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风电远程监控解决方案
2016-10-11 来源:中国风能设备网
 1前言

  随着煤炭、石油等能源的逐渐减少,人类越来越重视可再生能源的利用。风力发电是可再生能源中最廉价、最有希望的能源,而且是一种不污染环境的“绿色能源”。

  现有风电场的建设一般较分散,而风电场经理又要了解各风场的运行情况,现有的分散监视与控制显然不能满足要求。

  目前,风电机组的数据采集和监控系统都是由风电机组制造商配套提供,各厂家的SACAD系统互不兼容,引入后很难对其更新升级。这样就要求把各风场各厂家的运行参数集中起来以便于比较分析。

  一般风电场的选址比较偏僻,地理环境比较恶劣,工作人员居住地离现场较远,工作人员工作起来比较辛苦,而且也因为工作条件恶劣不易招到新的工作人员。

  因为各风电场相距较远,而每个风场内风机数量也很多,所以每个风场都需要配置一定的工作人员进行日常的巡检维护,从而造成了人员的浪费。

  为了解决用户的上述困惑,我们提出了风电场远方监控系统方案,在几百至几千公里之外的城市设置了监控中心。风电公司通过该系统可以对各地的风电场的运行情况进行远程管理,解决了风电公司以前难以对各地的风电场统一管理的问题,且可以对风电场中的多种风电机组进行统一监控,实现了风电场无人值守的目标。客户虽然在几百公里之外,却如身临其境。

  2 方案

  风电场远方监控系统主要对分布在不同地区风电场的风力发电机组及场内变电站的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控,使监控中心能够及时准确地了解各风电场的生产运行状况。风力发电场自动化集控系统包括对风电场的风力状况和机组、风电场运行状况数据进行采集与集中处理,提供就地操作和远程监控人机界面,还可自动或根据管理人员反馈的指令对风电机组和风电场运行进行效率优化和安全保障控制。

  风电场远程监控系统主要包括三部分内容:

   风力发电机组监控系统

   场内变电站监控系统

   风电场视频/安防系统

  该方案具有如下的优势:

  能实现各种异构风电场监测设备的数据通信、互连互通,能够大幅提高集成效率,满足现有的和将来不断出现的需求;

  屏蔽了底层设备,减少了系统通信连接和数据交换成本,使各风电场单个监测设备的更换不影响整个监测系统的运作,使子站子系统具有良好的网络连接功能,可以根据网络情况灵活使用网络协议,具备同时和省级、地区级主站通信的能力;

   降低投资风险和投资成本,允许现有风电场监测系统逐步升级改造而不是完全抛弃原来投资,而且为将来的数字化电力自动化系统改造带来便利。

  主站和子站间交互的风电场所有信息按标准的IEC 61850模型运作,实现信息在运行系统和其他支持系统之间的共享,减少重复建设和投资,提高设备、系统的兼容性和稳定性,降低监测成本;

  有效利用电力系统广泛使用的2M通信接口,让遥测、遥调、遥控、遥信信息和图像、声音、安防报警等信息互不影响的传送,并且保证通信的时效性和可靠性。

  3 总体设计

  3.1 原理图

  风电场中央监控系统一般由一台监控计算机、通信接口、通信电缆、总线连接器、光电转换器、多膜光缆组成。通过与风电机组就地控制器(下位机)通信而获得数据,实现远程集中监控的目的。

  原理图示意如下:

  4.1.1 下位机

  下位机一般为现场微处理控制器,常用的有PLC,DSP等。风电场内的每一台风电机组,都有一套独立运行的下位机系统。同时,也要求每一台下位机都能通过专门的通讯接口实时的向上位机传送风电机组的状态、数据、故障信息等,以便监控室对各个机组进行监控和管理。

  4.1.2 通讯协议

  在远程系统中,上位机与下位机之间的通讯属于远距离的一对多通讯。常用的通讯方式有电流环、RS485、Modem拨号等;通讯线路有电缆、光纤、GPRS无线网络等。

  4.1.3 上位监控机

  上位机指位于风电场监控室的工控PC机和服务器。一台上位机可同时监控多个下位机。从下位机传过来的风电机组状态和数据,经上位机分析整理后,一方面以图表等形式实时显示到人机界面,供工作人员查看;另一方面保存到数据库中,作为历史记录,便于以后查询调用。

  3.2 总体架构

  采用B/S结构,即Browser/Server(浏览器/服务器)结构。这种结构主要是利用了不断成熟的WWW浏览器技术,结合浏览器的多种Script语言(ASP、JSP等)和ActiveX、Flash技术,用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能,是一种全新的软件系统构造技术。用户界面完全通过WWW浏览器实现,在用户端不用再安装任何软件,只要能上Internet随时可以查阅风机实时的数据资料。这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。

3.3 网络拓扑图

  系统构成

  4.1 风电机组监控系统

  风电机组监控系统用于控制机组运行、故障处理及机组的启、停等操作,监视机组运行情况,集中接收各风力发电机组的运行数据。

  4.1.4 通信管理

  根据风电场的实际情况,上、下位机通讯有如下特点:一台上位机能监控多台风电机组的运行,属于一对多通讯方式;下位机能独立运行,并与上位机通讯,上、下位机之间的安装距离也较远,超过500m。

  中央监控计算机能自动与风力机建立通信连接,并具有通信中断后的自动重连接功能。当网络(环网情形)中的一台风力机出现故障,不影响其他风力机的通信。具体的通信接口方式根据风电机组电控系统硬件通信接口配置及其通信规约而定,一般推荐使用工业以太网。

