風(fēng)力發(fā)電場智能化集中監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電場;集中監(jiān)控系統(tǒng);智能化管理

1、引言

運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：風(fēng)力發(fā)電機組隨著運行時間的加長，機組事故發(fā)生率不斷上升。這給大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠優(yōu)化運行帶來極大挑戰(zhàn)。因此，迫切需要建設(shè)智能化運維平臺，采用科學(xué)的狀態(tài)監(jiān)測和智能化的運維管理，推動我國風(fēng)電行業(yè)的健康發(fā)展。本文結(jié)合大型風(fēng)電場智能化狀態(tài)監(jiān)控與運維調(diào)度技術(shù)，開發(fā)風(fēng)電場的智能遠(yuǎn)程集控與運維管理系統(tǒng)，為風(fēng)電運營商提供風(fēng)電場的運行優(yōu)化與智能化管理手段、實現(xiàn)風(fēng)電場的少人或無人值守管理、設(shè)備與運維人員的集約化管理，幫助風(fēng)電運營商實現(xiàn)智能、高效、低成本的運營。

2、集中監(jiān)控系統(tǒng)組成與功能

2.1集中監(jiān)控系統(tǒng)組成

集中監(jiān)控系統(tǒng)主要由風(fēng)電場子站、監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸處理平臺等部分組成。

風(fēng)電場子站包括了數(shù)據(jù)采集的設(shè)備和傳感器，如：加速度、電流、電壓、速度等傳感器相互配合可以對風(fēng)機振動情況進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測。風(fēng)電場子站采集風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組及升壓站運行數(shù)據(jù)，包括采集風(fēng)電機組、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)信息、有功功率和無功電壓控制、功率預(yù)測數(shù)據(jù)、保護(hù)及故障錄波信息和電能量計量信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù);監(jiān)控中心是面向用戶的前端，是集中監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚和處理的區(qū)域，按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則進(jìn)行設(shè)計。數(shù)據(jù)傳輸處理平臺由服務(wù)器、交換機、數(shù)據(jù)庫等組成，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)裙ぷ鳌?/p>

2.2集中監(jiān)控系統(tǒng)功能

集中監(jiān)控系統(tǒng)功能有：

1）數(shù)據(jù)采集及控制：風(fēng)機實時運行數(shù)據(jù)采集與控制、風(fēng)機振動在線監(jiān)測運行數(shù)據(jù)采集、升壓站實時運行數(shù)據(jù)采集與控制、箱變設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)采集與控制、風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功率控制系統(tǒng)（AGC/AVC）保護(hù)及故障信息子站數(shù)據(jù)采集、電能量計量信息采集。

2）設(shè)備集中實時監(jiān)控：確保風(fēng)電場的實時監(jiān)控、有效控制和安全操作，對風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和圖形化展示，數(shù)據(jù)實時性達(dá)到秒級，集控中心對風(fēng)電場現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行快速有效的控制，現(xiàn)場和遠(yuǎn)程操作過程嚴(yán)格遵循電氣操作安全相關(guān)規(guī)范，符合“五防”標(biāo)準(zhǔn)。

3）生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)的分級、分權(quán)限推送與管理：能夠?qū)崿F(xiàn)運行管理、故障處理、三票管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)統(tǒng)計、統(tǒng)計分析、物資管理、運行管理綜合查詢等功能，對各風(fēng)電場的設(shè)備、人員及日常工作等進(jìn)行智能化管理。

4）風(fēng)場及其關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行健康狀態(tài)評估：基于可靠性分析的風(fēng)電場可靠性評價體系研究?；陲L(fēng)電機組各部件的失效模式和故障間隔時間，建立風(fēng)電機組各部件的可靠性評估模型;基于串、并聯(lián)系統(tǒng)，研究風(fēng)電機組的可靠性評估模型，分析風(fēng)電機組平均故障間隔時間;研究風(fēng)電場的升壓站、集電系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)的可靠性評估模型;基于混聯(lián)系統(tǒng)，研究風(fēng)電場的可靠性評估模型和風(fēng)電場故障平均間隔時間，建立風(fēng)電場可靠性評價體系，對整風(fēng)場及其關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行健康狀態(tài)評估，給出健康狀態(tài)評估等級。

