风电场远程监控系统

风电场远程监控系统（共6篇）

风电场远程监控系统 篇1

能源是现代社会和经济发展的基础。随着经济的发展, 对能源的需求也越来越大。风力发电是一种可再生绿色能源, 已经成为解决世界能源短缺的重要途径之一。但由于风力发电本身具有随机性的特征, 使得风力发电有别于火电、水电, 显得更加复杂, 这就需要一套完整的数据采集与监控系统对风力发电机参数进行全程跟踪。

远程监控是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制, 能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。

风电场除了单机进行监控和风电场集中监控外, 还需要进行整体范围的远程监控, 如某风电企业具有许多运营的风电场, 而这些风电场分布在不同的区域, 风电企业总部需要了解各个风电场的运行情况, 使用普通的Internet远程登录访问很有可能造成泄密和黑客攻击, 给公司带来巨大的损失, 而租用专用通信线路投入费用和运行成本较高, 降低了市场竞争力。此外, 相关的经过授权的业务伙伴 (如供电公司等) , 也可以访问风电场参数, 这时普通的网络就显得捉襟见肘。

针对传统网络以上缺点, 采用虚拟专用网络 (Virtual Private Network, VPN) 是最好的选择。

1 工程背景

河北建投新能源有限公司目前拥有9个运营风电场, 地区分布在张家口、承德、沧州等地。不仅布局分散, 而且风电场所处环境十分恶劣。若管理者对各风电场进行实地巡查, 至少需要1个月, 不仅耗费人力、物力, 还浪费大量时间。作为一个现代化管理模式的公司, 必须寻求找到一个解决方案, 继而风电场远程监控系统被提上日程。

风电场远程监控系统利用最先进的计算机技术, 按照一体化、平台化、构件化思想建立风电企业生产信息化管理平台, 在最先进的企业生产集成管理系统基础上, 按照风力发电企业行业特征实现对风电场运行、检修、报表、辅助决策的信息化管理。

2 虚拟专用网

VPN即虚拟专用网络, 使用公共通信网络来代替专用的企业专用网, 并保证通信数据的保密性。

其原理为需要进行机密数据传输的2个端点均连接在公共通信网上, 当需要进行机密数据传输时, 通过端点上的VPN设备在公共网上建立一条虚拟的专用通信通道, 并且所有数据均经过加密后再在网上传输, 这样就保证了机密数据的安全传输。通过VPN, 授权的业务伙伴就可以在授权范围内使用公司内部的数据, 实现数据的安全交换。VPN具有费用低、保密性、私有性特点。

VPN的实现技术是隧道技术, 是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。隧道协议可以将需要在公共通信网络中传递的不同协议的数据报或帧进行重新打包封装, 新的包头中包含了路由信息, 从而能在混乱的公共网络中安全稳定的传输。

风电场主监控机和Internet远程访问计算机就是构建于Internet的VPN网络。

3 远程监控系统设计

风电场远程监控系统具有以下功能: (1) 风电场风机运行参数的监控, 如发电量、实时功率等; (2) 风电场风速、发电量和功率等实时数据曲线查询和历史数据查询; (3) 生成风电场日报表、月报表、年报表功能, 并提供打印功能; (4) 查询升压站一次接线图各个开关量的参数。如电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数等; (5) 支持Internet远程访问操作。

风电场远程监控系统的设计包括3个部分: (1) 风电场本身采集数据; (2) 采集完数据后进行传输; (3) 传输完毕后, 通过web页面进行访问。

3.1 风电场数据采集

风电场远程监控系统在各个风电场设立工作站, 采集及保存、分析各个风场的运行数据, 并负责传输到公司建立的大型实时数据库。风电场远程监控系统的职能是对风力发电机和升压站电气设备运行进行状态监测。

基于OPC的数据采集系统设计:OPC (OLE for Process Control) 新技术标准的出现为数据采集接口和现场过程控制DCS系统应用建立了桥梁。

根据风力发电控制要求、现场总线的特点及分离发电机运行的现场环境, 构成风力发电机网络通讯拓扑图, 如图1所示。

3.2 通过VP N技术传输数据

通过以太网利用VPN方式实现连接, 该连接方式是利用现有的网络, 在中央与远程监视计算机上各安装一套VPN设备, 两端同时连接到以太网上, 通过以太网建立VPN网络连接。该连接方式的数据安全性较低, 但由于数据是通过以太网传输的, 因此费用较低。

在数据安全性方面, 因VPN技术对所有的数据流量均经过加密和压缩后才在网络中传输, 这就给用户信息提供了一定安全性保证。在通讯两端安装防火墙设备, 以防止病毒和其他一些有害信息对监管系统的破坏, 进一步提高系统的安全性。

在配置网关之前, 需要配置一台电脑, 配置电脑之前需确定该电脑的网页浏览器能正常使用, 然后把电脑与VPN设备连接在同一个局域网内, 通过网络对设备进行配置。

VPN网络的建立, 不仅可以解决风电场风机信息传输瓶颈问题, 而且降低了整个风场的营运费用, 提高了整个企业的管理效率 (图2) 。

3.3 基于We b的远程监控系统

课题所设计的基于Web的监视系统主要采用基于Active X以及OPC等技术, 实现对风电场风机现场信息基于B/S模式的远程监控。远程用户可以通过Web浏览器从Web服务器和现场代理服务器得到工业现场的历史数据和实时数据, 了解现场的实际情况以达到监视设备运行的目的。

3.3.1 监控系统主界面

系统首页面显示概要信息和各个风电场的综合数据信息, 数据每5 s自动刷新一次, 红色表示与各个风场的数据库未连接, 绿色表示成功连接 (图3) 。

3.3.2 各个风电场的信息

将风场各个风机进行动态显示, 红色表示风机停止旋转, 黑色表示风机进行旋转。并在各个风机的右侧显示风机的实时功率、风速和可利用率。这样对风场各个风机整体都能有所了解 (图4) 。

3.3.3 进行数据查询

可以对各个风电场的实时风速、功率等进行查询 (图5) 。

3.3.4 升压站数据

通过web页面形式, 风电场升压站数据通过一次接线图将数据传送给服务器, 通过电气一次图可以清晰地看到各个开关的运行状态及该开关的测量值, 如电流、相间电压、有功功率、无功功率等 (图6) 。

3.3.5 生产报表

远程监控系统具有独立的报表功能, 系统将报表自动转换成excel格式 (图7) 。

3.3.6 运行效果

风电场远程监控系统以计算机网络工程建设为基础, 以生产应用集成软件为核心, 企业通过应用集成软件建设, 为生产管理、设备检修、生产运行提供及时准确的信息决策支持。

河北建投新能源有限公司目前有7个风电场已经接入到风电场远程监控系统。目前风电场管理系统主要以风电场生产管理为基础, 全面实现数据共享, 为完成公司的各项任务提供及时、完整、准确的信息服务, 帮助公司提高现代化管理水平。

可见, 科学地建立风电场远程监控系统, 对于公司的管理、发展起到非常重要的作用。

4 结语

风力发电行业在中国方兴未艾, 发展前景光明。风力发电远程监控系统是风电行业一项重要的技术。基于VPN技术的风电场监控系统在Internet上实现安全互访, 从而实现风电场运行状态的远程监控, 大大降低了网络建设成本, 且安全性好、操作简单、方便直观, 具有良好的应用前景。

