文 | 刘文斌

风电场群集中监控系统整体解决方案研究

文 | 刘文斌

随着新能源的快速发展，风电场数量及装机规模不断增加，风电场管理问题也日益凸显。当前风电运营管理存在风电场分散、风电机组配置SCADA系统不统一、数据量大、人员经验不足、资源利用效率低、报表重复报送、资源浪费严重等等问题。为有效解决上述问题，需构建总部集团、区域集控、风电场厂站“三级一体”的管控模式。该模式以集中监控系统为核心，智能运维为目标，逐步实现风电场群管控的标准化、规范化建设。

系统目标

风电场群集中监控系统是通过智能一体化监控管理平台的建设与实施，逐步实现对公司的多个风电场运营生产数据统一接入，实现对所辖风电场的集中监视、集中控制、集中调度、集中管理，并进行各类数据的统一管理（如数据报表、故障分析与预测诊断、设备参数综合统计、设备定期维修检测、设备综合信息查询等），逐步实现少人值守或无人值班，以减少运行维护成本，最大限度地实现资源集约化、精益化和能源效益化。

基于集中管理的思想，风电场群集中监控系统平台应具有统一性、开放性、标准化、模块化和扩展性等特点，并能够保证数据的安全，可实现对所辖多个风电场的集中监视、控制、数据分析、生产报表统计分析和生产运营管理。

系统解决的难点问题

（一）规约多样化：风电场厂站侧数据系统包括风电机组SCADA系统、升压站综自系统、风电功率预测系统、AGC/AVC、振动监测系统、视频安防系统及故障录波信息等等。这些系统数据信息通信基本涉及到101、103、104、CDT、Modbus、IEC61850等通信协议，且需统一接入，并将其标准化转发上传至集控中心。

（二）数据安全性：风电场厂站侧与区域集控中心侧数据信息上行/下行通信需要满足电力二次安全防护要求，集中控制功能需设置在安全I区。风电场厂站侧在安全I区、II区需增加网关机等设备，进行数据接入和上行数据转发；区域集中监控中心系统建设需设置在安全I区、III区，其中集中监控、运维设置在安全I区，数据上行转发设置在安全III区；总部级别集中监控系统设置在安全III区，设立大数据分析中心、管理中心、展示中心，这些中心不具备集中控制功能。

（三）时钟同步性：风电场厂站因地理位置差异，各厂站侧数据因GPS/北斗对时系统时差影响存在时间差异，区域集中监控中心必须解决时钟差异问题，设置一用一备的两套对时系统，以在时间尺度上完成标准统一。

（四）系统扩展性：随着新能源制造技术、安装技术、施工技术、管理能力等的提升，加上国家政策的支持，新能源仍将持续发展，总部级和区域级集中监控系统需满足企业对新能源发展的持续接入，系统应具备易扩容性和可升级性。

（五）集中控制专用通道特性：区域集中监控中心实现集中调度、并网优化、AGC/AVC、功率预测等功能，需与电网调度机构通过电力专网通道通信；区域集中监控中心与风电场厂站实现控制功能，为确保区域集中监控中心下行数据安全，需通过专网通道进行通信，并加装满足电力二次安全防护要求的隔离装置。

系统构架

基于集中管理的思想，风电场群集中监控系统主要包含各风电场生产过程监控、远程集中监控、生产管理和经营决策四大系统层次。系统采用分层分布的体系结构，整个系统分为三层：风电场控制层、区域控制层和集中控制层。风电场控制层设在风电场现场侧，为风电场运行与管理提供完整的自动化监控，为上级系统提供数据与信息服务；区域控制层设在区域风电场中央控制室，负责所辖风电场运行状态的监视、控制与管理，为集中控制层提供数据与信息服务；集中控制层作为总部或集团级监控中心，全面掌控总部所有风电场运行状况，统筹资源调配。

一、系统构架总体方案

系统架构采用分层模式，分为基础数据层（风电场侧）、数据采集存储层（数据中心）、多引擎数据服务层、业务逻辑层、集控平台展示层，及对外接口层。基础数据层实现厂站侧数据的采集与存储功能，提供原始基础数据服务；数据中心层存结构化/非结构化数据；数据服务层针对各种格式的数据提供数据管理和对外统一数据服务；业务逻辑层主要针对业务逻辑的操作，对数据层的数据进行业务逻辑处理，包括指标统计、逻辑运算、性能分析、状态监测、图表配置等服务。展示层提供展示平台的应用功能。对外接口层提供远程控制的指令下达与其他系统交互服务。

