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区域风电生产运营监控系统的开发

2020-05-06 来源:爱go旅游网
电 薰髓攘 包大恩 麴 (中能电力科技开发有限公司,北京 100034) 摘要:风能资源丰富的地区一般都建有多个风电场。这些风电场I--址分散 并且采甩不同型号台 电机 i 组,其监控与数据采集(SCADA)系统也不相同,给风电公司的生产运营管理带来很大困 ’也嚣 电网☆q 鼋 度和安全运行带来很多问题。为此.开发了区域风电生产运营监控系统 该系统在WEB上实 SCADA 功。 能.可对不同数据规约进行统一整合.进而可对不同机型的SCADA系数数据进行统一管理 使区域风电 公司能够远程集中监测和控制管理区域内分散的风电场.为风电生产的“无人值守”打下基础。 关键词:风力发电组;风电场监控;集中监控:监控与数据采集(SCADA) 中图分类号:TM614 文献标志码:B 文章编号:1004.9649 ̄2013)04.0079 04 .0引言 中国风电场具有分散性和风电机组类型多样 性的特点.给风电生产运营管理带来一些困难: 不同的风电机组配置的监控与数据采集(SCADA) 系统的指标也不统一.导致监控系统运营维护难 SCADA数据.提升风力发电场监控管理水平.实 现现场无人值班.集巾统一管理.提高发电量. 减少运行维护成本.提升风电场效益 系统本着区域化集中管理的思想进行方案设 计.在中心城市设立监控中心主站.其综合生产 运营管理平台应具有统一性、开放性、标准化和 度加大.经常需要对运行人员进行跨场调配.致 使人员配备增多.成本增加l】_51 此外.风机厂家开发SCADA系统时主要是从 风机制造商的角度出发.关注风电机组的运行安 模块化的特点.并能够保证数据的安全_6_..运行人 员在监控中心可实现对多个风电场的远程集中监 测、控制、数据分析和生产报表统汁分析管理. .全性和稳定性.而对于风电运营商普遍关心的运 行经济性和可靠性却少有涉及,尤其是缺乏对电 网限电导致的风电场损失、风电场厂用电率、Jx【 2系统构架 该区域风电生产运营监控系统借助先进的计 算机和网络技术.建立统一的规范化软、硬件架 构平台.形成区域集控巾心系统,系统框架如图 l所示.包括实时数据采集系统、实时数据监控 电场无功超标汇总、风电设备运行维护成本和经 济性以及风电场无功补偿设备运行维护成本和运 行经济性等指标的考虑.或考虑得不够完善 针对目前风电机组SCADA系统平台不统一、 风电机组和风电场运行评估指标不完善、风电场 分散、风电生产运营数据量大以及维护人员经验 不足等问题.本文研究开发了区域风电生产运营 监控系统 系统、生产运营管理系统和信息远程发布系统等 子系统,主要功能是数据转换、数据采集、网络 构建、集巾监控、实时报警及数据统计分析等. 对风电场内风电机组、升压站、测风塔等设备进 行实时数据采集、远程监测和数据统计分析.. 陔系统将不同厂商的不同风机、测风塔以及 1 系统目标 区域风电生产运营监控系统旨在实现对公司 所辖区域内多个风电场的远程监测与控制.在监 控中心统一处理多个风电场不同机型风电机组的 各变电站不同格式的数据转换成标准的数据格式. 通过组建光纤环网或星形网络将风电场各风机、 测风塔等与监控系统互联.由风电场统一上传到 集控中心.统一存储.统一进行数据统计分析. 自动生成报表..此外,系统建立了集控专线.选 收稿日期:2012.12—01 作者简介:包大恩(1978~),男,湖北孝感人,工程师,从事风电场设备状态监测及运营可靠性保障的研究。 E—mail:baodaen@clypg.com.cn 79 l I高速物理 网络 实日寸1数据服矧器1 高速物理 黼 ———— 实咧数据服矧器2 1 000Mb/s网络 I l隔离通道 隔离通道 对 岫,v 』鼢、馕 勰 u^月、r)-L1 H ii} ll} f /中心接口交换机A I\中心接口交换机BI 冗余专线网络r第3方网络,不低于2 Mb/s) F < 二 =,一高速物理隔离通道 < =圭= 速物理隔离通道c = 高速物理隔离通道 中橐鐾蓁 II l 橐 I_I _I 审 秦鐾 I_I 测风塔风机机组升压站 测风塔风机机组升压站 测风塔风机机组升压站 图1 区域风电场生产运营监控系统框架 Fig.1 Framework of an operation monitoring and production management system for regional wind farms 择2家不同互联网运营商的网络.互为备用,以 保证从风电场到集控ll}|心数据的实叫- 和可靠性 .域牛产运营 控l1l1心的实时服务器与风电场数 质量、振动、接地等提 _『特殊要求。 监控系统包含了风电机绀、变电站、测风塔 等数据.考虑到数据管理厅便日_直观可视.监控 系统软件具有规范化、标准化l及制度化的特点. 据采集装置采用点对点的通信 ‘式.风电场所有 数据同步更新.