摘要：介绍一种基于VPN技术的风电场远程监控系统, 给出了该监控系统的基本架构和组成部分, 展示了基于组态软件开发的Web页面监控软件。该远程监控系统对实现风电场现代化管理具有重要的实际意义。

关键词：VPN技术,风电场,远程监控

参考文献

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风电场远程监控系统 篇2

风能作为一种清洁的可再生能源,蕴藏量巨大,分布面广,开发利用潜力巨大,越来越受到世界各国的重视[1]。随着中国清洁能源战略的实施,风电场的建设和发展进入到一个快速增长期,风电场的数量和规模都大幅度增加。

然而,由于风电场的选址由地理条件和气候条件所决定,因此,风电场的分布非常分散,大多处于偏远地区,环境条件较差,覆盖区域大,风电场之间的距离可能非常遥远[2,3],这在一定程度上制约了风电集团公司的远程集约式管理。随着计算机技术、通信技术、控制技术和传感技术的进步[4],在风电集团公司的控制中心建立风电场群的远程集中数据采集与监控(SCADA)系统已经具备必要的技术条件,能够实现风电场群日常运行的集中监控、统一调度和管理。

文献[5,6,7,8]基于IEC 61400-25标准对风电场监控系统的架构、通信安全、集成服务模型和风电设备信息模型提出了具体解决方案;文献[4]应用虚拟专用网络(VPN)技术设计了一种基于互联网的风电SCADA系统框架;文献[9]提出了采用无线局域网作为风电场监控系统通信线路的系统实现方案。以上文献均把研究重点放在单个风电场的监控通信标准和通信方式上,没有对风电场群的远程集中SCADA系统进行论述。

本文以传统电力调配一体化系统为基础,结合风电场群远程集中SCADA系统的要求和特点,设计了风电场群远程集中SCADA系统(后面在不产生混淆情况下简称为系统)的总体架构,重点探讨了如何在模型、数据及功能上对传统电力调配一体化系统进行改进和扩展,从而实现风电场群远程集中SCADA系统。

1 系统架构设计

风电场群远程集中SCADA系统的整体架构设计如图1所示。

系统位于风电集团公司控制中心,由数据服务器、前置服务器、应用服务器、Web服务器、网关服务器、工作站、打印机、全球定位系统(GPS)以及安全隔离装置(防火墙)等组成,与多媒体视频终端系统、气象数据系统以及生产管理系统一起共同实现了集团公司对风电场群运行生产的统一监控、统一调度和统一管理。

数据服务器负责数据的处理、存储;前置服务器负责风电场上送数据的采集;应用服务器负责系统各种应用功能的后台处理;Web服务器负责系统信息的互联网发布;网关服务器负责与多媒体视频终端系统、气象数据系统和生产管理系统进行数据交互处理;工作站分为监控工作站、维护工作站、应用工作站,负责实现系统的实时监控、管理维护以及功能应用的人机交互;打印机负责各种信息(如报表、图形等)的打印;GPS负责给系统提供准确的时间信息;安全隔离装置(防火墙)负责不同区域之间信息流通的安全隔离。

不同于图1所示的单网络、单服务器系统结构,实际系统多采用双网络、双服务器模式。双网络能够实现网络流量的动态平衡分流;双服务器采用热主备方式,可保证系统的高可靠性。由于每个风电场通常隶属于不同电网调度,如长江新能源公司的响水风电场属于江苏省电网调度,慈溪风电场属于浙江省电网调度,而控制中心所在的上海电网则没有调度任何风电场的权力,因此系统接收的电网调度命令是经各个风电场转发给控制中心的。

2 模型

2.1公共信息模型(CIM)和IEC 61400-25标准模型简介[10,11,12]

CIM是一个抽象模型,描述了电力企业的所有主要对象,特别是那些与电力运行有关的对象。其中,IEC 61970-301给出了CIM扩展导则:①向已有类中增加属性或属性值;②利用继承和关联关系增加新类;③如果扩展了新的应用领域,还可以增加新包。CIM扩展遵循的原则是最大可能地重用现有CIM。

IEC 61400-25标准是IEC 61850标准在风电领域中的延伸,其中IEC 61400-25-2部分定义了风电场监控通信特有设备的信息模型。风电机组包括风轮(WROT)、传动系统(WTRM)、发电机(WGEN)、变流器(WCNV)、机舱(WNAC)、偏航系统(WYAW)、塔架(WTOW)和变压器(WTRF)等逻辑节点。

2.2 系统模型扩展

传统电力调配一体化系统是基于IEC 61970 CIM建立模型[13],但是现有CIM中没有对应的风电场特有设备(风机和气象塔)的模型,因此必须对现有CIM进行扩展。

在模型扩展过程中,遵循CIM的扩展导则和原则,并且确保与传统电力调配一体化系统已有模型及设备层次不发生冲突,这样能够通过最小程度地修改调配一体化系统模型来建立满足风电场群远程集中SCADA系统要求的模型。

风电场是一组设备的聚合,类似于CIM中Substation类,从EquipmentContainer类派生WindPlant类描述风电场。每个风电场通常拥有1座或多座气象塔,在每座气象塔的若干不同高度(称为气象通道)上监测该高度的气象信息。设计WindMeterTower类和WindMeterChannel类,分别由Equipment类和PowerSystemResource类派生,描述气象塔和气象通道;设计WindGenerationUnit类,从GeneratingUnit类继承,描述风电场经济调度中的风电机组[14];设计WindGridDispatchCurve类,从CurveSchedule类继承,描述风电场电网调度曲线。

由于IEC 61400-25标准中对风机有详细的节点模型描述,因此,在设计风机相关的CIM扩展类时完全可以借鉴引用。设计WindTurbineMover类,从PrimeMover类派生,描述把风能转化为驱动WGEN的机械能的WROT和WTRM;WGEN、WCNV和WTRF共同实现将机械能转化为某电压等级的交流电能,其本质就是同步发电机或异步发电机;参照CIM中已有的同步电机模型,从RegulatingCondEg类派生AsynchronousMachine类描述异步发电机[14]。从Equipment类派生WindNacelle类、WindTower类、WindYawing类,分别用来描述WNAC、WTOW和WYAW。从Equipment类派生WindTurbine类用来描述风机整体。从CurveSchedule类派生WindTurbine PowerCurve类和WindTurbinePowerForecast Curve类,分别描述风电机组功率曲线和功率预测曲线,其中,风电机组功率曲线包括理论功率曲线和实际功率曲线,通过类属性进行区分。

图2显示了系统扩展的设备模型的层次结构,可以看出与传统电力调配一体化系统的设备模型层次结构完全一致。

将系统扩展类统一置于Production包中,具体关系见图3。

3 数据

与传统电力调配一体化系统相比,风电场具有以下特点:①风电场数据因受气象因素的影响,具有瞬变性;②风电场风电机组含有大量不同的多态数据;③单个大型风电场的数据量很大。

风电场群远程集中SCADA系统通过对采样周期内的数据不间断地滑动平均,以周期平均值作为历史数据,克服了传统电力调配一体化系统历史数据采样模式(采样时刻瞬时值代替采样周期值)导致的周期历史数据因数据瞬变而失真的问题。