二、系统数据流向

厂侧数据通过部署在厂侧的数据采集接口机将实时数据按照统一的通信规约通过加密认证设备上传到一体化集控平台数据中心，在生产大区完成数据的上传采集和控制指令的下达，再通过隔离装置进入到管理大区的数据镜像服务器，完成一体化集控平台的数据集中展示及其他高级应用。在管理大区完成数据的集中展示，在生产大区完成远程控制的指令下达。

三、系统物理架构

风电场厂站侧与区域集控中心侧数据信息上行/下行通信需要满足电力二次安全防护要求，集中控制功能需设置在安全I区。风电场厂站侧在安全I区、II区需增加网关机等设备，进行数据接入和上行数据转发；区域集中监控中心系统建设需设置在安全I区、III区，其中集中监控、运维设置在安全I区，数据上行转发设置在安全III区；总部级别集中监控系统设置在安全III区，设立大数据分析中心、管理中心、展示中心，不具备集中控制功能。区域集中监控中心实现集中调度、并网优化、AGC/AVC、功率预测等功能，需与电网调度机构通过电力专网通道通信；区域集中监控中心与风电场厂站实现控制功能，为确保区域集中监控中心下行数据安全，需通过专网通道进行通信，并加装满足电力二次安全防护要求的隔离装置。总部级区域中心、区域集中监控中心及风电场厂站三者之间相互进行生产管理信息通信，通过管理网通道进行通信交互。

系统实现的主要功能

一、风电场侧实时数据采集子系统

风电场侧实时数据采集子系统是整个系统的基础核心，通过规范化、标准化的信息资源采集中心，将各风电场不同型号的风电机组、升压站、振动监测、AGC/AVC、测风塔数据和视频信息转换成标准的统一格式、统一存储、统一上传，形成一个数据格式和操作控制高度统一的系统，并有良好的实时性、响应性、并发性和可扩展性，实现对风电场内风电机组、升压站、振动监测、AGC/AVC、测风塔数据和视频等设备的实时数据采集。风电场侧实时数据采集子系统需考虑一定的网络冗余，以提高系统的可靠性和安全性。

二、风电场群集中监控子系统

风电场群集中监控中心子系统采用分层分布式结构，独立系统，层次界限清晰，控制调度管理权限分明、清楚，具有安全可靠、功能齐全和智能的特点。集中监控中心子系统具有独立的采集功能，直接与所辖的风电场通信，其节点多、系统复杂，采取冗余配置。其功能主要包括：数据采集与处理、基础信息维护、监控画面统一、控制与调节、告警、事故顺序记录、事故追忆、历史数据管理、报表、统计分析、权限管理、图形及画面显示、地理信息显示、通信接口、环境监测、视频安防、系统容量及系统自诊断和自恢复。

三、生产运营管理子系统

生产运营管理子系统充分整合各个风电场的人力、设备及备品备件资源，进行统一的运维管理，提高企业的综合资源管理能力，形成标准的“管、控、营”体系平台，加速企业技术知识的积累和应用推广，从而提高生产管理效率、降低运营成本。其主要功能包括：运行管理、设备管理、检修管理、物资管理、技术管理、库存管理、安全管理、质量管理、检测管理、指标考核、故障诊断及电量分析。

四、风电场群功率预测子系统

风电场群功率预测子系统主要包括：实时数据监视、风电场气象信息、风电场功率预测信息、误差统计分析等。

五、远程决策分析子系统

远程决策分析子系统是以实时数据采集子系统数据为基础，以数据处理平台为手段，充分利用并整合各类一次原始数据、二次加工数据，结合运营目标及相应的决策策略，提供各种决策支持数据，辅助运营决策，提升决策能力、提高综合效益。其功能包括：各级KPI关键指标分析、多级分析决策知识库、预测、计修正划、生产绩效评估、设备状态评估。

结语

本文针对风电场的分散性、规约多样性、数据安全性、数据量大等特点，对风电场群集中监控系统整体解决方案难点问题进行分析，对系统构架和主要实现的功能进行研究，为构建总部集团、区域集控、风电场厂站“三级一体”的管控模式提供了解决方法。该方法以数字化、自动化、智能化、信息化为目标建设一体化集中监控运营管理平台，实现数据有效的存储、共享、流转；利用稳定的通信技术，实现运行、设备的智能化管理；利用尖端的大数据分析技术，实现生产过程管理的精细化、标准化、科学化。在信息化体系不断完善过程中，逐步提升风电运营的管理效益、经济效益，最大限度地实现资源集约化、精益化和能源效益化。

（作者单位：中国电建中南勘测设计研究院有限公司）