风电集中远程监控系统的开发

【摘 要】针对宁东风电下属各风电场地处偏远、运行维护成本较高以及监控系统相对独立、管理难度大等问题，开发了一套风电集中远程监控系统，该系统可实时监控风电场的运行状况，及时统计和分析各类运行参数，应用结果表明：该系统可实现宁东风电下属各风电场信息共享，易于管理，无人值班和少人值守，降低风电场的运行成本。

【关键词】风电场；远程监控；集约管理

0.引言

风能发电因其开发成本较低、技术较为成熟等优势而飞速发展[1]。然而风资源的不确定性使得风能发电技术较火力发电、水力发电等技术更为复杂[2]。

为确保风电场安全稳定运行，必须利用完善的远程监控系统，对风电场的运行信息进行采集、处理及分析[3]；此外，风电场大多地处偏僻，一般需多人职守，远程监控系统能够实现无人值班和少人值守，降低风电场的运行成本，提高风电场的发电效益[4]。

1.风电集中远程监控系统建立背景

宁夏回族自治区境内风能资源储量丰富，开发潜力大[5]。中国华电集团公司在宁夏规划容量约150万KW，其中，宁东风电场投产容量预计将达到50万千瓦[6]。然而，已投运的宁东风电下属各风电场自动化监控系统相对独立，实时信息资源的共享性差，各系统间生产数据的互访存在困难，严重影响了宁东风电场的统一管理和运营。随着宁东风电场的快速发展，建立一个符合未来技术发展趋势的、各系统无缝集成的远程集控中心平台，并对实时信息进行统一的分析和管理，进而提高宁东风电的科学管理水平和经济效益显得刻不容缓。

在此背景下，本文提出开发宁东风电场远程集中监控系统。该系统集自动控制、网络、视频、大批量数据实时存储与交换等多种技术于一体，可对宁东风电各风电场的实时监控和数据统一采集，同时实现偏远风电场无人值班和少人值守，对于宁东风电场的集约化管理具有十分重要的意义。

2.系统数据传输及安全防护

2.1数据传输

远程集控中心部署在宁东风电总部（银川），通过总部（银川）至下属各风电场的专网与以上各监控系统进行数据交换与通讯。为了保证数据安全、准确、稳定的传输，专网采用双通道，即主备用通道。

2.2硬件防护

本系统设计与规划严格遵守《电力二次系统安全防护规定》中的技术措施，按照运行人员操作层、中层干部控制层、高级领导决策层的原则分层，其网络架构部署如图1所示。镜像实时数据库服务器和DB2数据库服务器基于宁东风电现有办公网络部署在安全三区（即管理信息大区），通过网络隔离装置与部署在安全二区的远程集控中心系统进行隔离。安全二区与安全一区之间部署有硬件防火墙，实现了逻辑隔离。

2.3软件防护

PI系统管理员通过在防火墙中设置PI服务器用户的IP地址决定该IP地址客户端用户能否访问PI服务器，有效地保证了系统的安全运行。

除了要通过防火墙的安全检查外，客户端用户还需要PI系统管理员为其建立的账号和口令才能够访问相应权限的数据。

系统分别通过软硬件防护实现了数据访问的安全性。

3.系统监测控制功能及实现

系统采集风机监控系统、升压站监控系统各种设备的实时运行数据，并实时传输到远程集控中心实时数据服务器，对数据进行有效性及可用性等处理后与各单元进行数据与交换，并存储到实时数据库，为后期的数据统计及分析提供支持。

3.1视频实时监控平台

运行人员可通过风电场现场视频实时监控系统控制现场摄像头旋转、拉伸等动作，实现对风机全局或局部的详细查看。对于发生的异常情况系统可进行记录，并发出声光告警，及时报告值班人员。

3.2生产运行状态实时监测

系统实时监测公司下属风场实时运行工况、总实时负荷、各风场的实时负荷以及各台风力发电机组实时运行状况。生产状态实时监测与显示功能采用地形图、图标、列表等方式进行实时信息的表达和数据的显示。

