文 | 梁超，冯健，牛海明，刘厚旭

近年来，我国的风电、光伏等新能源发电迎来了爆发式增长，装机容量不断攀升。然而新能源发电与火力发电不同，其场站的选址分散，而且地处偏远，周边自然环境通常较为恶劣，交通不畅，定期检修设备的难度大；新能源场站一般均配有变电站综合自动化系统、五防系统、SCADA系统、箱变监控系统、能量管理系统、功率预测系统、SVG无功补偿装置系统等监控系统（以下简称“系统”），且这么多的系统绝大部分来自于不同品牌、不同供应商，各自独立运行；生产运营过程中，在现有的监控平台上各系统间数据难以交互，需要分别进行监控，这样不仅不能掌握发电场站整体的工作状态，还增加了监控人员的工作量。

2016年2月，国家发展改革委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，明确指出要促进能源和信息的深度融合，“智能发电”的概念在国家能源转型的背景下应运而生。“智能发电”与“智能电网”、德国“工业 4.0” 以及“中国制造 2025”的理念相似，是第四次工业革命大背景下发电技术的转型革命。国内各发电集团开始积极建设智慧电厂，典型的有大唐姜堰火电厂和国电大渡河公司。姜堰电厂包含五项功能：基于“互联网+”的安全生产管理系统、基于大数据分析的运行优化系统、故障诊断系统、三维档案系统和可视化智能培训系统；国电大渡河公司从水电站建设、生产及运行三个层面分别提出了智慧工程、智能电厂和智能调度的思路。

新能源发电与常规电源相比有一个显著的特点，即其输出功率存在波动性和间歇性，接入电网将对电网的安全运行带来较大的影响。目前的新能源发电运行监控系统为电网调整所做的工作极其有限，其在实现新能源消纳工作中难以发挥作用，很多地区出现“弃风弃光”现象，给风光资源丰富地区的电网调度和电力市场管理带来越来越大的压力。研究新能源发电智能化，实现与智能电网调度一体化支撑平台的无缝结合成为了最大化接纳的一个关键。

目前，新能源发电领域的相关院校、企业专家们也纷纷展开了集控运行方面的研究工作，但这些研究的特点是重监视、轻控制，重信息化、轻自动化。本文结合新能源的特点和研究基础，以某风电场为例设计了一套监控平台，优化了对电网电压、频率主动支撑的功能，推动了设备控制自主化、生产管理智能化、风险决策智慧化。

智慧监控平台架构和功能设计

某风电场由66台单机容量为1.5MW的UP77-1500型风电机组以及若干光伏设备构成，风电机组项目于2011年投产。风电场信息系统包括两套风电机组监控SCADA、一套光伏监控SCADA、一套能量管理系统、两套AGC/AVC系统、一套升压站电气监控系统、一套五防系统等。一个值班员要同时监视6台电脑（升压站NCS、风电机组、光伏、SVG、AVC、AGC系统），其运行维护非常不便。智慧监控平台的建设要在尽量降低建设成本的前提下，考虑实现功能的完善。

首先建立一套高效的网络架构，进行数据层面的深度融合，分析各系统的设备、软件配置及所用通信规约，建立起一套完整、规范的数据标准体系，实现风电场的海量数据采集、存储；其次对各种实时数据和业务数据进行有效管理，为生产运行、报表统计、专题分析、在线经营等各种应用提供数据保障；再次在全量数据采集的基础上，进行各子系统之间的生产关联关系分析，实现整个风电场多个系统之间的协同动作与联锁动作，在风电场级的层面上实现对设备的精确控制，保证场站级效益的最大化；最后建立风电场站的账户管理、权限设计，实现信息统一发布、数据统一分析、内容统一展现。下面重点从架构和功能方面阐述。

一、系统架构

该风电场的监控采用EDPFSCADA系统为统一平台，采用分布式控制系统架构，具有数据采集、存储和高效实时控制功能，通过EDPFSCADA系统柔性分域技术，把各分散的系统按功能进行分域管理，解决多系统分离及监控分散的问题，构建了一体化网络监控平台。平台通过数据接口机汇聚各子系统的实时和管理数据，集合所有业务子系统。

EDPF-SCADA系统中每个子系统完成相对独立的数据采集处理和控制功能，各个子系统通过网络连接在一起，形成一体化管控系统。各系统是一个有机的整体，同时它们之间又相互隔离，子系统间的信息可以按要求进行有选择的隔离和交互，子系统的信息处理规模较小，利于减少和消除不同被控对象及其控制系统之间的耦合，整个监控系统呈现蜂窝化、模块化，提高了系统可靠性，同时方便进一步扩展。网络架构如下：

EDPF-SCADA系统的数据中心使用实时数据库（国电智深AIRDB）、历史数据库（国电智深AIRDB）、业 务SQL数 据 库（Oracle或MYSQL）、大数据分布式存储（Hadoop）混合应用方式，既可支持风电场站运行状态的实时监控，又能满足各类面向应用、面向主题的分析需求。数据库设计按照符合人类思维自然模式的面向对象的方式来组织数据库管理，实现以设备为单位的监控模式，便于设备维护和故障诊断，提高数据检索查找的速度及效率。利用数据库对数据的存储分析能力实现风电场站管控。