应用归类化技术,采用特定的分类标准对数据进行分类处理,成功化解了因多态数据影响系统统一应用的问题。

大型风电场数据通常是海量级,如果系统不进行特殊处理,不仅影响系统应用的响应速度,而且系统有用的信息会淹没在数据海洋之中,因而制约系统的高级应用。采用当今成熟的数据挖掘技术,对海量数据应用筛选、甄别、统计、归纳等手段,获取其中有用的数据,从而实现这些数据的高级应用,全面提高系统的智能化水平。

4 功能

传统电力调配一体化系统的SCADA部分实现了风电场群远程集中SCADA系统的基本功能,包括数据的采集、处理、存储、监视和发布、控制、报警、画面及曲线显示、数据统计及计算、报表打印、权限管理。系统还利用传统电力调配一体化系统的高级应用(如拓扑分析、状态估计、潮流计算、无功优化功能)提升风电场SCADA水平。针对系统的特殊应用场合,系统扩展和开发了新的功能来满足实际需要。

系统增加了安全批控功能,能够一次操作同时下发对多台风电机组的启停机、限发电、复位、偏航或调桨控制。

针对风电机组类型数远远少于风电机组数的情形,系统在图形和曲线应用中采用了模板类技术,同一类型的所有风电机组共用相同的图形或曲线模板,显示时根据传入的风电机组唯一性标识就能显示相应风电机组的图形曲线,大大减少了图形曲线绘制和维护工作量。

系统中的风电功率曲线实现了以下2种功能:一是对比某时间段内风电机组的理论功率和实际输出功率随风速变化情况,获取风电机组的实际发电能力与理论发电能力的差别;二是比较相同风速下风电机组不同阶段的实际输出功率,了解风电机组发电能力随时间的变化特性。风速/风向玫瑰图直观展现了统计时间段内各方向(系统采用16方位)风速/风向发生频率大小的风资源情况,为风电场的扩建和系统发电检修计划的制定提供科学依据。系统后台服务每天定时对昨日原始风速/风向、功率采样数据进行预统计分析生成二次数据,风电功率曲线和风速/风向玫瑰图直接应用这些二次数据,加快了功能的响应速度。

经济调度是系统为实现风电场最优运行而开发的一项新功能。由于当前电网调度中心对风电场调度的对象是整个风电场,如何安排风电场内风电机组的发电出力计划由风电场自身决定。系统借助生产管理系统的设备成本数据,利用潮流分析和无功优化高级应用,结合当前风电场设备状态,按照无功补偿装置投切数最少、网络损耗最低、发电风电机组最少、单位发电成本最低的综合原则制定合理的出力计划。

由于风电具有很强的随机性,当风电穿透功率超过一定值后,会严重影响电能质量和电网稳定运行。系统利用自身的历史气象数据和功率数据,结合气象数据系统提供的未来气象信息,综合应用多种预测模型(如基于人工神经网络、支持向量机等统计方法的风电功率预测模型;基于线性化和计算流体力学的物理方法预测模型)开发了风电功率预测功能,进行短期、中期(1 h～2 d)风电场出力预测,然后把预测结果经风电场转送至电网调度控制中心,利于调度部门的统一调度。

风电场群远程集中SCADA系统与多媒体视频终端系统通过联合控制,实现了远程控制达到就地操作的效果。当系统需要对风电场的某区域或设备进行遥控时,首先向多媒体视频终端系统下达命令,让其控制风电场中相应的摄像头进行方向和焦距调整,以便在控制中心能够清晰地观察控制区域或设备的执行过程及结果。

5 应用

长江新能源开发有限公司现有响水和慈溪2个风电场,分别拥有137台和33台风电机组。2个风电场之间相距遥远,均位于偏僻的海边,交通条件差,自然环境恶劣,风电场值守人员生活工作极其不便利,公司无法对风电场进行集中统一运营管理。

通过在上海控制中心建设运行风电场群远程集中SCADA系统(附录A图A1、图A2、图A3展示了系统运行部分的截图),公司实现了对下辖的每个风电场的远程实时监控、调度和管理,提高了公司集中运行管理水平,同时实现了风电场的无人值守。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：随着国家清洁能源战略的实施,风电场的数量和规模都快速、大幅度增加。同时,由于各种新型技术的进步,风电场群远程集中数据采集与监控(SCADA)系统的建立具备了必要的技术条件。以传统电力调配一体化系统为基础,参照公共信息模型(CIM)和IEC61400-25标准,通过对其模型、数据和功能方面的改进和扩展,实现了风电场群远程集中SCADA系统,并在长江新能源开发有限公司上海控制中心得到成功应用。

风电场远程监控系统 篇3

随着风电行业的不断发展, 风电场对监控的功能要求增多, 从而对监控网络的可靠性要求也越来越高。

然而, 出于成本等多方面因素的考虑, 大量的风电场监控网络采用的是使用二层交换机的单核心网络设计。这种网络的特点是简单、成本低, 但缺点也是显而易见的:一旦核心交换机出现问题, 整个风电场网络就完全瘫痪, 丝毫没有冗余可言。监控系统不能监控风机运行状况, 整个风电场将处于无监控状态。因此, 使用一种简单、有效可提高网络稳定性的改造方式就越发体现出其价值来。

1 风电场网络状况

1.1 典型的风电场组网模式

典型的风电场SCADA系统由变电站、风电机组、远程接口单元 (RIU) 、现场通信网络、SCADA现场服务器、现场工作站、远程客户端等组成。风电场设备网络连接如图1, 风机的各种运行数据通过PLC连接到风机环网交换机, 一般10-20个风机环网交换机加一个中控室环网交换机组成一个光纤环网, 根据风机数量不同, 每个风场有若干个光纤环网, 光纤环网的中控室交换机通过以太网网线连接到核心交换机, 服务器、工作站、路由器等网络设备也连接到核心交换机上, 从而构成一个整体的网络结构。

1.2 单核心交换机隐患

这种单核心交换机连接方式简单、成本低、容易实现, 但在这种情况下, 一旦核心交换机发生故障, 则整个网络中断, 用户不能及时掌握风机运行状况, 将造成风机停机甚至是安全事故。如果能够对核心交换机进行冗余备份, 当一台核心交换机发生故障时, 网络能通过另一台交换机继续获取风机运行数据, 则可以大大提高监控网络的稳定性。

2 双交换机热备份实现难点

双交换机热备的主要难点是要防止交换机形成环路。在交换的网络中, 当交换机接收到一个未知目的地址数据帧时, 交换机的操作是将这个数据帧广播出去, 在这样的物理环路的交换网络中, 就会产生一个双向的广播环, 甚至产生广播风暴, 导致交换机死机等故障发生。在实验中, 设计连接方式如图2。核心交换机与中控室环网交换机均为二层交换机, 按图将网络连接后发现整个网络通讯中断, 分析原因为两个核心交换机与两个中控室环网交换机之间形成了环路, 产生的广播风暴堵塞了网络。通过对核心交换机与环网交换机进行设置也不能解决环路问题。

3 双机热备解决方案

3.1 使用三层交换机做核心交换机

目前使用的双机热备方式一般用两个三层交换机作为核心交换机实现双机热备方式, 用三层交换机中的生成树、VRRP (虚拟路由冗余协议) 等协议来防止交换机环路的产生, 如:用H3C S5800-23C、RG-6806、LE0KS9303等型号的三层交换机做核心交换机, 这种实现方式因为是使用三层交换机做核心交换机, 所以价格高昂且原来网络的二层核心交换机也要废弃。另外, 三层交换机进行双机热备需要进行设置, 其设置也比较麻烦。