5）風(fēng)電設(shè)備故障預(yù)測：基于風(fēng)電場不同風(fēng)電設(shè)備的多時間尺度狀態(tài)信息的統(tǒng)一監(jiān)測與信息融合技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備/風(fēng)電場/風(fēng)電場群的統(tǒng)一實時狀態(tài)集中監(jiān)控與狀態(tài)診斷，為風(fēng)電場的智能化故障預(yù)警、優(yōu)化運行與維 護(hù)決策提供數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)支撐。綜合利用風(fēng)電場 SCADA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)、風(fēng)電機組關(guān)鍵部件的振動與油液在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、離線點檢數(shù)據(jù)、風(fēng)電場升壓站與環(huán)境監(jiān)測等監(jiān)控數(shù)據(jù)，開發(fā)異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲技術(shù)，建立風(fēng)電場統(tǒng)一的歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫，與風(fēng)電設(shè)備的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)庫一起共同構(gòu)建風(fēng)電場的統(tǒng)一監(jiān)管數(shù)據(jù)庫，據(jù)此研究開發(fā)風(fēng)電場群的集中監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備/單風(fēng)場/風(fēng)電場場群的實時狀態(tài)集中監(jiān)測與控制;在此基礎(chǔ)上，研究基于多時間尺度和多空間維度的風(fēng)電設(shè)備故障特征提取及狀態(tài)診斷新技術(shù)，并拓展到風(fēng)電場的升壓站以及輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)融合方法的具有自學(xué)習(xí)能力的“風(fēng)電設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)控與狀態(tài)診斷”。

3、集中監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的方式，提供方便靈活的接口。提供的系統(tǒng)權(quán)限管理子系統(tǒng)，支持系統(tǒng)管理員進(jìn)行用戶權(quán)限劃分，權(quán)限級別控制使用者訪問系統(tǒng)的能力及其操作控制范圍。

系統(tǒng)包括實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)三大模塊，如圖1所示。實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由風(fēng)電場就地完成機組、 升壓站、測風(fēng)塔等風(fēng)電場設(shè)備的所有實時數(shù)據(jù)的采集、存儲和發(fā)送;實時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控中心所在地，實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有風(fēng)電場數(shù)據(jù)的匯集、實時監(jiān)測、故障報警和關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程控制;生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控中心所在地，包括生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、報表自動生成、遠(yuǎn)程信息發(fā)布等和風(fēng)電安全生產(chǎn)相關(guān)的功能。

3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由商用數(shù)據(jù)庫和自行開發(fā)的實時數(shù)據(jù)庫兩部分組成。實時數(shù)據(jù)庫常駐內(nèi)存，支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速訪問和處理;實時數(shù)據(jù)庫支持冗余雙服務(wù)器熱備用機制，冗余服務(wù)器之間自動地保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。商用數(shù)據(jù)庫采用目前國際上流行的、支持 ANSI—SQL 訪問的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫 Oracle， 主要用于歷史數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫模式建立以及對外部系統(tǒng)的訪問接口。

4、集中監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用實況

該集中監(jiān)控系統(tǒng)在各風(fēng)電場進(jìn)行了應(yīng)用。系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求。系統(tǒng)具有風(fēng)電場風(fēng)機振動監(jiān)測、齒輪油液監(jiān)測、風(fēng)電機組運行告警記錄及機組健康狀況評估等功能。如圖2為風(fēng)機機組齒輪箱油液信息界面，由圖表分析得“油品監(jiān)測理化性能指標(biāo)良好，磨損未見大顆?！毙畔?。

本文基于 MVC 架構(gòu)模式和軟件模塊化開發(fā)手段，建立了支持多種異構(gòu)系統(tǒng)和電力二次系統(tǒng)常見通信規(guī)約的可動態(tài)組合的集控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別獨立開發(fā)了風(fēng)電場實時狀態(tài)監(jiān)控、風(fēng)電設(shè)備故障預(yù)測預(yù)警、風(fēng)電設(shè)備可靠性分析、風(fēng)電場智能優(yōu)化運行、風(fēng)電場群智能化運維管理、風(fēng)電場群檢修資源統(tǒng)籌調(diào)度管理等功能模塊，最終通過模塊化組合成為大型風(fēng)電場智能化狀態(tài)監(jiān)控與運維調(diào)度系統(tǒng)。

隨著國家對清潔能源的需求不斷提高，在解決風(fēng)電場管理、降低運行和維護(hù)成本的問題上，建設(shè)集中監(jiān)控系統(tǒng)將是風(fēng)電場智能化管理的必由之路。

作者簡介：

楊興旺（1987-），男，重慶大足人，工程師，從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)運維和項目建設(shè)管理等工作。