風(fēng)電集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

楊克　曹軍軍

【摘 要】針對(duì)寧東風(fēng)電下屬各風(fēng)電場(chǎng)地處偏遠(yuǎn)、運(yùn)行維護(hù)成本較高以及監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立、管理難度大等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一套風(fēng)電集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)統(tǒng)計(jì)和分析各類運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寧東風(fēng)電下屬各風(fēng)電場(chǎng)信息共享，易于管理，無(wú)人值班和少人值守，降低風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行成本。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電場(chǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；集約管理

0.引言

風(fēng)能發(fā)電因其開(kāi)發(fā)成本較低、技術(shù)較為成熟等優(yōu)勢(shì)而飛速發(fā)展[1]。然而風(fēng)資源的不確定性使得風(fēng)能發(fā)電技術(shù)較火力發(fā)電、水力發(fā)電等技術(shù)更為復(fù)雜[2]。

為確保風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須利用完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行信息進(jìn)行采集、處理及分析[3]；此外，風(fēng)電場(chǎng)大多地處偏僻，一般需多人職守，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值班和少人值守，降低風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行成本，提高風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電效益[4]。

1.風(fēng)電集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建立背景

寧夏回族自治區(qū)境內(nèi)風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，開(kāi)發(fā)潛力大[5]。中國(guó)華電集團(tuán)公司在寧夏規(guī)劃容量約150萬(wàn)KW，其中，寧東風(fēng)電場(chǎng)投產(chǎn)容量預(yù)計(jì)將達(dá)到50萬(wàn)千瓦[6]。然而，已投運(yùn)的寧東風(fēng)電下屬各風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，實(shí)時(shí)信息資源的共享性差，各系統(tǒng)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的互訪存在困難，嚴(yán)重影響了寧東風(fēng)電場(chǎng)的統(tǒng)一管理和運(yùn)營(yíng)。隨著寧東風(fēng)電場(chǎng)的快速發(fā)展，建立一個(gè)符合未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的、各系統(tǒng)無(wú)縫集成的遠(yuǎn)程集控中心平臺(tái)，并對(duì)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行統(tǒng)一的分析和管理，進(jìn)而提高寧東風(fēng)電的科學(xué)管理水平和經(jīng)濟(jì)效益顯得刻不容緩。

在此背景下，本文提出開(kāi)發(fā)寧東風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)、視頻、大批量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與交換等多種技術(shù)于一體，可對(duì)寧東風(fēng)電各風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)人值班和少人值守，對(duì)于寧東風(fēng)電場(chǎng)的集約化管理具有十分重要的意義。

2.系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及安全防護(hù)

2.1數(shù)據(jù)傳輸

遠(yuǎn)程集控中心部署在寧東風(fēng)電總部（銀川），通過(guò)總部（銀川）至下屬各風(fēng)電場(chǎng)的專網(wǎng)與以上各監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與通訊。為了保證數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的傳輸，專網(wǎng)采用雙通道，即主備用通道。

2.2硬件防護(hù)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃嚴(yán)格遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》中的技術(shù)措施，按照運(yùn)行人員操作層、中層干部控制層、高級(jí)領(lǐng)導(dǎo)決策層的原則分層，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署如圖1所示。鏡像實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和DB2數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器基于寧東風(fēng)電現(xiàn)有辦公網(wǎng)絡(luò)部署在安全三區(qū)（即管理信息大區(qū)），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離裝置與部署在安全二區(qū)的遠(yuǎn)程集控中心系統(tǒng)進(jìn)行隔離。安全二區(qū)與安全一區(qū)之間部署有硬件防火墻，實(shí)現(xiàn)了邏輯隔離。

2.3軟件防護(hù)

PI系統(tǒng)管理員通過(guò)在防火墻中設(shè)置PI服務(wù)器用戶的IP地址決定該IP地址客戶端用戶能否訪問(wèn)PI服務(wù)器，有效地保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

除了要通過(guò)防火墻的安全檢查外，客戶端用戶還需要PI系統(tǒng)管理員為其建立的賬號(hào)和口令才能夠訪問(wèn)相應(yīng)權(quán)限的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)分別通過(guò)軟硬件防護(hù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的安全性。

3.系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制功能及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采集風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)各種設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程集控中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性及可用性等處理后與各單元進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布與交換，并存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析提供支持。

3.1視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)

運(yùn)行人員可通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)攝像頭旋轉(zhuǎn)、拉伸等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)全局或局部的詳細(xì)查看。對(duì)于發(fā)生的異常情況系統(tǒng)可進(jìn)行記錄，并發(fā)出聲光告警，及時(shí)報(bào)告值班人員。

3.2生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公司下屬風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況、總實(shí)時(shí)負(fù)荷、各風(fēng)場(chǎng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷以及各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示功能采用地形圖、圖標(biāo)、列表等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)信息的表達(dá)和數(shù)據(jù)的顯示。

3.3遠(yuǎn)程控制

根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，集控中心可對(duì)各地處偏僻、無(wú)人或少人值守的風(fēng)電場(chǎng)升壓站電氣設(shè)備及風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和遠(yuǎn)方控制，對(duì)電氣設(shè)備的控制指令包括斷路器開(kāi)關(guān)的合、分，對(duì)風(fēng)機(jī)的控制指令包括啟動(dòng)、調(diào)整出力、停止、復(fù)位控制。

