孙树敏 ，王尚斌 ，2，张华伟 ，2，赵 俊 ，2，程 艳

（1.山东电力集团公司电力科学研究院，山东 济南 250002；2.山东鲁能软件技术有限公司，山东 济南 250014）

0 引言

由于全球能源供应紧张，环境问题日益突出。风能作为一种清洁无污染和可再生特点的能源越来越受到世界各国和地区的广泛关注。我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，据有关专家估计，全国可开发利用的风能约2.5亿kW，具备大规模发展风电的条件。近年来我国风力发电事业稳步发展，截至2011年底，我国风电总装机容量已经超过6 270万kW，并网容量突破4 500万kW［1-2］。但随着我国风电的大规模建设，传统的发电企业管理模式已经不适应风电管理要求，严重影响了风电企业的发展与运营管理。

1 问题

随着风电场建设规模的不断扩大，在风电场生产运行管理中潜在的问题也不断出现。

运行管理。风电场的建设比较分散，同一发电集团下的不同风场可能位于不同的地区，当管理人员需要各个风电场的信息并对比分析时，各个风电场的SCADA系统难以满足这样的需求，无法实现对风场级数据的分析处理，产生信息孤岛。

运行维护。 由于风电场之间的距离较远，且风场风机种类不同，各种设备的供应商不尽相同，给运行维护带来困难。

人员管理。风电场一般处于远离城市的山区或海边，地理环境比较恶劣，工作人员很难长期生活。

并网管理。风能的随机性使得风电接入电网受到影响，为了满足的电网对风电接入要求，风电公司需要对风功率进行预测，提前采取措施，减少风电对电网的影响。

根据风电场运营的特点，风电企业实施风电场群的集中远程管理，将是今后发展的趋势，风电场群的集中管理可以实现“集中控制，少人值守”风电管理新模式［2］，有利于建设智能化、友好型新型风电企业。

图1 系统结构层次图

2 风电场群远程监控系统结构

风电场群远程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。

2.1 风电场群远程监控系统层次

风电场群远程监控系统按照部署的位置可以划分三级：就地监控、场级监控、远程监控中心［3-4］，图1所示。

就地监控。每台风力发电机的控制柜对风机运行状态进行监控，同时进行数据采集，将数据发往中央监控中心。

场级监控。风电场集控监控，主要用于控制风机的运行和操作，接收风机发送的数据，在界面显示。

远程监控中心。一般位于公司总部，工作人员可以根据汇集的各个风电场信息，对风电场发电信息及风机状态进行数据分析。

2.2 风电场群远程监控系统功能模块

风电场群远程监控系统对风电场进行远程监视和集中管理，实现对各风电场数据的整合管理，模块划分为运行监控模块、并网优化模块、KPI管理模块、资产管理模块、安全生产模块［5-6］，图2所示。

图2 系统模块化结构

运行监控模块。主要包含对风力发电机组的监控和场内变电站的监控。实时监视风电机组的运行状态及运行数据，实现绘制风速—功率曲线、风速分布曲线、风速趋势曲线；实现在监控中心对风电机组的远程开机、停机、左/右偏航、复位、功率设定与控制、风电场有功功率变化率的设定与控制等功能。变电站远程监控系统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。

并网优化模块。主要包含风功率预测功能以及无功优化和有功控制方案。风场将风功率预测结果实时传送到调度，电网调度中心根据风功率预测的结果实时制定调度方案。该方案可以有效降低风电随机性对电网的影响。

KPI管理模块。 统一管理风电场群相关的KPI指标，提供每个关键指标对应的因素的评分方便找薄弱环节并建议改进的方法，为用户自定义相关KPI提供接口。风电企业可以根据KPI制定相应的绩效考核方案。

资产管理模块。管理风电企业所辖风场资产设备，记录相关设备使用及运行信息，完成对资产全面信息的收集，同时形成对同类型资产进行维修、变更的施工步骤模版。

安全生产模块。 建立安全监控体系、制定故障突发应急预案，具备灵活的记录、发布、查询等功能，结合远程图像监控实时监控风电场运行环境。

3 风电场远程监控系统的组网方式

3.1 风电场远程监控系统的架构

目前，常用的软件系统架构形式分为C/S模式和B/S模式。C/S模式，即Client/Server（客户机/服务器）结构，传统的C/S模式分为两层，第一层包含了软件的应用层和逻辑层，第二层是数据库和服务器组件。 随着网络技术的发展，两层C/S模式的发展已经不能适应新业务发展的需求，多层C/S 模式和 B/S 模式应运而生［3，5，6］。

多层C/S模式一般是指将应用层、逻辑层和数据层独立划分，将逻辑层和数据层部署在不同的服务器上。由于三层分别部署在不同的硬件系统上，所以具有很大的灵活性和可扩充性。例如：如果需要追加新的业务逻辑，只需要增加或者修改相应的逻辑服务器即可。南瑞的NS2000W远程风电场群监控系统就是这种架构的典型应用。

