开发PC应用程序。系统编程语言选择成熟的JAVA语言，兼容性较好，方便后续系统的维护和功能扩展。技术框架采取功能逻辑清晰的SSH框架，同时结合MVC开发模式，可以将风电场远程电子监控的各个子功能框架清晰的分隔开来，使得系统的操作和使用大大简化，方便工作人员迅速上手。数据库选取SQLSERVER2014，能够方便程序的读取、数据的存储，且安全性较高，符合电网工作程序开发的一般需求。

在确定系统开发的基本原则后，下面建立风电场远程监控系统的基本架构。如图4所示，本系统主要由View层即视图层，controller层即逻辑控制层，model层实体层等三层组成。具体工作流程如下：在数据传输过程中，经过视图层的JSP模块进行请求命令传输，最终将信息传递到逻辑层，由Struts模块进行转录和翻译，并进行指令处理，将指令代码映射到model层进行进一步的操作。在model层中，首先需要经过Spring模块的处理，实现对 数据库的访问，然后将数据调用和处理信息传递给Struts模块，然后再进一步返回至JSP页面，将用户的请求和处理操作加以响应，并方便用户阅读。在SSH框架中JSP页面以及Struts模块都属于User Show Layer层包括了JSP和Struts两部分，Spring属于Business logic layer层包括Spring模块，而Data access layer层则代表了数据库。整个开发框架十分清晰，分工明确，代码不容易交叉，易于开发。

图4 风电场远程监控系统技术架构图

4 系统测试结果

根据以上设计方案，对系统进行集成和开发，最终形成的监控系统主界面如图5所示。

图5 监控系统主界面

以风电场群管理功能为例，对监控系统进行功能测试，结果如表1所示。

表1 智能控制系统I/O分配表（部分）

表1 风电场群管理工程测试结果

在测试过程中，监控系统不仅能正确的完成工作人员的需求，而且数据传输延时低，准确率高达99.5%。同时，该系统支持多用户浏览，对网络资源占用很少。B/S模式下的远程监控技术可以实现网页端功能集成，应用扩展容易，维度简单，便于后续的系统更新，给工作人员的可持续工作带来了极大的便利。因此，本文开发的风电场远程电子监控系统具有良好的应用前景。

5 结束语

风电场远程监控系统中可以远程实现对风电场以及风机的远程监控，不需要再耗费过多的人力进行维护。但同时系统也存在一些问题，例如定位不够精准的问题，尤其是在一些自然环境比较恶劣的地方，风机的定位点往往有误差，这个问题我们将尽力改正完善。