更新时间不超过1 s 并能保证信息资源共享 信息标准化包括数据采 集、数据格式、数据分类、统计规则及标签命 的标准化. .软件系统广泛采J}J合理、先进、成熟的披术, 按照一定的功能封装.进行模块化设计 在该体 系中各部分及其功能模块化.日.尽量将多个功能 放入・个模块.便]二更换和移植 为保汪整个系 咳系统监控中心根据电力系统二次安全分 的要求.将实时数据采集系统、文时数据监控系 统、中产运营管理系统及信息远程发布子系统配 置在不同的安 分区.并且实现有效隔离 系统 还充分号虑r电网渊度系统的要求.留出专门的 凋度电话 对条件许可的地 .系统可以在 控f1一心接收并及时响应电网公司渊度的指令:对 条件不许可的地 .系统也可以存各个风电场就 地实小对测度指令的响应171 统的安全性和可靠性.系统的设计建没遵循lr实 时系统和电力行、 的标准.可向标准的同类没备 移植 集控巾心汁算机系统均按客户机/月 务器结构 设_置.支持分布式多服务器结构 服务器的操作 3系统功能 3.1 实时数据采集子系统 牛产临控系统开发的实时数据采集子系统是 整个系统的核心之一,通过一个规范化、标准化 系统采用多任务操作系统.客户机采用标准、可 靠、先进、稳定性高的操作系统。为提高系统的 可靠性.服务器币¨局域网(LAN)采用热备冗余配置 操作员l 作站、T程师ll 作站等均作为局域网上 的+个节点. 享各服务器的资源. 的信息资源采集中心.将各类厂家不同风机类型、 不r口1格式、不同协议的SCADA数据转换成统一标 域风电生产运营! 控系统的计算机、存储 设备、 络交换设备、 示大屏幕等微电子设备 准的数据格』弋.将风电场不同型 ‘的风机、升 站和测风塔数据转换成标准的统一格式,统 一存 对环境要求较高.因此系统对监控中心的温度、 湿度、洁净度、电磁场强度、屏蔽、防漏、电源 80 储.统一J 传.形成一个数据格式和操作控制高 度统一的系统.并有良好的实时性、响应性、并 发性和可扩展性.实现了对风电场内风电机组、 升压站和测风塔等设备的实时数据采集 实时数 据采集子系统还考虑了一定的网络冗余.以提高 系统的可靠性和安全性。 此外.由于各个风机制造商开发的SCADA系 统数据定义和传输规约互不开放.所使用的可用 率指标、故障分类和状态分类也没有统一的标准, 给运行人员的使用和风电运营管理带来了很大的 闲难 域生产运营监控系统利用标准的104通 信规约.分析1:业以太网通信、OPC通信、串口 通信(RS232/485)和CAN总线通信等的传输机理和 各种传输介质的特性.根据普适性、准确性和简 明性原则.结合实际情况确定传输数据种类、形 式和传输方法,定义了风电机组的测点命名规则、 JxL机状态和风机故障.定义了通信协议的整个问 询过程,定义r升压站、测风塔的数据通信。通 过对104规约的功能扩充和过程定义,达到了对 Jx【电机组、实时测风塔的信息管理.实现在统一 数据传输规约下对整个风电场的一次生产设备的 有效管理.为建直风电场统一管理平台打下基础。 系统还根据风电生产的考核要求和管理需要统一 了可用率、风机状态、风机故障分类等指标的定 义.保证了机组性能评价和后评估指标的统一性 和有效性 3.2实时数据监测子系统 陔子系统将各个风电场不同类型的风机、升 爪站和测风塔数据统一接收、统一存储、统一显 示、统一操作。实时监测内容包括区域信息、风 电场信息、风机信息、升压站信息、测风塔信息 等 、文时监测系统的发电量数据还叠加了风功率 预测的24 h和4 h功率预测曲线.以方便检修人 员根据风功率预测系统米合理安排检修时间.最 大限度地提高风机发电效率 该系统能在集控中 心实现对所属各风电场设备的远程控制.极大地 方便_lr运行人员的日常操作.包括对单个风机的远 程控制和对单个风电场内多个风机的批量控制.控 制内容为风机的启、停、复位、挂牌和功率调节| ̄1Ol 该子系统还具有自动监测报警和预警事件功 能 报警和预警事件按照严重程度和类别进行分 级分类,并以列表、光字牌、语音等方式提供给 用,rLI.所有报警均可以报警后确认.重要报警必 须进行确认后方可消除报警闪烁、声音等指示信 息 系统提供风机历史故障、历史数据、日志等 的查询功能.也可以进行设备的报警统计和故障 统计。生产报表的自动生成系统是区域生产运营 监控系统的重要功能之一 风电场运行人员的日 常报表填报是一个很大的工作量 常规的日报、 月报都会占用风电场大量的人力和物力。系统可 以按照固定的格式模板自动生成报表.极大地减 轻了运行人员的工作量 3.3数据库子系统 风电场实时监控数据类型多、数据量大、实 时性要求高.对生产运营监控系统数据库要求也 非常高 数据库按照风机、升压站、测风塔、风 电场数据和其他数据建立5类标签.其中风机和 升压站按照320点/台的模拟量和800点/台的数字 量的容量.风电场数据和测风塔数据按照128点 的容量来设计 数据库子系统能够采集并存储多 种数据类型.包括浮点型、整型、布尔型字符串, 并统一定义了测点命名规则和编号.以便对海量 数据进行有效统一的管理 数据库子系统考虑了 一定的冗余 为未来接入新的数据留一定裕度, 以满足生产运营需要 系统开发的数据库子系统包括生产用实时数 据库和历史数据库.