前言

隨著煤炭、石油等能源的逐漸減少，人類越來越重視可再生能源的利用。風(fēng)力發(fā)電是可再生能源中最廉價、最有希望的能源，而且是一種不污染環(huán)境的“綠色能源”。

現(xiàn)有風(fēng)電場的建設(shè)一般較分散，而風(fēng)電場經(jīng)理又要了解各風(fēng)場的運(yùn)行情況，現(xiàn)有的分散監(jiān)視與控制顯然不能滿足要求。

目前，風(fēng)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)都是由風(fēng)電機(jī)組制造商配套提供，各廠家的SACAD系統(tǒng)互不兼容，引入后很難對其更新升級。這樣就要求把各風(fēng)場各廠家的運(yùn)行參數(shù)集中起來以便于比較分析。

一般風(fēng)電場的選址比較偏僻，地理環(huán)境比較惡劣，工作人員居住地離現(xiàn)場較遠(yuǎn)，工作人員工作起來比較辛苦，而且也因為工作條件惡劣不易招到新的工作人員。

因為各風(fēng)電場相距較遠(yuǎn)，而每個風(fēng)場內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量也很多，所以每個風(fēng)場都需要配置一定的工作人員進(jìn)行日常的巡檢維護(hù)，從而造成了人員的浪費(fèi)。

為了解決用戶的上述困惑，我們提出了風(fēng)電場遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)方案，在幾百至幾千公里之外的城市設(shè)置了監(jiān)控中心。風(fēng)電公司通過該系統(tǒng)可以對各地的風(fēng)電場的運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，解決了風(fēng)電公司以前難以對各地的風(fēng)電場統(tǒng)一管理的問題，且可以對風(fēng)電場中的多種風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)了風(fēng)電場無人值守的目標(biāo)?？蛻綦m然在幾百公里之外，卻如身臨其境。

1方案

風(fēng)電場遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)主要對分布在不同地區(qū)風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及場內(nèi)變電站的設(shè)備運(yùn)行情況及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集和監(jiān)控，使監(jiān)控中心能夠及時準(zhǔn)確地了解各風(fēng)電場的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。風(fēng)力發(fā)電場自動化集控系統(tǒng)包括對風(fēng)電場的風(fēng)力狀況和機(jī)組、風(fēng)電場運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與集中處理，提供就地操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控人機(jī)界面，還可自動或根據(jù)管理人員反饋的指令對風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場運(yùn)行進(jìn)行效率優(yōu)化和安全保障控制。


該方案具有如下的優(yōu)勢：

能實現(xiàn)各種異構(gòu)風(fēng)電場監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)通信、互連互通，能夠大幅提高集成效率，滿足現(xiàn)有的和將來不斷出現(xiàn)的需求;

屏蔽了底層設(shè)備，減少了系統(tǒng)通信連接和數(shù)據(jù)交換成本，使各風(fēng)電場單個監(jiān)測設(shè)備的更換不影響整個監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)作，使子站子系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)連接功能，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況靈活使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具備同時和省級、地區(qū)級主站通信的能力;

降低投資風(fēng)險和投資成本，允許現(xiàn)有風(fēng)電場監(jiān)測系統(tǒng)逐步升級改造而不是完全拋棄原來投資，而且為將來的數(shù)字化電力自動化系統(tǒng)改造帶來便利。

主站和子站間交互的風(fēng)電場所有信息按標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61850模型運(yùn)作，實現(xiàn)信息在運(yùn)行系統(tǒng)和其他支持系統(tǒng)之間的共享，減少重復(fù)建設(shè)和投資，提高設(shè)備、系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性，降低監(jiān)測成本;

有效利用電力系統(tǒng)廣泛使用的2M通信接口，讓遙測、遙調(diào)、遙控、遙信信息和圖像、聲音、安防報警等信息互不影響的傳送，并且保證通信的時效性和可靠性。

2總體設(shè)計

2.1 原理圖

風(fēng)電場中央監(jiān)控系統(tǒng)一般由一臺監(jiān)控計算機(jī)、通信接口、通信電纜、總線連接器、光電轉(zhuǎn)換器、多膜光纜組成。通過與風(fēng)電機(jī)組就地控制器(下位機(jī))通信而獲得數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的目的。