  4.1.5 分布示意图

  可以直观地显示所有风电场、各风场设备设施(如风机、测风塔、升压站等)的地理分布示意图,用户可以在地理图上直接显示各风电场的主要运行数据,可以通过选择特定风电场节点对该风电场的主要数据进行监控,并可以作为导航节点直接进入指定风电场进行更进一步的操作。

  4.1.6 风机监视

  显示各风电机组的运行状态,如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况,不同的运行状态以不同的颜色和图标显示,并可以直接显示主要运行数据,如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等。通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况,这对整个风电场的管理是十分重要的。

  4.1.7 远程操作

  能够对风电机组实现集中控制。值班员在集中控制室内,只需对标明某种功能的相应键进行操作,就能对下位机进行改变设置、状态和对其实施控制。如开机、停机和左右调向等。但这类操作必须有一定的权限,以保证整个风电场的运行安全。

  4.1.8 报表功能

  可通过报表功能来分析风电机组的工作性能。

  报表的内容包含各种历史数据、计算数据、统计数据,还可插入棒图、曲线图、趋势图等。报表类型包括运行日报、旬报、月报、季报、各类考核报表、调度部门统计月报表、通道统计报表等。支持数据查询,具有数据导出功能(导出文件格式可以选择,如Excel表格、文本文件等)。

 4.1.9 测点历史数据

  风力发电的特点之一就是风源的不稳定性。随着风速的变化,系统控制器会对风电机组运行状态作相应的调整,各个系统变量也会随之改变。用趋势曲线来分析变量变化情况是一种既直观又简明的方法。

  以趋势曲线或者原始数据的方式查询某测点的历史运行数据(如绘制风速-功率曲线、风速分布曲线、风速趋势曲线)。用户可以任意选择想要查看的时间段。

  4.1.10 报警功能

  能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。一方面将此故障发生的时间和内容记录到数据库,以方便今后查看,另一方面将故障信息显示到界面以提醒工作人员做相应的处理。在显示故障时,应能显示出故障的类型及发生时间,以便运行人员及时处理及消除故障,保证风电机组的安全和持续运行。

  4.1.11 修改参数

  系统管理员可以远程修改下位机中的操作参数和风电机组运行参数,以保证风电机组在各种环境下都能自动安全稳定地运行。

  4.1.12 安全级别设置

  系统设置不同操作级别的密码,不同人员具有不同的操作级别和权限。

  4.2 变电站监控系统

  变电站远程监控系统综合所有功能,应用自动控制技术、计算机数字化技术和数字化信息传输技术,将风电场变电站相互有关联的各部分总成为一个有机的整体,用以完成从升压站安全监测、远程监视调度控制到单个点和多个点的操作处理。

   对断路器分、合的远程操作

   对补偿电容器投、切的远程操作

   对有载调压变压器分接头的远程调节操作

   部分保护的远程启动、闭锁及信号复归

  具有图形无级缩放,画面导航,漫游和热点选择功能。

  画面显示类型:索引目录表、厂站主接线图、电力系统实时数据表、实时曲线图、历史曲线图、棒形图、事项顺序记录表、遥信一览表、光字牌等。

  显示内容包括实时采集、计算、系统估计和人工置入的各种电网动态及静态运行参数。

提供包括接线图、表格、曲线及其它所需画面的编辑和修改工具。

  4.3 视频/安防系统

  随着计算机技术和数据通讯技术的飞速发展,图像监控也由模拟视频监控发展到数字图像监控。远程数字图像监控至关重要的环节是图像远程传输,数字视频压缩编码技术的日益成熟使基于低成本的图像远程传输实际可行,因此远程图像监控具有非常广泛的应用前途。随着工业自动化程度的不断提高,变电站将逐步向无人/少人值守的方向发展,为了直观、具体地了解无人值守现场实时的情况,采用远程图像监控系统将具有非常现实的意义。远程图像监控一般不仅仅给生产管理部门提供生动的实时图像,还具有远程控制、报警记录等多种功能,可以与传统的监控设备结合应用,提高整体的功能。

  通过图像监控、安防系统,保护变电站设备及风机设备的安全。

  通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势,避免误操作。

  通过图像监控、灯光联动、环境监测监视现场设备的运行状况,起到预警和保护作用。

  配合其他系统(如变电站综合自动化系统等)的工作。

  5 性能特点

   采用了完全标准化的通信网络技术-PROFIBUS现场总线技术和标准工业以太网技术,通信高速稳定。

   可选择对多台风力机同时进行远控操作,方便快捷。

   模块化功能组合结构,扩展能力强。

   积木式数据存储结构,提高了数据查询速度,扩大了数据存储范围。

   全中文界面,操作简单方便。

   监控系统具有多种格式(包括Excel,Text)的数据导出功能,可以满足用户的不同需要。

   支持异地远程通信功能。

  6 接口方案

   与无线应用的集成

     我们的系统支持与无线应用装置的集成,可用于各类工作。通过与手机与短信的接口实现工作流及其他即时任务的提醒。

   与生产运营管理系统接口

     通过生产运营管理系统的标准接口,我们的接口可以向生产运营管理系统传递数据,加以利用,实现数据共享。

   与OA办公自动化系统接口

      OA办公自动化系统在业务处理上与我们的系统时相对独立的,系统之间在业务逻辑上没有太多的交叉,它们之间的接口主要体现在数据层,实现系统之间的数据共享和查询需要。而我们的数据库是开放式的数据库,可以通过授权允许其它系统直接访问数据库。具体实现方式可以根据用户的具体要求采用不同的解决办法。

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