3.2 针对风电场网络的双机热备方案

3.2.1 网络连接方式

针对图1风电场这种典型的连接方式, 可以在原来设备不动的基础上再增加一个二层的核心交换机, 每台连接的电脑增加一块网卡及几条网线就能满足双交换机热备的要求。图3为锦州老龙口风电场核心交换机冗余备份改造连接示意图, 中控室环网交换机先串联起来, 再把中控室环网交换机1接到核心交换机1上, 中控室环网交换机3接到核心交换机2上, 服务器、工作站分别与核心交换机1、核心交换机2连接, 这样就避免了环路的产生。

3.2.2 服务器双网卡绑定

双网卡绑定, 就是通过软件 (如:NIC Express, Inter Proset等) 将两块网卡绑定为一个IP地址, 做负载均衡设置, 许多高档服务器网卡 (例如intel8255x系列、3COM服务器网卡等) 都具有多网卡绑定功能, 可以通过软硬件设置将两块块网卡绑定在同一个IP地址上, 使用起来就好象在使用一块网卡, 双网卡绑定可以形成网卡冗余阵列、分担负载, 双网卡被绑定成“一块网卡”之后, 同步一起工作, 对服务器的访问流量被均衡分担到两块网卡上, 保证了服务器访问的稳定和畅快, 当其中一块发生故障的时候, 另一块立刻接管全部负载, 过程是无缝的, 服务不会中断, 直到维修人员到来。

3.2.3 服务器的工作机制

在各设备正常的情况下, 服务器上的通讯软件通过服务器的两个网络端口定时向各风机PLC发送传输数据请求, 这个数据包默认通过网卡1、网卡2发送到核心交换机1、核心交换机2, 核心交换机1、核心交换机2收到这个请求的数据包, 它先读取包头中的源MAC地址, 这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的, 再去读取包头中的目的MAC地址, 并在地址表中查找相应的端口, 如表中有与这目的MAC地址对应的端口, 把数据包直接复制到这端口上, 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上, 当目的机器对源机器回应时, 交换机又可以学习目的MAC地址与哪个端口对应, 在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了, 同理这个数据包经过中控室环网交换机、各光纤环网最后发送到各风机PLC上;对应的风机PLC在接到服务器发来的请求后将数据发送到服务器。

3.2.4 通讯线路故障时网络通讯的切换

3.2.4.1 核心交换机故障时网络通讯的切换

当核心交换机1 (或网卡1、网线1) 发生故障, 网卡绑定软件通过对网络的自动检测会检测到网卡1方向的网络有故障, 网卡2接管网卡1的所有工作, 这时风机数据会全部经核心交换机2、网卡2传送到服务器。

同样当核心交换机2发生故障, 网络会自动切换到核心交换机1线路, 来保持网络的正常通讯。

3.2.4.2 中控室环网交换机故障时网络通讯的切换

当中控室环网交换机1发生故障时, 除环网1中的风机不能通讯外, 环网2与环网3的风机数据分别通过中控室环网交换机2与中控室环网交换机3, 经核心交换机2、网卡2传送到服务器。

当中控室环网交换机3发生故障后, 环网2与环网1的风机通过核心交换机1与服务器继续通讯。

当中控室环网交换机2发生故障后, 环网1与环网3中的风机分别通过核心交换机1与核心交换机2与服务器继续通讯。

3.2.5 实验测试

将某风电场设备按图3连接, 设置好网卡绑定 (网卡绑定软件为NIC Express) 后, 网络工作正常;分别断开核心交换机1与核心交换机2后, 网络通讯正常;分别断开网线5与网线6, 网络照样通讯正常。经验证此种双机热备方式能提高网络稳定性。

4 结语

风电场的双核心交换机热备方式使用的都是二层交换机作为核心交换机, 是一种不依赖生成树协议 (STP/RSTP) 的快速智能冗余切换的方法, 原来的二层核心交换机可以继续使用, 因此, 改造费用少, 连接简单、可靠, 并且不涉及到核心交换机的设置, 容易实现, 是一种行之有效的提高网络稳定性的方法。

摘要：在重要的通信与控制设备中, 为了确保系统的稳定, 通常在其内部都使用了备份和冗余网络。本文从实际情况出发, 针对风电场监控网络连接方式提供了一种简单、经济、实用的网络整改方案, 在原有网络的基础上少量投入, 组成冗余网络, 从而提高了系统的稳定性。

关键词：风电场,核心交换机,冗余备份,光纤环网,网卡绑定

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风电场远程监控系统 篇4

随着互联网技术的不断发展, 3G无线网络已经成为中国主流的无线通讯方式, 以电信3G网络为例, 其网络覆盖率较高, 在广大的山区和农村也均设有基站, 而且成本较为低廉[3]。因此可以充分利用其网络资源, 结合工业设备的具体通讯要求, 实现风力发电机组的远程数据采集功能, 此方案成本低、回报率高, 以很低的成本就可以实现大范围的风电机组的监控与数据采集功能。

1 系统的整体架构设计

为了更好的进行数据采集与风场管理调度本系统将遵循分层控制、统一调度的原则, 分为3层结构:远程数据采集层、网络通讯层和现场控制层如图1所示。

1.1 远程数据采集层

远程数据采集层主要接受网络通讯层上传的机组各项参数, 操作人员根据各项参数判断机组运行状态、做出控制管理决策、调度各台机组发电量。此外, 数据采集软件应具有完善的历史运行记录和故障记录, 为运行维护人员的维护和检修工作提供详实可靠的依据。

1.2 网络通讯层

网络通讯层作为远程数据采集层和就地控制层的通讯桥梁, 利用3G无线网络技术, 实现风电机组和远程数据采集软件的数据交换。

1.3 现场控制层

现场控制层主要指风电机组控制系统, 控制系统监测机组的运行状态、故障报警等关键参数, 并将机组的关键参数如风速、转速、功率、桨距、故障信息等通过网络通讯层向远程数据采集软件实时发送, 监控人员即可在数据中心内监视到各台机组的运行状态和重要参数[4]。

2 系统的硬件设计

根据上述系统架构, 本系统硬件主要由3部分组成, 即远程数据采集计算机, 网络传输模块, 风电机组本地控制器如图2所示。

在远程数据采集中心, 本系统选用一台工控计算机, 安装Windows 7操作系统, Visual Studio 2010软件;此工控机通过光纤接入互联网, 并必须具备独立的公网IP, 每台风力发电机组通过查找服务器端的IP地址, 利用TCP/IP通讯协议, 定时将机组各项数据发送到数据中心的服务器中, 发送周期和发送的数据内容可根据用户的需求来设定。

在风电机组就地控制层中, 以本公司设计生产的1.5MW风力发电机组为例, 该型机组的本地控制系统程序布置在风电机组塔底控制柜内的工业平板电脑上, 需要在工业平板电脑上连接无线网卡来实现远程通讯功能, 本系统选用中国电信3G无线网卡, 在较好的网络条件下能够达到2Mb/s的速率, 在较差的网络条件下也能达到150Kb/s, 由于风电机组传输的数据仅为字符型或数字型数据, 没有图像、音频、视频等大文件, 因此传输速度完全满足功能要求。