3.4風(fēng)功率預(yù)測(cè)

系統(tǒng)根據(jù)與風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)廠家協(xié)商確定的接口規(guī)約（規(guī)約為OPC），確保了與風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)廠家準(zhǔn)確通訊，并將風(fēng)功率預(yù)測(cè)功能完整、準(zhǔn)確的納入到遠(yuǎn)程集控中心系統(tǒng)。

3.5風(fēng)場(chǎng)綜合統(tǒng)計(jì)信息

風(fēng)場(chǎng)綜合統(tǒng)計(jì)信息完成每個(gè)電場(chǎng)的地理分布概況、電場(chǎng)總體情況、電場(chǎng)總體裝機(jī)容量、實(shí)時(shí)有功功率、實(shí)時(shí)無(wú)功功率、裝機(jī)臺(tái)數(shù)、運(yùn)行臺(tái)數(shù)、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、風(fēng)速等運(yùn)行情況的綜合監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)顯示，使生產(chǎn)管理人員及時(shí)了解風(fēng)場(chǎng)的整體生產(chǎn)運(yùn)行情況。

3.6統(tǒng)計(jì)報(bào)表與分析

系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成企業(yè)的各種生產(chǎn)報(bào)表，對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和主要運(yùn)行參數(shù)如發(fā)電量、上網(wǎng)電量、用網(wǎng)電量、風(fēng)速、溫度、廠用電率、投運(yùn)率、等效滿負(fù)荷利用等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，供用戶查詢和打印。

3.7風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與分析

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在寧東風(fēng)電總部（銀川）統(tǒng)計(jì)下屬各風(fēng)場(chǎng)的安全業(yè)績(jī)指標(biāo)、經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)指標(biāo)、生產(chǎn)指標(biāo)、自然特性指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、電能指標(biāo)、耗損指標(biāo)、運(yùn)維能力指標(biāo)，為公司績(jī)效考評(píng)和新建風(fēng)場(chǎng)設(shè)備選型提供了客觀科學(xué)的理論依據(jù)。

3.8風(fēng)電場(chǎng)對(duì)標(biāo)管理

系統(tǒng)以各風(fēng)電場(chǎng)中可利用最多小時(shí)數(shù)的風(fēng)機(jī)為最優(yōu)風(fēng)機(jī)，其余風(fēng)機(jī)以此為標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)標(biāo)。這一功能可有效找出生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程存在的不易被發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，并有針對(duì)性的提出整改措施，進(jìn)而提高寧東風(fēng)電的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

3.9風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)與分析

當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設(shè)定限值時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)生的異常情況進(jìn)行記錄，并發(fā)出告警，及時(shí)報(bào)告值班人員。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳的故障信號(hào)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)風(fēng)場(chǎng)中各風(fēng)機(jī)的故障次數(shù)、故障模式。統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以作為寧東風(fēng)電后續(xù)新建機(jī)組的設(shè)備選型依據(jù)。

3.10 FAM系統(tǒng)接入

系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性，可實(shí)現(xiàn)和華電國(guó)際的FAM接口，以及FAM系統(tǒng)的錄入和查詢。

4.效益分析

4.1提高企業(yè)的管理效率

本系統(tǒng)的運(yùn)行可有效提高風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)和運(yùn)行管理的安全性及可靠性，并大大提高生產(chǎn)效率，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證工作過(guò)程中人員的安全性。

4.2提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)《中國(guó)華電集團(tuán)公司風(fēng)力發(fā)電企業(yè)勞動(dòng)定員標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，以一個(gè)10萬(wàn)千瓦容量的風(fēng)電場(chǎng)為例（66臺(tái)1.5千瓦風(fēng)電機(jī)組），集控運(yùn)行人員按照五班制設(shè)置，定員標(biāo)準(zhǔn)：每個(gè)控制室11人。

遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)投運(yùn)后，風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)少人值守，每個(gè)控制室按照4人考慮，節(jié)約人員7人，每人年人均工資5萬(wàn)元計(jì)算，全年人工費(fèi)用約7x5=35萬(wàn)元。

由于風(fēng)電場(chǎng)地處偏僻，遠(yuǎn)離繁華市區(qū)，風(fēng)電場(chǎng)每年接送運(yùn)行值班人員的交通運(yùn)輸費(fèi)用約20萬(wàn)元；人工費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)合計(jì)：35+20=55萬(wàn)元。

華電計(jì)劃未來(lái)在寧夏投建15個(gè)相對(duì)獨(dú)立的風(fēng)電場(chǎng)，綜合考慮人工費(fèi)、交通費(fèi)、生活費(fèi)、辦公費(fèi)等開(kāi)支，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控每年可為公司節(jié)約費(fèi)用約55x14=770萬(wàn)元，隨著公司規(guī)模的擴(kuò)大，直接經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。

5.結(jié)論

（1）風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的建立可實(shí)現(xiàn)各風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分析，實(shí)現(xiàn)各風(fēng)電場(chǎng)對(duì)標(biāo)管理等高效的管理，提高風(fēng)電場(chǎng)的管理效率。

（2）集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)少人值班和無(wú)人值守，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約770萬(wàn)的費(fèi)用。 [科]

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