风电场一体化综合监控系统的应用及展望

风电场一体化综合监控系统的应用及展望摘要：根据风电场多年的运行经验和实际需要，提出了风电场一体化综合监控系统的必要性。本文介绍了风电场一体化综合监控系统的设计方案及各子系统的功能实现，对相关的关键技术进行了介绍。关键词：风电场；一体化综合监控系统；关键技术0引言目前风电场一般存在多套监控子系统，如升压站监控系统、风电机组监控系统、风电功率预报预测系统、箱变监控系统等。可能存在如下问题：多套系统之间很多都相互独立运行;许多风电场接入系统不支持跨平台运行，容易受到病毒攻击，系统的安全性较差；有的系统数据容量一般较小，没有考虑到大量数据的需要等。这就给运行管理带来了很多不便，大大增加了风电场的运行和维护难度。因此有必要将各独立的子系统相互整合在同一个监控平台系统之中，使得风电场工作人员对生产环节实施统一操作、集中监控、统一调度，从而实现风电场的生产信息、管理信息的集成化管理。1一体化综合监控系统需求分析根据风电场多年的运行经验以及综合业主和主机厂商的要求，风电场监控系统应具备以下功能：能够显示各台机组的运行数据，如瞬时功率、累计发电量、电机的转速和风速、风向等，并可用曲线或图表的形式直观显示出来；能够显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、并网等；能够及时显示各机组运行过程中发生的故障信息；能够对风电机组实现集中控制，值班员在集中控制室内就可以开机、停机和左右调向等（这类操作具有权限管理，以保证整个风电场的安全运行）；具备风电机组、气象设备和变电站的系统管理功能，便于随时查看风电场和变电站运行状况的历史记录情况。同时系统应满足以下要求：风电场一体化综合监控系统应能够集成站内存在的各子系统，包括升压站监控系统、风电机组监控系统、视频安防监控系统、风电功率预报预测系统、箱变监控系统等。系统应能够同时监控多个厂商的多种型号的风电机组和测风塔信息的功能；风电场监控系统应具备和电网EMS接口功能，即具备进行实时有功和无功功率控制功能。2一体化综合监控系统方案设计和功能实现2.1系统总体架构和功能NSW3000/NSW6000风电场综合监控系统是国电南瑞南京控制系统有限公司独立研发的适用于风电场的一种大型的一体化综合监控系统，可实现风电场风机监控系统、升压站监控系统、视频安防监控系统、风电功率预报预测系统和箱变监控等系统的一体化综合监控，实现不同风机厂家风机控制系统和其他各个子系统的信息统一采集处理和控制，为风电场远程监控系统提供数据基础。系统可实现与电网调度系统的无缝衔接，完成风功率（有功、无功）的自动控制功能。该系统基于系统骨干网，通过专业接口装置，在SCADA系统软件平台上实现多专业、多系统的数据采集、信息集成和信息共享，为风电场的科学和高效的运营组织和管理提供先进的技术手段。系统的间隔层通信服务器负责接收各台风机和厂站以及用户的实时数据，进行相应的规约转换和预处理，通过网络传输给后台机系统，同时对各厂站发送相应的控制命令。操作员工作站完成对风电场和变电站的实时监控和操作功能；显示各种图形和数据，并进行人机交互，可选用双屏；它为操作员提供了所有功能的入口：显示各种画面、表格、告警信息和管理信息；提供遥控、遥调等操作界面。系统所使用的服务器和客户机均能进行安全加固。安全加固措施包括安装操作系统和数据库补丁，修改数据库的安全策略，设置数据库及操作系统的用户口令，安装防火墙软件等。2.2各子系统介绍2.2.1风电机组监控子系统该子系统是风电场一体化综合监控系统中最重要的一部分内容，可通过对风电机组的各种实时运行参数的采集，实现对风机的状态监视，对风机故障的报警；实现对风电机组的远程控制操作；实现风机的故障统计，图形显示、报表打印和风机的可利用率计算等功能。2.2.2升压站监控子系统该子系统通过规约转换装置按照电力系统的标准协议即可轻松实现与升压站的监控系统的互联，实现对升压站设备的监视和控制。2.2.3箱式变监控子系统该子系统主要是对箱式变内部设备的模拟信号和开关信号进行采集和控制，并上传到自动化系统中。即将箱式变的现地控制单元LCU通过光纤环网组成多个子网络，再将各个子网络和当地主控层设备组成主干网接入自动化系统。一体化综合监控系统通过规约转换装置按照电力系统的标准协议可实现与箱式变监控系统的互联，实现对箱式变设备的监视和控制。2.2.4风电功率预测子系统风电功率预测系统结合历史气象数据、风电场数据以及风机数据，建立预测模型，以数值天气预报（短期预测）和测风塔数据（超短期预报）为基础，依托预测系统软件完成对风电场处理预测。可实现短期预测0-24小时功率曲线，实现超短期预测0-4小时功率曲线。3一体化综合监控系统涉及到的几个关键技术要想实现真正意义上的风电场一体化综合监控系统，涉及到以下几个关键技术。（1） 风机统一建模技术风电场一体化综合监控系统需要统一建模，将多个厂家不同型号的风机统一接入到系统中。风机统一建模的内容主要分为两部分：一，风机实时运行模型，对描述风机实时运行状态的数据进行统一建模，如风机出力、风机出口电压、机舱温度、变桨角度等；二，风机历史统计模型，对描述风机历史运行状况的数据进行统一建模，如：风玫瑰图数据、风功率曲线数据、风机故障统计数据等。（2） 有功功率自动控制（AGC）技术和无功电压协调（AVC）技术风电场一体化监控系统的控制功能中比较重要的一条就是整个风电场进行实时的有功和无功功率控制。根据当前调度模式和运行方式，风电场监控系统需要设定多种控制模式，合理分配各风电场出力计划，保证电网在各种运行方式及故障情况下稳定可靠运行，同时最大限度提高电网的输送能力，使风电场的出力最大化、最优化。（3） 风电功率预测集成技术《风电调度运行管理规范》明确规定每个风场均必须具有风电功率预测功能。功率预测系统预测的准确度高度依赖与气象，风机等数据的积累。现行的普遍方式是每隔半年到一年，从风场功率预测系统中获取风场当地测风塔气象，天气预报等信息，从风场当地的综合监控系统中获取风机运行信息等，对模型进行调校。（4） 风机故障统计和故障诊断技术当前，风机制造技术尚不成熟，风机质量也良莠不齐，风机在运行过程中经常发生各种故障，直接导致风机故障停运，风能无法转化为电能，使风电场运营企业遭受损失。风机故障统计和故障诊断功能的实现，就是为了辅助风电场运营企业评判各风机厂家的质量水平，合理安排检修计划，以及帮助各风机制造厂家巡查风机运行的薄弱环节，从而能够有针对性地进行技术改进。4结语风电场一体化综合监控系统可以帮助工作人员对风电场生产环节实施统一操作、集中监控、统一调度，实现风电场的生产信息、管理信息的集成化管理，确保各风电场所有机电设备安全、可靠运行。此风电场一体化综合监控系统已经运行并取得了良好的效果，并将在实际运行中不断完善。参考文献：黄绍真，戴志强，马新平.风电场计算机综合监控系统的设计与实现.江苏电机工程，2010，29（1）：38秦常贵.SCADA系统及其在风力发电场的应用[J].电力设备，2004，5（12）：31赵群，柴福莉.海上风力发电现状与发展趋势[J].机电工