3 系统的软件设计和开发

3.1 远程数据采集软件的设计和开发

数据中心的工控计算机, 作为系统的服务端, 必须具备独立的公网IP地址, 远程客户端需要利用Socket通讯控件和传输协议来寻找该服务器的地址和端口号, 定时向服务器发送数据[5]。

此软件采用Visual studio 2010软件开发, 主要有图形界面和通讯代码2部分组成, 图形界面部分如图3所示, 在此界面中, 各文本控件对应风电机组的各项参数, 控件中显示的数字即为风电机组实时传输的各项参数值。

通讯代码部分的主要功能是实现与风电机组控制系统的网络通讯和数据交换, 是该软件的核心部分, 主要程序代码如下:

3.2 风电机组的远程通讯软件设计

风电机组远程通讯软件包含于单台风电机组控制系统中, 控制软件采用微软Visual studio 2010软件开发, 通过数据总线和信号采集卡实时采集机组的各项参数, 如风向、风速、发电机转速、输出功率、发电机温度等, 远程通讯程序为机组控制软件的功能组件, 将上述参数进行处理, 并实现远程数据传输功能, 本文仅针对远程通讯程序部分进行阐述。

在远程通讯软件中, 利用Vis u a l studio 2010软件, 使用Socket控件, 可以实现基于TCP/IP协议的远程通讯功能, 通过互联网来访问远程数据中心工控计算机。每台风电机组作为客户端, 定时向数据中心工控机发送数据, 主要的通讯程序代码如下:

此段代码可以实现单台风电机组向远程计算机数据的发送, 如果有多台风电机组, 可在远程计算机软件编制不同的终端号, 每台风电机组远程通讯软件可查找特定的远程计算机终端号来实现多台风电机组对一台远程计算机同时发送数据的功能, 从而实现整个风场的远程数据采集和监控功能。

4 系统的测试和使用

在远程数据采集软件和机组远程通讯软件开发完成后, 系统需要进行测试, 首先测试机组工控机通过3G网卡是否能接入互联网, 再成功接入互联网后, 即可向远程数据采集软件发送数据。然后打开远程数据采集软件如图4所示。该软件接收了来自风电机组的各项数据, 如风速、转速、功率、桨距角等数据, 并可将数据储存并形成历史记录, 远程数据采集软件保存的风电机组的运行历史数据如图5所示。

5 结语

本文提出并研究了基于3G无线网络技术的风电机组远程数据采集的新方法, 并设计了风场远程监控系统且投入使用。经实验证明, 利用3G无线网络实现风电机组远程数据采集, 具有系统简单可靠, 功能完备, 灵活性高的特点, 能满足风电机组跨地区, 长距离的监控要求。

摘要：文章提出一种基于3G无线网络来实现风电机组远程数据采集的方法。结合风力发电机组环境特点和运行要求, 利用Visual Studio 2010软件, 设计开发适用于该数据采集系统的软件, 实现机组各项参数的远距离实时采集, 顺利实现了风电机组长距离跨地区的实时监控。

关键词：3G无线网络,风电机组,远程数据采集,Visual Studio 2010

参考文献

[1]张向锋, 王致杰, 刘天羽.一种风力发电远程监控系统的研究[J].电气技术, 2009 (8) .

[2]陈艳艳, 尹少平, 王灵梅.风电远程监测与诊断系统数据通信研究[J].华东电力, 2012 (1) .

[3]王瑞闯, 林富洪.风力发电机在线监测与诊断系统研究[J].华东电力, 2009 (1) .

[4]叶剑斌, 左剑飞, 黄小鉥.风电场群远程集中SCADA系统设计[J].电力系统自动化, 2010 (23) .

风电场远程监控系统 篇5

随着计算机网络技术日益发展,其在各行各业中发挥的作用也日显突出,在风电产业中也不例外。风电场的远程监测正是利用日益发达的互联网技术来实现远程客户端对风电场内网风机等设备的监测。同时,网络安全问题不容忽视,既不能使任意的远程站点都能访问风电场内网,又要有健壮的网络体系足以抵御非法用户的攻击。由此可见,从安全和节约网络资源角度考虑,风电场网络应该采用一种内部局域网,其对外网而言是一种隐形的网络[1,2]。支持远程监测的风电场网络体系架构应具有以下特点:

a.统一性高,针对距离相距甚远的风电场中不同风机机群的各种设备,实现统一调度、监测[3];

b.安全性强,既可以实现特定客户端站点对风电场网络的访问,又可以有效防御黑客等不法用户的攻击[4];

c.冗余性强,当现有网络体系中的设备出现故障时可以过渡到备份设备恢复正常通信,保障监测系统可靠运行。

本文以风电场SCADA系统[5]为基础,利用VLAN、NAT、ACL、VPN等先进的网络技术,在现有Interne公众网基础上,成功实现远程用户可以无需任何特别的软件就能够通过标准的Web浏览器访问风电场的SCADA系统,从而对风电场各种设备进行监测[6]。

1 风电场网络体系架构

风电场网络体系的架构方案的正确性、可行性、先进性以及扩展性等因素直接决定了系统未来的功能和性能[7]。

1.1 风电场网络整体架构

支持远程监测的风电场局域网采用分布式分层的监测体系结构(如图1所示),体系分为设备层、现场通信层、数据采集层、风电场通信层、分布监控层、骨干通信层、集控层。设备层由风机设备、视频设备、气象设备组成,其中风机设备又分为操作板、PLC、变频器、RIU;现场通信层将设备层各种数据传递给数据采集层;数据采集层将采集好的各种数据通过风电场通信层传递到分布监测层;分布监测层对现场设备进行分布监测;各风机监测数据通过骨干通信层传递到集控层主控制台及SCADA服务器、系统日志服务器等。

1.2 风电场网络IP地址规划

风电场中有风机设备、视频监测设备、气象分析设备、操作站PC、服务器集群等各种设备。下文为实现远端站点对风电场设备统一、合理、规范的监测特做出规划。

风电场统一使用内网10.128.0.0/16中的地址。假设一个风电场有100台风力机,每台风力机有操作板、PLC、变频器、RIU,并配有视频监测设备、气象采集设备。根据实际设备需求将设备划分为6个VLAN,如表1所示。其中,集控层控制台使用IP地址块10.128.6.0/24;分布监控层使用IP地址块10.128.7.0/24;服务器集群地址中SCADA服务器地址块10.128.8.0/24,系统日志服务器地址块10.128.9.0/24。

1.3 风电场路由协议选择

众所周知,风电场的风机机群之间、操作室与集成服务器群集之间只有在路由器上存在相应的路由信息才可以实现通信。路由协议分为静态和动态路由协议2种。对于静态路由协议,当互联网络的拓扑发生变化导致需要更新路由时,管理员都必须手工更新静态路由,比较繁琐;动态路由不同于静态路由,网络管理员启用动态路由选择后,每当收到新的拓扑信息时路由选择进程都将自动更新路由。路由器通过互联网络中的其他路由器交换路由更新来获悉和维护路由[8]。本文采用动态路由协议。