B/S模式，即 Browser/Server（浏览器/服务器）结构，是对C/S结构的一种变化或者改进的结构。基于B/S的风电场群远程监控系统是以Web浏览器为统一的客户端，将采集到运行数据，统一上传至实时（历史）数据库服务器中，通过Web浏览器查看风电场运行的实时状态。光耀电力的WOCS和鲁能软件的CMSW都是基于B/S模式的风电场群监控系统。

相对C/S模式，B/S模式具有如下突出优点：

1）客户端不再负责数据库的存取和复杂数据计算等任务，只需要其进行显示，充分发挥了服务器的强大作用，这样就大大的降低了对客户端的要求，降低了投资和使用成本。

2）易于维护、易于升级。

3）用户操作使用简便。

4）易于实现跨平台的应用，解决了不同系统下不兼容的情况。

C/S模式一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强，一般高度机密的信息系统采用C/S模式适宜，可以通过B/S发布部分可公开信息。

3.2 风电场群远程监控系统通信方式

3.2.1 电话网（PSTN）

PSTN （Public Switched Telephone Network）即我们常用的电话网［7］，此传输方式利用现有的电话网络，在监控两端安装调制解调器，传输数据的计算机之间通过使用调制解调器连接公用电话网，由监控中心主动发起拨号，现场节点接到呼叫后应答，进行数据传输。这种传输方式安全性较高，但由于风电场分布在全国各地，费用较高且PSTN连接方式速度受限，不能满足风电场群远程监控的要求，该方式主要用于风电厂级监控。

3.2.2 无线传输

无线传输目前主要包含GPRS和CDMA两种方式［8-9］。 GPRS-General Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的广域的无线IP连接。此传输方式是利用现有的移动无线通信网络，在远程监控中心和厂级中央监控端各安装一套GPRS设备。这种传输方式具有部署简单、成本较低、实时在线等优点。但是由于受无线通信网络带宽的限制，传输速率较低，费用按照传输的数据量计费。随着3G网络在国内逐步覆盖，将有效解决无线传输在视频领域的限制。CDMA部署方式和GPRS相同，他们之间只是传输使用的协议不同。

3.2.3 基于Internet网络的组网方式

Internet最早来源于美国国防部高级研究计划局 DARPA （Defense advanced Research Projects Agency）的前身 ARPA建立的 ARPAnet，该网于1969年投入使用。随着ARPAnet的建设和开放，网络节点数和用户数迅速增长。以美国为中心的Internet网络互联也迅速向全球发展，世界上的许多国家纷纷接入到Internet，最终形成了今天的互联网。

基于Internet的数据传输是在互联网上进行的，而互联网存在许多不安全性，一般都采取加密方式传输数据。随着计算机网络技术的发展，一门新的技术开始在风电远程监控系统广泛使用，即VPN（Virtual Private Network）技术［10］。 由于 VPN 技术是在Internet建立虚拟的专用网络，无需租用ISP专线，只需要购买VPN设备和支持一定的上网费用即可，可有效降低实施的成本。 只要连接Internet的地方，就可以接入VPN，此外VPN采用隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术有效解决互联网上的安全问题。此传输方式利用现有的Internet网络，在远程监控中心安装VPN设备，在场级集控中心安装相应的VPN软件即可。基于VPN技术的风电场群远程监控系统具有很大的灵活性和可扩充性，适应风电企业长期发展的要求，VPN网络拓扑图如图3所示。

3.2.4 混合方式

由于风电场位置一般都比较偏远，通信情况比较复杂，所以在实际的施工过程中，风电场群远程监控考虑风电场实际情况，采用多种方式接入。目前较为流行的是GPRS网络与Internet网络互连方案。 该方案在不方便接入Internet的地方部署GPRS通信设备，接入电信运行商的GPRS网络，然后由电信运行商再接入Internet网络。

图3 VPN网络拓扑图

4 结语

在风电场群远程监控软件方面，国内外差距并没有像风机监控那么明显，其中一些产品实用化水平也相对较高，例如南瑞的NS2000W、光耀的WOCS、鲁软的CMSW、联合动力的风电场监控都是这种产品的典型代表。同时国内的产品也存在一些不足，尤其是在风电场安全控制、无功电压优化控制、风电场优化运行等高级控制功能方面还存在一定的差距。国外的典型产品有GH SCADA、Clever Farm等系统。

虽然风电场群远程监控系统不能替代场级的SCADA系统，但是风电场群远程监控系统可以通过大量的历史数据进行风能预测、设备故障分析及故障预警、风能利用率提升、风机电机组的负荷预测、入网等进行技术研究。

随着风力发电的发展及集中监控系统的应用，风电场群远程监控系统设计及功能一定会越来越成熟，成为推动风电持续健康发展有效的技术保障。风电场群远程综合监控将成为今后的发展方向。