2.2 總體架構(gòu)

采用B/S結(jié)構(gòu)，即Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)主要是利用了不斷成熟的WWW瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種script語言(ASP、JSP等)和ActiveX、Flash技術(shù)，用通用瀏覽器就實現(xiàn)了原來需要復(fù)雜專用軟件才能實現(xiàn)的強(qiáng)大功能，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。用戶界面完全通過WWW瀏覽器實現(xiàn)，在用戶端不用再安裝任何軟件，只要能上Internet隨時可以查閱風(fēng)機(jī)實時的數(shù)據(jù)資料。這種結(jié)構(gòu)更成為當(dāng)今應(yīng)用軟件的首選體系結(jié)構(gòu)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)用于控制機(jī)組運(yùn)行、故障處理及機(jī)組的啟、停等操作，監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行情況，集中接收各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.1.1 通信管理

根據(jù)風(fēng)電場的實際情況，上、下位機(jī)通訊有如下特點：一臺上位機(jī)能監(jiān)控多臺風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行，屬于一對多通訊方式;下位機(jī)能獨立運(yùn)行，并與上位機(jī)通訊，上、下位機(jī)之間的安裝距離也較遠(yuǎn)，超過500m。

中央監(jiān)控計算機(jī)能自動與風(fēng)力機(jī)建立通信連接，并具有通信中斷后的自動重連接功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)(環(huán)網(wǎng)情形)中的一臺風(fēng)力機(jī)出現(xiàn)故障，不影響其他風(fēng)力機(jī)的通信。具體的通信接口方式根據(jù)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)硬件通信接口配置及其通信規(guī)約而定，一般推薦使用工業(yè)以太網(wǎng)。

3.1.2 分布示意圖

可以直觀地顯示所有風(fēng)電場、各風(fēng)場設(shè)備設(shè)施(如風(fēng)機(jī)、測風(fēng)塔、升壓站等)的地理分布示意圖，用戶可以在地理圖上直接顯示各風(fēng)電場的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以通過選擇特定風(fēng)電場節(jié)點對該風(fēng)電場的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并可以作為導(dǎo)航節(jié)點直接進(jìn)入指定風(fēng)電場進(jìn)行更進(jìn)一步的操作。

3.1.3 風(fēng)機(jī)監(jiān)視

顯示各風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，如開機(jī)、停車、調(diào)向、手/自動控制以及大/小發(fā)電機(jī)工作等情況，不同的運(yùn)行狀態(tài)以不同的顏色和圖標(biāo)顯示，并可以直接顯示主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如每臺機(jī)組的瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時數(shù)、風(fēng)輪及電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等。通過各風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)了解整個風(fēng)電場的運(yùn)行情況，這對整個風(fēng)電場的管理是十分重要的。

3.1.4 遠(yuǎn)程操作

能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)，只需對標(biāo)明某種功能的相應(yīng)鍵進(jìn)行操作，就能對下位機(jī)進(jìn)行改變設(shè)置、狀態(tài)和對其實施控制。如開機(jī)、停機(jī)和左右調(diào)向等。但這類操作必須有一定的權(quán)限，以保證整個風(fēng)電場的運(yùn)行安全。

3.1.5 報表功能

可通過報表功能來分析風(fēng)電機(jī)組的工作性能。

報表的內(nèi)容包含各種歷史數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還可插入棒圖、曲線圖、趨勢圖等。報表類型包括運(yùn)行日報、旬報、月報、季報、各類考核報表、調(diào)度部門統(tǒng)計月報表、通道統(tǒng)計報表等。支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢，具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能(導(dǎo)出文件格式可以選擇，如Excel表格、文本文件等)。

3.1.6 測點歷史數(shù)據(jù)

風(fēng)力發(fā)電的特點之一就是風(fēng)源的不穩(wěn)定性。隨著風(fēng)速的變化，系統(tǒng)控制器會對風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)作相應(yīng)的調(diào)整，各個系統(tǒng)變量也會隨之改變。用趨勢曲線來分析變量變化情況是一種既直觀又簡明的方法。