动态路由选择信息协议常用的有RIP、EIGRP、OSPF 3种。

a.RIP是一种基于距离矢量的路由协议,它使用跳数作为度量值来选择路径,允许的最大跳数为15,默认情况下每隔30 s广播一次路由选择更新。通告简单,只需通告与本路由器直连的网段,但是它以跳数为准,不考虑带宽,容易带来针孔拥塞。

b.EIGRP是增强内部网关路由选择协议,它是一种混合型协议,既有基于距离矢量又有基于链路状态的协议,采用扩散更新算法(DUAL)来实现快速会聚,占用更少的带宽,开销更低,支持非等价的负载均衡,但其是一种Cisco私有的路由选择协议,即只能运行在Cisco的设备上,有一定的局限性。

c.OSPF是开放最短路径优先路由协议,它是基于链路状态的,它采取触发方式,只在链路状态变化时立即发送更新给邻居,OSPF以层次的方式运行[9]。

对于带宽要求不是很高的局域网可以采用RIP协议,它操作简单;对于全部使用Cisco设备的局域网,可以采用EIGRP,它集成了链路状态和距离矢量的优点,是一种混合型协议。

OSPF是大多设备都支持的动态路由协议,虽然配置比较繁琐,但考虑到它众多的优点,本文采用OSPF协议作为风电场网络的路由协议。

2 风电场安全远程监测

出于安全和节省网络资源的考虑,风电场网络应采用内网地址,这就意味着风电场与外部网络失去了联系,内网无法与外网进行通信,同时仅在风电场内部集控层控制台对风电场各种设备进行监测也是远远达不到信息化、网络化要求的。当风电场工程师或技术人员不在风电场现场又需要对风电设备进行监测就变得尤为困难。本文采用了下述2种方案来实现风电场的远程监测。

2.1 用NAT和ACL实现远程监测

为了实现远程客户端对风电场内网各种设备的监测,本文方案1将风电场内网风机的风机控制器的Remote Service、SCADA服务器、系统日志服务器端口映射到网关特定端口,远程客户端可以在标准浏览器中输入网关的IP地址加端口号,即可访问相应服务器定制相应服务。

本文利用NAT技术[10]对风电场内网做出规划。其方案示意图见图2。

风机控制器:10.128.0.N:90 200.1.1.1:8090+N。

SCADA服务器:

系统日志服务器:

10.128.8.N:1093 200.1.1.1:11093+N;

10.128.8.N:505 200.1.1.1:10505+N。

10.128.9.N:3389 200.1.1.1:13389+N。

经过这样的规划,每一台风机控制器Remote Service服务(端口90)映射到200.1.1.1的8090+N端口;SCADA服务器的SCADA RMI(端口1093)SCADA UI(端口505)服务映射到200.1.1.1的11093+N端口和10505+N端口;系统日志服务器服务(端口3389)映射到200.1.1.1的13389+N端口。

网关配置信息如下所示:

本文还采用ACL技术对数据包进行过滤,在网关处做如下配置:

经过这样的配置,网关只允许10.128.0.0/16的流量从网关流出,其他流量则不允许从网关流出。

若还需要更精确控制某些特定服务的流量出入,只需在网关处设置相应的ACL(允许或拒绝FTP、HTTP服务等)。通过使用ACL加强了风电场内部网络的安全性。

2.2 用SSL VPN实现远程监测

方案2采用了VPN技术[12],这使得不用将内网服务器映射到外网,就可以实现外网对内网的访问。对一般的VPN(如IPSec VPN)而言,实现远程访问需要对基础设施进行重大改造,而且管理成本很高;需要大量的IT技术支持人员进行VPN远程访问的专程服务;客户端需要安装复杂的软件,而且当用户的VPN策略稍微有所改变时,VPN的管理难度将呈几何级数增长。本文采用了SSL VPN[12]方法,SSL VPN客户端不需要安装任何软件或硬件,使用标准的浏览器,就可通过简单的SSL[13]安全加密协议,安全地访问网络中的信息。

风电场远程监测方案2是利用Cisco Web VPN定制SSL VPN进程,建立一条外网通往内网的SSL VPN隧道,如图3所示。

远程客户端用户通过在标准浏览器中输入https:∥200.1.1.1/webvpn.html,首先要下载安装相应证书,然后经过身份认证远程客户可以访问到SSL代理服务器。

SSL代理服务器经过相应设置,将内网服务器的URL链接到SSL代理服务器。在SSL代理服务器中输入内网服务器的URL即可访问到相应服务器。

本文采用的2种方案都实现了风电场的安全远程监测。方案1从内网角度,将内网服务器映射到外网,实现外网访问内网服务器;方案2从外网角度,建立外网通往内网的SSL VPN隧道,通过SSL代理服务器直接访问内网服务器。

3 冗余实现方案

任何企业的设备都有可能出现人为或非人为的故障,当出现各种各样的故障时,如果没有一个备份的设备来解决故障,这必将给企业带来巨大的经济损失。因此设备的冗余性在企业中起着举足轻重的作用[14]。

本文从通信角度考虑网络的连通而不中断,从以下2个方面考虑冗余:

a.风电场通信层交换机的冗余;

b.骨干通信层的路由冗余。

以风机机群1为例,假设风机机群1有数十台交换机,多台交换机承担着数据采集层的数据与上层的通信任务,当某一台交换机出现故障则会影响数据采集层与检测站的通信。本文中采用三角架构的连接模式(以3台交换机为例),如图4所示。

连接设备层的任意2台交换机都可以与其上面的交换机构成一个三角形的结构,由于交换机的STP(Spanning Tree Protocol)协议使得交换机某些端口处于Block状态,当线路出现故障时,那些处于Block的端口可能变为Forwarding状态,来保证正常的通信。

通过采用现场通信层和设备层之间交换机的冗余方案,可以有效防止由于某台交换机的故障或某段链路的故障而给全局网络带来的危害,为风电场的实时监控提供了有力保障。

骨干通信层的路由冗余,包括内网之间的路由冗余,以及内网与外网之间的路由冗余。本文以内网与外网之间的路由冗余为例,如图5所示,对于每一条路由链路采取备份链路,当一条链路断开时,会平滑过渡到另一条链路上。

如图5所示,正常链路路由器R4通过路由器R1然后再通过R2与外网进行通信,当链路R4到R1或R1到R2出现故障导致链路断开,则将影响整个风电场网络通信,给风电场造成巨大的经济损失;采取路由冗余,利用Cisco的HSRP协议对路由器进行相应配置,当激活路由出现故障时,系统会自动切换到备份路由,保证整个风电场通信不间断。这为实现风电场的实时通信提供了有力保障。

4 仿真实验

为了验证风电场网络冗余方案的可行性与正确性,使用GNS3模拟软件来做仿真实验,模拟真实的网络环境。

交换机冗余实验拓扑图如图6所示。

用PC2 ping PC1,断开其中任意一条链路,验证它们之间仍可以ping通,并观察端口变化。

由表2可以看出,交换机Sw2的Fa0/2端口处于BLK状态,即为了避免环路的产生使其处于阻塞状态。这是正常工作状态时的情况。PC2接Sw2的Fa0/1,通过Fa0/3接Sw0的Fa0/3,通过Fa0/1接Sw1的Fa0/1,通过Fa0/3与PC1通信。

这时,假如Sw0与Sw2之间的线路中断,则交换机Sw2的Fa0/2端口会由BLK状态转为FWD状态,以保证PC2和PC1之间能正常通信,见表3。

由以上实验可以得出这种三角结构的冗余方案完全可以解决链路中断带来的通信故障。路由冗余实验拓扑如图9所示。

图9所示R1与R3一个是作为激活路由、一个是作为备份路由的,当激活路由断路时,会自动启用备份路由,不影响内网与外网通信。利用Cisco的HSRP(Hot Standby Routing Protocol)协议在路由器上做相应的配置,就可以实现路由备份。