二、主要功能

智慧监控平台，针对风电场站集中部署、分散应用的特点，遵循风电场站的运维规章制度，主要设计了五大功能：运行管控、经营管控、设备管控、安全管控、物资管控。智慧监控平台功能要点如图2所示。

（一）运行管控功能

风电场智慧监控平台规范了数据通信的标准，在解决各子系统信息孤立、操作不便等问题的基础上，汇集了风电场所有实时生产数据、业务管理数据，为数据深度融合、数据挖掘、机器学习提供支撑，进一步可进行运行辅助决策、对标、远程诊断，实现运维智慧化。

EDPF-SCADA平台包含AGC和AVC功能模块，可接收来自电网调度的AGC/AVC 指令。AGC功能模块接收主站下发的AGC指令，根据从EDPF-SCADA平台获取的预测功率和风电场机组状态数据进行有功的分配和机组的启停控制；AVC功能模块接收主站下发的AVC指令，进行机组之间的无功功率分配并控制风电场变流器无功补偿容量，实现对风电场的无功电压控制。利用EDPF-SCADA平台通信控制器的高速运算和通信能力，控制多台风电机组的变流器共同实现风电场级的无功调节，替代或部分替代SVG功能。实验数据表明，AVC功能运行在端电压控制模式下，设定值偏差最大为0.38%，无功动态响应时间达50ms，实现了与智能电网调度平台的无缝结合，提高了场站的调控能力。

（二）经营管控功能

具有风电场运营分析功能，建立风电场运营指标主动对标评价体系，通过对经营管控的主要指标，包括环境资源指标、电量指标、能耗指标、设备运行指标及人员绩效指标等横向对比、相互关联、综合分析，得出影响电量的主要因素及运行优化方法。

通过对生产运营指标的统计、分析，评价风电场站智能发电这一竞争能力，从而促进企业生产运营向低成本、高效益方向发展。

（三）设备管控功能

风电机组状态监测：建立评估模型，对机组的运行出力状况进行评估，实时获取机组的发电运行状态；对整机及关键部件的健康状态进行评估，提前预警机组异常状态，做出合理的检修建议，实现对设备运行的状态监测。

故障预警：建立基于大数据驱动的智能故障预测方法，利用深度学习技术，分析和提取故障特征，建立故障数据库；将设备运行数据特征量与故障数据库实时比对，可及时发现故障隐患，做出紧急抢修、临时停机等应对措施，形成风电机组智能运行故障预警机制。

智能告警：对告警信息的分类和信号过滤，对风电机组的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告异常并提出故障处理指导意见，为主站提供智能告警，也为主站分析决策提供事件信息。

（四）安全管控功能

智慧监控平台信息系统安全防护体系划分为网络边界防护、综合防护、智能防护三个层面。

网络边界防护：根据国家能源局第36号文件的相关要求，为保障生产监控系统的安全，电力安全防护在网络边界防护方面应坚持“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的十六字方针。

综合防护：应采用安全审计、入侵检测、主机加固、备份容灾、恶意代码防范等多种手段，建设涵盖物理安全、恶意代码防范、入侵检测等方面的综合防护系统，加强“事前预警”“事中报警”“事后溯源”安全建设，实现全生命周期的综合安全防护管理。

智能防护：随着网络环境和网络攻击手段日趋复杂、多样化，利用大数据、人工智能、云计算等技术的先进成果，满足智能风电安全防护的需要，提升网络安全综合防护的智能化水平。

图2 风电场站智慧监控功能设计

在风电场站智慧监控平台建设中，风电信息系统安全建设应贯穿始终，并不断加强和巩固信息安全防御能力，以应对层出不穷的信息安全威胁，综合应用现代智能技术，自动识别存在的危险源，让技术保障成为安全管控的有力工具，进一步提升安全管理水平，实现全风电场内无死角的主动安全防控。

（五）物资管控功能

通过集成接口实现与ERP系统、合同系统等各类业务应用系统间的无缝对接，实现物资供应链全生命周期管理，具备主数据管理、计划管理、采购管理、专家管理、供应商管理、合同管理、仓储管理、配送管理、质量监督管理、废旧物资管理等业务，以及基于辅助决策管理需求建设的物资智能分析及物资调配业务的功能。

实现风电场设备三维建模，按照国标KKS编码规则进行编码，实现KKS编码、设备编码、物料编码三码联动，并建立风电场设备与系统的标准管理档案，具有三维数字化档案的查询功能。对设备全生命周期范围内的成本、制造、安装、运行、检修、报废等信息进行维护和管理，并通过三维模型关联方式，在移动终端直接调取指定设备的基本信息及历史档案资料。自动完成设备采购与维护成本、使用寿命的统计分析，核算设备能效利用情况，为设备使用提供依据，降低发电运维成本。

此外，风电场智慧监控平台还应具备财务、营销及党建等管控功能，为企业提供更多数据支撑和智能化工作手段。

摄影：杨茂云

结语

新能源场站实现智慧监控是必然之路。本文以提升生产运行管理水平、稳定设备运行、提高电厂发电效益为核心，提出一种基于一体化集中监控的智慧平台，实现了各系统之间的关联整合，控制策略优化；同时通过智能故障预警，为设备管理与全生命周期运维提供支撑，降低运维成本。另外，从管理角度实现操作全过程可视化、业务流程标准化，杜绝误操作，实现资源调度最优化、运维决策智能化。