分别用于数据实时通信和历 史数据存储.设计容量均为100万点.即100万 个实时变化的数据.相当于10个100万kW火电 机组的监控数据量 实时数据库通信同步引擎采 用一种基于P2P的通信协议VBUS.数据库访问 采用VBUS和RPCLITE通信协议.能实现小于 50 ms的平均数据库查询时间。数据库采用高效 无损压缩算法.能实现平均1.2 kb/tag的存储效 率 该数据库以秒级精度更新全部实时数据。实 时更新和上传时间间隔不超过1 S.能有效保证风 电场生产数据的实时性和统一性.提高了数据利 用的效率 历史数据库设计保存风电场所有数据. 能根据一定条件自动筛选、多项数据并列显示并 导出.数据库可以根据需要很方便地选择一段时 问的数据查询、 示和导出。数据库以秒级精度 针对全部生产实时数据,支持30年以上存储的历 史数据库,通过同步数据传输引擎提供多个节点 的数据库同步 3.4数据统计分析子系统 数据统计分析是风电场生产运营管理的有效 手段,也是生产运营管理系统的一个重要功能 系统实现对各类数据的自动汇总、统计和结果的 有效长期存储 统计数据包括风能性能分析类、 生产运行类和故障统计类等数据.并对各个风电 场的故障和生产运行指标进行对比分析和管理. 为生产运营决策提供技术支持 该系统建 了风 电机组可靠性管理和经济性评价系统.能够统计 风电机组可靠性数据。保障风电机组安全可靠运 行;合理安排风电机组检修.提高风电机组可用 小时数:收集风电机组可靠性运行数据.指导风 电机组选型;提高风电科学管理水平.降低风电 运营和检修成本,减少风电机组突发性故障的发 生;评估风电机组可靠性和经济性,提高风电机 组运营水平 同绕发电量和经济效益.可以对数据进行横 向和纵向的对比,如风电机组的功率曲线对比. 不同风机类型、不同风电机组的效率对比.可以 很方便地判断风机的发电效率和水平:依据风电 场的实发电量、应发电量、发电效率、故障率、 限电统计等数据的横向、纵向对比.可以更直观 地得到一些结论。为生产运营决策提供数据支持. 有效提升风电场运行维护水平和管理水平.进而 实现更科学有效的精细化管理 3.5专家诊断子系统 在风力发电系统的故障诊断中.维修人员的 经验与其掌握的专业知识对快速诊断起着决定性 的作用。风电起步较晚,并且多数风电场分布于 偏远地区,风电场一线检修人员及其经验缺乏. 加上在风力发电系统和风电场的特定环境中.空 间、时间的限制使得多专家共同诊断的方法受到 限制,因此区域生产运营监控系统建立的专家诊 断系统尤为重要,可以节省人力、物力.提高风 电场维护检修水平 区域风电运营监控的专家诊断系统通过广泛 的数据采集、存储、归纳分析.建立了面向设备 的故障诊断、概率分析、状态检修、检修预处理 流程及维护指导等一系列优化管理功能的智能专 家系统 检修人员在接到故障报警后.可先查阅 智能专家系统的案例和故障指导作业书.准备检 修工作 检修结束后.检修人员还要填写完整的 故障处理过程.以丰富专家诊断库 该系统在风 电生产的不断运营过程中,还能通过不断添加、 修订现有的专家系统数据库.不断积累风电场的 故障诊断经验.为风电生产的维护打下了良好的 基础 在 现一线检修人员不能处理的复杂故障 时.经验丰富的诊断专家可以在监控中心远程查 看设备状态和故障前运行记录.并远程指导一线 检修人员检查并维修设备 3.6 WEB发布系统和短信平台 区域生产运营监控系统开发的WEB发布系统 可以让生产管理人员很方便地在局域网浏览和查 询信息 该系统可以通过短信平台将重要信息(如 发电量)和重要报警事件(如风机故障停机)等按预 先设定自动发送到相关生产运营管理人员的手机 上.提高_r风电生产的管理水平和应急能力。 4结语 区域生产运营监控系统是风电生产远程监控 82 管理的核心.是中国风力发电发展到一定阶段的 必然要求。区域生产运营监控系统不仅把多个风 电场及各不同风机厂家不同类型机组的多个 SCADA平台数据整合到一个统一操作的生产运营 管理平台,而且综合了升压站、测风塔数据、接 入风电场的功率预测及风机振动监测数据.形成 了一个统一的远程监测、统一控制、集中管理及 综合分析的风电场群监控管理平台 未来区域生产运营监控系统还应引入风机状 态监测、点检系统以及风电场的其他各类数据. 配合风电场的日常生产管理.形成一个集数据监 测、设备集中控制、检修和管理于一体的风电综 合生产管理运行平台 参考文献: 【1]严维,孟为群,石铁洪,等.数字化技术在大唐卓资风电场的应 用[J].中国电力,201l,44(3):73—75. 