HSRP配置信息如下所示:

在路由器上进行过相应配置后,用PC机tracert外网202.101.18.1。可知此时PC机可以ping通外网且R1为激活路由,R3为备份路由。当把R1的链路断开时,再使用PC机ping外网,可知激活路由断路时,备份路由马上被激活,并保证内网可以ping通外网,此时R2变为激活路由。

5 结语

风电场远程监控系统 篇6

国电河南公司规划风电场5个, 装机容量为250MW, 目前济源大岭风电场一期工程已开工建设, 装机容量50MW, 计划2015年6月全部并网发电。河南风电场地理位置分散, 地处偏僻地区, 地理环境比较恶劣, 管理跨度广、难度大。同时各风电场相距较远, 每个风场均需要配置一定的工作人员进行日常的运行监控, 从而造成了机构设置和人员配置的浪费。

随着网络通信技术、软件应用技术和远程控制技术的发展, 风电场生产自动化水平的日益提高, 就地少人或无人值班已具备条件, 现场减少运行人员, 生产远程集中监控管理已成为发展趋势, 通过集控中心建设, 可有效提升风力发电场综合管理水平, 实现“无人值班、少人值守、区域检修”的科学管理模式, 减少运行维护成本, 提升企业整体核心竞争力。

2 总体目标

集控中心的总体应用目标分为三个方面:生产监控、运行监视、生产管理, 集中实现国电河南公司所有风电场的管、监、控一体化。集控中心建设分为场所、应用功能、基础支撑三个层面, 而这些方面的统一规划实施是集控中心实现集中管理、集中监视、集中控制的基础, 新能源区域集中监控中心的建设, 将会有效的提升河南风电整体生产与经营管理水平, 并降低运行成本。

以国电集团信息化规划为指导, 引入国际先进的管理理念和信息技术, 以生产安全管理为基础, 以成本效益管理为核心, 打造河南风电的整体集中管理、区域集中监视、远程集中控制三大应用为核心的管监控一体化平台, 不仅为河南风电各场站提供实时的、准确的和统一的信息, 而且结合设备的状态检修、发电设备的远程控制、风功率预测, 可大大提高风电企业的整体管理水平, 实现风电场现场“无人值班、少人值守、区域检修”的管理模式。

结合集团公司“双提升”要求, 开展区域内各风电场生产经营指标对比, 深化对标管理, 建立风机对标管理长效机制, 以安全生产为基础, 以经济效益为中心, 做好经济运行管理工作, 实现设备性能明显提升, 盈利能力显著提高, 区域各风电场的生产经营集中管理, 统筹最优运维模式, 有效提高河南区域风电整体效率, 提高可持续盈利能力, 并降低总体建设和维护成本。

3 总体建设原则

3.1 技术先进

采用国际先进的多层技术构架 (J2EE) 、分布式控制技术 (SCADA) 、远程B/S结构, 通过标准化系统集成平台将各个软件以及开发的模块有机融合在一起。

3.2 管理创新

以提高公司的核心竞争力为出发点, 统一规划, 有序实施, 创新性的实现国内领先的区域集中经营管理、集中生产运行、集中远程控制的专业化精细化管理。

3.3 功能完善

完全能够满足河南风电的相关业务要求和集团的管理意志。

3.4 可靠性和安全性

系统必须具有高度的可靠性和安全性。有完善的分级授权、数据备份机制, 能有效防止系统本身及应用可能产生的数据安全问题, 如误操作、非法登录、权限分配不当等, 满足国家及行业电力二次系统安全防护总体方案的要求。

3.5 集成性好

系统各业务功能真正无缝的集成在一起, 统一登录、统一访问、统一管理。

3.6 开放性

系统设计遵循开放原则, 使用国际标准的协议和接口标准, 便于系统的扩展维护。

3.7 可扩展和可复制性

系统能满足集中部署分步应有的要求, 既能满足现阶段的管理需求, 有能满足将来的场站扩展和功能扩展的潜在需求, 具有良好的可拓展性。

3.8 可操作性和易维护性

系统具有友好的用户界面, 方便易用, 可以短时间内熟练掌握系统的操作, 并且系统管理维护方便。

3.9 经济实用性

系统能针对国电河南公司的实际情况, 采用对应的解决方案, 并可以适应不断提升的管理水平, 延长系统使用生命, 从而实现最优惠的总体拥有成本。

4 集控中心业务功能

4.1 运行集中监视

运行实时监视系统主要实现对所属各风电场生产设备的数据采集、安全稳定传输、处理展示, 实现公司级、场站级、发电设备级、部件级的运行情况实时监视、在线分析、预测预警、历史数据存储、运行指标的实时统计与对比等, 结合天气预报功率预测功能实现风电场设备的状态检修, 并满足电力调度部门通过所属各风电场实现四遥 (遥信、遥测、遥调和遥控) 的功能。

4.2 生产集中管理

生产管理包括了经营管理、生产管理、安全管理和绩效评估。

生产管理系统借鉴国际国内的先进管理思想和实践, 以先进的信息技术为依托, 首先贯彻科学规范的管理要求, 职责清晰、分工合理、业务流程优化高效、信息流转实时准确、战略清晰绩效显著, 达到专业化的管理水平。在财务成本控制、项目建设投资、备品备件采购、设备检修等各重点领域把好关, 在实时的数据量化分析基础上, 动态决策, 逐步达到精细化的管理水平。

4.3 设备集中控制

新能源控制技术和网络通信技术的发展, 风电的生产自动化程度的提高, 使风电场设备均可以实现可靠的实现远程控制。

河南风电集控中心租用电力调度的通信线路光纤或运营商的数据专线, 在保证通信链路的安全可靠基础上, 参照集控中心准确实时的监视数据, 依据指令可对所有场站的风机、电气设备、无功补偿、能量管理、风功率预测、视频监控、五防、箱变等进行远程集中控制和调节。

通过集控中心的SCADA监控平台, 集成各场站的PC、PLC等控制系统, 操作人接到相关指令后, 以报文的形式发送控制指令给各设备的控制系统, 并经过五防、设备中控系统的安全逻辑校验后, 实现设备的远程控制和调节。

4.4 远程控制对象

4.4.1 风机控制内容包括:

风机的启动、停止、复位、维护、取消维护、转速限值或有功控制、功率因数或者无功控制等。

4.4.2 能量管理平台控制内容包括:能量管理平台系统的投入、远方/就地的模式切换等。

4.4.3 动态无功补偿装置:

监视内容包括:该设备的指令接受值、运行状态灯;控制内容包括:该设备的故障复位、充电就绪、远方/就地模式切换等。

4.4.4 综合自动化系统:

综合自动化系统就是将变电站的二次设备 (包括仪表, 信号系统, 继电保护, 自动装置和远动装置) 经过功能的组合和优化设计, 利用先进的计算机技术, 现代电子技术和通信设备及信号处理技术, 实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视, 测量, 自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。远程监控必须能够实现对其的监视和控制, 监视内容包括:所有有用的遥信、遥测;控制内容包括:35k V开关、110系统开关和刀闸、主变中性点的接地刀闸、低压开关、直流系统。