3.3远程控制

根据实时运行数据，集控中心可对各地处偏僻、无人或少人值守的风电场升压站电气设备及风机状态进行检测和远方控制，对电气设备的控制指令包括断路器开关的合、分，对风机的控制指令包括启动、调整出力、停止、复位控制。

3.功率预测

系统根据与风功率预测系统厂家协商确定的接口规约（规约为OPC），确保了与风功率预测系统厂家准确通讯，并将风功率预测功能完整、准确的纳入到远程集控中心系统。

3.5风场综合统计信息

风场综合统计信息完成每个电场的地理分布概况、电场总体情况、电场总体装机容量、实时有功功率、实时无功功率、装机台数、运行台数、发电量、上网电量、风速等运行情况的综合监测和实时显示，使生产管理人员及时了解风场的整体生产运行情况。

3.6统计报表与分析

系统可对生产数据进行综合处理、统计分析，自动生成企业的各种生产报表，对经济指标和主要运行参数如发电量、上网电量、用网电量、风速、温度、厂用电率、投运率、等效满负荷利用等数据进行统计分析，供用户查询和打印。

3.7风电场运行指标统计与分析

系统实现了在宁东风电总部（银川）统计下属各风场的安全业绩指标、经营业绩指标、生产指标、自然特性指标、可靠性指标、电能指标、耗损指标、运维能力指标，为公司绩效考评和新建风场设备选型提供了客观科学的理论依据。

3.8风电场对标管理

系统以各风电场中可利用最多小时数的风机为最优风机，其余风机以此为标杆进行对标。这一功能可有效找出生产经营过程存在的不易被发现的问题，并有针对性的提出整改措施，进而提高宁东风电的管理水平和经济效益。

3.电场设备故障统计与分析

当设备运行状态发生变更或参数超越设定限值时，系统能够对发生的异常情况进行记录，并发出告警，及时报告值班人员。根据风电场实时上传的故障信号自动统计风场中各风机的故障次数、故障模式。统计结果可以作为宁东风电后续新建机组的设备选型依据。

3.10 FAM系统接入

系统具备良好的可扩展性，可实现和华电国际的FAM接口，以及FAM系统的录入和查询。

4.效益分析

4.1提高企业的管理效率

本系统的运行可有效提高风电场生产和运行管理的安全性及可靠性，并大大提高生产效率，降低工作人员的劳动强度，保证工作过程中人员的安全性。

4.2提高企业的经济效益

根据《中国华电集团公司风力发电企业劳动定员标准（试行）》，以一个10万千瓦容量的风电场为例（66台1.5千瓦风电机组），集控运行人员按照五班制设置，定员标准：每个控制室11人。

远程集控系统投运后，风电场实现少人值守，每个控制室按照4人考虑，节约人员7人，每人年人均工资5万元计算，全年人工费用约7x5=35万元。

由于风电场地处偏僻，远离繁华市区，风电场每年接送运行值班人员的交通运输费用约20万元；人工费及运输费合计：35+20=55万元。

华电计划未来在宁夏投建15个相对独立的风电场，综合考虑人工费、交通费、生活费、办公费等开支，远程集中监控每年可为公司节约费用约55x14=770万元，随着公司规模的扩大，直接经济效益将更加明显。

5.结论

（1）风电场远程集控系统的建立可实现各风电场数据的统一采集和分析，实现各风电场对标管理等高效的管理，提高风电场的管理效率。

（2）集中远程监控系统可实现风电场少人值班和无人值守，预计每年可节约770万的费用。 [科]

【参考文献】

[1]费智，符平.我国风电发展的态势分析与对策建议[J].科学进步与对策，2011，28（10）：65-68.

[2]张华.风电新能源及其闪变问题的探讨[J].电源技术应用，2013（03）：93.

[3]孙树敏，王尚斌，张华伟等.风电场群远程监控系统的现状及发展趋势[J].山东电力技术，2012（6）：18-21.

[4]王韬.远程监控系统在风力发电中的应用[J].华电技术，2011，33（11）：74-79.

[5]赵瑾璐，梅超.宁夏风电产业发展研究[J].宁夏社会科学，2012，172（3）：58-63.