以趨勢曲線或者原始數(shù)據(jù)的方式查詢某測點的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)(如繪制風(fēng)速-功率曲線、風(fēng)速分布曲線、風(fēng)速趨勢曲線)。用戶可以任意選擇想要查看的時間段。

3.1.7 報警功能

能夠及時顯示各機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)生的故障。一方面將此故障發(fā)生的時間和內(nèi)容記錄到數(shù)據(jù)庫，以方便今后查看，另一方面將故障信息顯示到界面以提醒工作人員做相應(yīng)的處理。在顯示故障時，應(yīng)能顯示出故障的類型及發(fā)生時間，以便運(yùn)行人員及時處理及消除故障，保證風(fēng)電機(jī)組的安全和持續(xù)運(yùn)行。

3.1.8 修改參數(shù)

系統(tǒng)管理員可以遠(yuǎn)程修改下位機(jī)中的操作參數(shù)和風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，以保證風(fēng)電機(jī)組在各種環(huán)境下都能自動安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.1.9 安全級別設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置不同操作級別的密碼，不同人員具有不同的操作級別和權(quán)限。

3.2 變電站監(jiān)控系統(tǒng)

變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)綜合所有功能，應(yīng)用自動控制技術(shù)、計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化信息傳輸技術(shù)，將風(fēng)電場變電站相互有關(guān)聯(lián)的各部分總成為一個有機(jī)的整體，用以完成從升壓站安全監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)視調(diào)度控制到單個點和多個點的操作處理。


畫面顯示類型：索引目錄表、廠站主接線圖、電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)表、實時曲線圖、歷史曲線圖、棒形圖、事項順序記錄表、遙信一覽表、光字牌等。

顯示內(nèi)容包括實時采集、計算、系統(tǒng)估計和人工置入的各種電網(wǎng)動態(tài)及靜態(tài)運(yùn)行參數(shù)。 提供包括接線圖、表格、曲線及其它所需畫面的編輯和修改工具。

3.3 視頻/安防系統(tǒng)

隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像監(jiān)控也由模擬視頻監(jiān)控發(fā)展到數(shù)字圖像監(jiān)控。遠(yuǎn)程數(shù)字圖像監(jiān)控至關(guān)重要的環(huán)節(jié)是圖像遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的日益成熟使基于低成本的圖像遠(yuǎn)程傳輸實際可行，因此遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控具有非常廣泛的應(yīng)用前途。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變電站將逐步向無人/少人值守的方向發(fā)展，為了直觀、具體地了解無人值守現(xiàn)場實時的情況，采用遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)將具有非常現(xiàn)實的意義。遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控一般不僅僅給生產(chǎn)管理部門提供生動的實時圖像，還具有遠(yuǎn)程控制、報警記錄等多種功能，可以與傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備結(jié)合應(yīng)用，提高整體的功能。


4性能特點

采用了完全標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，通信高速穩(wěn)定。

可選擇對多臺風(fēng)力機(jī)同時進(jìn)行遠(yuǎn)控操作，方便快捷。

模塊化功能組合結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

積木式數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)查詢速度，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)存儲范圍。

全中文界面，操作簡單方便。

監(jiān)控系統(tǒng)具有多種格式(包括Excel，Text)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以滿足用戶的不同需要。

支持異地遠(yuǎn)程通信功能。

5接口方案

5.1與無線應(yīng)用的集成

我們的系統(tǒng)支持與無線應(yīng)用裝置的集成，可用于各類工作。通過與手機(jī)與短信的接口實現(xiàn)工作流及其他即時任務(wù)的提醒。

5.2與生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)接口

通過生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，我們的接口可以向生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)，加以利用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

5.3 與OA辦公自動化系統(tǒng)接口

OA辦公自動化系統(tǒng)在業(yè)務(wù)處理上與我們的系統(tǒng)時相對獨立的，系統(tǒng)之間在業(yè)務(wù)邏輯上沒有太多的交叉，它們之間的接口主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)層，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和查詢需要。而我們的數(shù)據(jù)庫是開放式的數(shù)據(jù)庫，可以通過授權(quán)允許其它系統(tǒng)直接訪問數(shù)據(jù)庫。具體實現(xiàn)方式可以根據(jù)用戶的具體要求采用不同的解決辦法。