4.4.5 风功率预测:

该系统主要负责预测风电场的风能情况并上传给调度, 调度系统会根据此安排发电计划。远程监控需要监视:该系统是否正常运行、与调度上传数据通道是否正常等。

4.4.6 故障录波器:

故障录波器用于在系统发生故障时, 自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况, 通过这些电气量的分析、比较, 对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用, 远程监控系统将故障录波记录的数据实时传送到集控中心。

4.5 视频集中监控

远程集中监控主要包括视频集中监控、网络视频会议、3G/4G移动视频、安全应急指挥。

安全应急指挥包括安全风险识别、应急预案、应急演练、应急通信、联动指挥等, 旨在出现安全事件事故后能及时准确获取信息, 及时的作出正确决策, 把损失降低到最低限度。集团现正筹划应急指挥中心建设, 河南风电集控中心本期预留扩展余地和扩展接口。

视频集中监控是在集控中心建设统一的基于IP网络的数字视频监控调度系统, 把所属的所有单位的视频监控点有序集成起来, 并分级授权管理, 实现视频监控的远程察看、远程控制、远程调用。

IP网络视频会议是为了集控中心与各场站、场站之间进行有效的沟通而建, 方便而廉价。

移动视频主要是为设备检修的故障远程诊断、维修远程指导、应急指挥而建, 其特点是方便、灵活, 作为对固定视频监控的功能完善补充。

4.6 行政综合管理

行政综合管理系统涵盖的内容是上述业务系统未能覆盖的功能, 包括企业内部门户系统、自动化办公系统和邮件系统、后勤管理系统。作为企业应用的重要组成部分, 行政综合管理系统强调沟通的便捷、业务流转的高效、系统的直观易用。

5 建设方案

5.1 方案1

该方案在风电场已有升压站监控系统、风机监控系统、风电功率预测系统、视频安防监控系统等各个系统的基础上, 将各个系统的网络通过光纤延伸至集控中心, 在集控中心配置各个监控系统的工作站, 实现对风电场的远程监控功能。

系统采用分层分布式结构, 系统网络采用以太网, 网络拓扑结构可采用星型。通讯介质采用屏蔽双绞线, 通信网络传输层协议采用TCP/IP协议, 应用层通信规约严格等同采用国际标准IEC60870-5-103规约和IEC60870-5-104规约。

该方案主要优点有:在风电场升压站和集控中心各配置一套光纤网络通信设备, 配置较简单, 新增屏柜数量较少, 工程量较少, 将各个系统的网络通过光纤延伸至集控中心, 相当于将风电场升压站控制室空间上移至集控中心, 建设成本较少;

该方案主要劣势有:各个监控系统的主机或服务器均布置在风电场升压站, 运行维护较不便, 可扩展性、兼容性较弱, 监控软件功能较单一;该方案适用于单个风电场的远程监控, 不利于区域风电场的发展。

系统配置图如图1所示。

5.2 方案2

借助先进的计算机和网络技术, 建立统一的规范化的软、硬件架构平台, 实现远程集中监控系统。建立一个规范化、标准化、制度化的信息资源共享资源, 包括数据采集、数据格式、数据分类、统计规则、标签命名等的标准化。将各类厂家设备级SCADA等数据转换成统一标准的数据规范, 并以统一的监控界面显示出来。

该方案采用分层分布的体系结构, 整个自动化系统分为厂站监控层和集中监控层。

厂站监控层设在风电场升压站内, 对全场设备进行监控, 在风电场升压站配置通信网关机, 用来采集风电场内所有设备的信息, 包括风机、升压站电气设备、电能计量系统、功率预测系统等, 并执行集控中心对风电场设备的控制指令, 以实现统一管理, 实现全部风电场运行的监视、控制、管理、统计、分析等功能。

集中监控层设立在集控中心, 负责对风电场进行集中监控、管理, 运行人员在集控中心可实现对接入的风电场 (并具备进一步扩容的能力) 的远程集中监视和控制, 优化调控, 并负责所有风电场的设备管理、运营优化、安排检修和维护工作, 对于异常情况通过远程操作进行控制, 进一步优化运行, 使发电效率最大化。

集控中心总体网络架构分为生产监控区、生产管理区两大区域, 之间采用隔离设备物理隔离。生产监控区配置两台互备的网络交换机, 通过数据专线或光纤专线连接到各发电场站, 两端配置网络安全设备、接口通信设备;生产管理区配置两台互备的网络交换机, 通过互联网VPN通道连接到各发电场站, 两端配置网络安全设备。

集中监控层拟通过专用光纤网络或租用2×2m通道等方式实现双通信通道, 与风电场监控系统进行信息交换, 采集风电场现场设备的生产信息进行集中监测, 并对主要的电气设备进行远方控制。

集控中心基础支撑平台主要包括服务器存储系统、大屏显示系统、网络系统、通信及值班系统、电力配电系统、照明系统、安防报警系统、视频监控及视频会议系统, 物理场所主要有集控中心、集控机房、值班休息室、会商室、办公室。

此外集中监控层留有与上级集控中心和上级管理部门的通信接口, 在需要时可通过该系统向上级集控中心和上级管理部门传送信息。

系统配置图如图2所示。

该方案主要优点是:采用分层分布式结构体系, 可扩展性、兼容性较强, 监控软件较丰富, 适用于多个风电场进行集中监控, 能方便地扩充新增接入风电场, 具有工程扩展能力和方便的工程维护管理工具, 可以随时增加、修改任何厂站实时与非实时信息, 并具有与第三方系统互联互通的能力, 保证系统的开放性, 减少重复性投资;风电场数据保存在集控端数据库服务器中, 方便集控人员调用;

该方案主要劣势是:在厂站端配置通信网关机, 在集控端配置数据采集服务器、数据库服务器等, 配置较复杂, 新增屏柜较多, 工程量较大, 建设成本较高。

5.3 方案比选

方案1投资较少, 但技术结构简单, 可扩展性差, 只能接入单个风电场;

方案2技术先进, 虽然投资较大, 但可保证后续风电场的顺利接入, 且随着集控中心的投入, 运行人员大为减少, 以5个风电场计算, 每个风电场可减少人员8人, 共计40人, 以人员工资5万元/年计算, 每年可节约工资总额200万元。目前国电河南区域已开工一个风电场, 另外有3个正开展项目前期工作, 预计2015年底开工建设, 当后续风场投运后, 即可实现方案2的全部功能, 可有效节风场运营维护成本。

结论

本论文对国电河南区域集控中心建设的目标、意义、功能及架构进行了论述, 对两个建设技术方案存在的优缺点进行了对比, 结合风电场管理模式的发展趋势, 同时为适应国电河南公司未来风电事业的发展, 方便后续风电场的顺利接入, 建议采用第二方案, 该方案可实现对区域风电场“无人值班、少人值守、区域检修”的管理模式, 减少运行维护成本, 提升企业整体核心竞争力, 同时可实现将现有风场数据向集团公司风电集控中心的实时传送。

摘要：本文结合国电河南公司风电场工程建设, 针对风电场生产运营的实际需要, 提出了对河南区域风场实施远程集控的设想, 并对远程集控系统建设的目标进行了论述, 同时对集控中心功能建设进行了分析, 建设方案进行了比选。

关键词：风电场,远程监控,集中控制,运行监视,生产管理

参考文献

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