翟安定

（河南理工大学，河南 焦作 454000）

1 概述

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：35kV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。

图1

图2

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。

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