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(责任编辑杨静) Application of RFID Tag in Electric Power Asset Linkage ZHANG Hong-zhan (Fujian ITL Infor—tech Consulting Co.Ltd.,Fuzhou 350003,China) Abstract:Emerging as an auto—discern technology in the 1990s and having gradually become matured,the radio frequency identification (RFID)technology has been applied to material management,asset management and intelligent checking and some other business in electric power industu.The application of RFID technology in automatic transfer of funds in power system was discussed.The RFID provided a technological suppo ̄for the automatic transfer of funds and helped to preliminarily realize the linkage of the materials, equipment and assets on the ERP system and production management systems. Key words:electric power;radio frequency identification;RFID tags;ERP system;automatic transfer of funds ・+・・+・・+・・+・・+・・+”+・・+・・+・・+・・+・・+・・+・・+”+・・+・・+・・+・・+・・—+一”+・・—+一”—+一・・—+._・ (上接第82页) fI21:97—102. &operation[M].2nd ed.Berlin,Germany:Stylus Pub Llc,201 1: 46-1O6. [8】廖明夫,GASCH R,TWELE J 风力发电技术[M】.两安:西北工 、l 大学 版社.2009:33—157 fundamentals,design,construction [9J GASCH R.Wind power plants [101 BURTON T.Wind enery handbook【gM].2nd ed.West Stlssex, UK:Wiley,2011:39—134. (责任编辑李新捷) Operation Monitoring and Production Management System for Regional Wind Farms BAODa—elq (Zho“gne“g Powe Tech Development Co.,Ltd.,Beijing 100034,China) Abstract:A lot of wind farms are usually started in areas abundant with wind energy resources and mounted with different kinds of supervisory control and data acquisition(SCADA)systems,which not only makes great diiculfties to the wind power production management,but also causes a lot of problems to scheduling and safe operation of power grids.Therefore,an operation monitoring and production management system was developed for regional wind farms.This system realizes the SCADA function with WEB and integrates diiferent data Drotocols to deal with data from different SCADA systems uniformly,which makes it possible to implement the centralized contml and management ofthe wind farms and lays the foundation or“unattended fproduction”ofwind power. Key words:wind power unit;wind arfm monitoring;centralized control;supervisory control and data acquisition(SCADA) 

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