风电场SCADA及AGC/AVC软件简介

作者：舜通智能 来源：www.sitcsys.com 发布时间：2024-01-23 热度：0

一、项目概况

       风场监控系统布置于风场监控室内，由风机监控系统、风电场功率管理系统（能量管理系统）、第三方接口系统组成。其主要包括风机监控、数据采集、数据存储、数据查询、数据呈现、Web发布、风机管理、风场调度、安全审计等功能。

二、项目部署

       风电场SCADA软件系统是风电场远程控制系统的组成部分，风电场远程控制系统由网络通讯系统、风电场SCADA软件系统组成。风电场远程控制系统的网络通讯、服务器、操作员站、操作系统等由甲方提供，乙方保证在甲方提供的通讯网络、服务器系统上能正常运行乙方所供的SCADA软件系统。甲方所供网络通讯及服务器部署如下图1。

       风电场网络通讯采用光缆传输，风机与风机之间的网络拓扑结构采用可自愈式以太环网结构，风场级拓扑结构为多环结构。风机机舱与塔基之间的连接光缆为多模光缆。风机与风机之间及风机与监控中心之间的连接均为单模光缆。风场通讯网络环内采用100M光纤以太网络。核心交换机与风场监控系统服务器的接口采用1000M以太网。
       硬件系统包括数采服务器2台、数据服务器2台、应用服务器2台（应用服务器通常与数采服务器合二为一）、发布机1台、I/O机1台，操作员站1台、若干安全隔离设备。其中，数据服务器存放历史数据，具体实施过程中，甲方可根据风场规模进行服务器配置，小规模风场可将数采服务器、数据服务器、应用服务器合而为一，对于大规模风场可部署多台数采服务器、数据服务器及应用服务器，软件采用模块化设计，可部署于同一台服务器也可分别部署。

三、软件设计说明

将软件分为三层，其组成和框架如下图2：

       关于该系统开发，软件部署主要包括风机数采服务器程序、应用服务器程序、数据服务器程序、发布机程序、I/O机程序。
       将该监控系统程序根据功能结构划分为三层，采集层、服务层、前端网站，每部分均可根据服务器分布情况独立安装部署，程序之间均采用标准UDP或TCP协议。
       I/O机主要完成协议转换及第三方接口通讯功能，主要通讯协议均部署在该服务器，在实际应用中，各技术协议是以应用的方式呈现的，可根据系统程序框架，自由添加协议，可对每个协议进程进行添加、关闭和配置。按照程序开发架构方式，各通讯协议均可部署至任何一台服务器。
       发布机包含了完整的网站服务、UI、网闸通讯、历史数据记录及查询功能，将风机数据发布至公网，可远程访问查看该风场状态。
根据软件的三层结构，软件的设计框架如图3所示：

       1、SCADA展示层，首先需通过“档案管理”模块，录入风机模块信息，并导入模块点表；
       2、根据模块信息组合出风机类型，配置风机相关的通信参数；
       3、数据服务的部分，根据配置的风机相关信息，生成数采所需的配置信息：如链路配置，IO点表信息，创建风机通信的模块；
       4、风机配置完成后，数采的部分开始工作：各个通信模块通过点表信息，采集风机的数据，并将数据写入实时数据缓存；
       5、实时数据rtdb缓存将数据进行整理，分发给不同的应用模块
       6、实时数据模块：指令通道，用于单独处理SCADA下发的指令，并将指令下发给数采来控制风机；apollo主要用于SCADA页面的实时数据订阅/发布；redis主要用于缓存实时数据，并缓存一些统计信息；
       7、能量管理算法模块：处理风场本地调度、电网调度、集控调度；并将调度的过程进行记录；
       8、历史数据的部分是通过实时数据的接口进行周期或者变位存盘；并定期做数据调度，处理统计信息；并需根据主控上传的报警信息，处理报警数据的存盘；
       9、SCADA展示层数据源从两个方面获取：实时数据主要通过订阅的方式从实时数据区获取；历史统计信息主要从历史数据库中获取；

四、软件功能介绍

       1.系统实时报警:点击页面右上角铃铛，即可查看系统当前的实时报警信息。实时告警信息根据等级、内容分为：告警、故障和消息。每个告警信息包括：风机名称，发生时间，恢复时间，报警代码，内容，确认人、确认时间；

       2.风场概览:可以通过矩阵型、环线型、列表型、地图行四种模式查看整个风场的运行状态。通过不同的显示方式，可以总观风场的全局风场状态和全局风场运行参数。风场状态包括：风机数量、发电台数、启动台数、故障台数、限功台数；全局风场运行参数包括：当前风速、总有功功率、总无功功率、总发电量、电网AGC、电网AVC、风场AGC、风场AVC等；

       矩阵型：矩阵型将整个风场风机按编号进行展示，展示内容包括：每台风机的运行状态，通信状态，总发电量、有功功率和故障码；

       环线型：环线型是根据风场组网方式，将同一环网内的风机组织到一个环线上显示。单台风机除显示运行状态，通信状态，总发电量、有功功率和故障码内容外，还另外增加了对该环线的统计数据。包括：环线内所有风机的总发电量、总有功功率、总无功功率和风机运行状态的统计；

       列表型：列表型是以表格并配合查询条件进行显示，其显示的内容包括：每台风机：电网运行时间，人工停机时间，故障停机时间，发电时间，有效风小时数，总发电量，当前工作模式，无功设定状态，限功运行状态等。在列表状态下，可以更细致的比较多台风机的运行情况；

       地图型：以地图的方式标定每个风机和风场的地理位置信息，可以从全局上观察每个风场和风机的运行状态和分布情况。在地图模式下，支持放大、缩小、设备名称标定和快速筛选等操作，也可以通过单击地图上的某台风机图标，查看该风机的详细运行参数；

       3.风机监视：可以查看单个风机运行的详细信息和对风机进行远程控制操作。根据风机的组成和监控内容，划分为：通用状态、变流器、电网数据、机舱、偏航等分组显示。远程控制包括：启动、停机、复位、有功设置、无功设置、功率因数设置、时钟同步等。在此功下，还提供了包括：该风机的实时告警信息和重要参数的秒级数据追踪；

       4.风机控制：可以进行整个风场、单个环线、单个风机、多个风机集中模式的控制操作。其中，控制指令的下发支持双重密码验证，避免误触和保证控制指令的合法操作。也支持批量操作，包括：加锁、解锁、复位、启动、停机；

       5.历史数据：可查看时间段内风机运行的状态曲线；

       6.报警记录：可以查看风机、整个风场、系统的报警记录；

       7.快照记录：可查看报警前后5分钟的详细运行数据；

       8.日志管理：可查看系统日志、风机运行和控制日志；

       9.报表管理：可进行自由统计查询和报表导出查询；

       10.档案管理：整个风场的初始化配置，包括风场信息、组建信息、风机类型信息、环线配置信息、风机配置信息；

       11.工程管理：可以查看风机的通信状态；

       12.系统设置：可进行账号管理、角色管理、系统菜单设置。

五、风电场能量管理

       风电场能量管理是对风电场中的风力发电机组进行有功功率、无功功率控制，实 现整个风电场的总有功功率、总无功功率快速跟随电网或风电场调度目标值，达到自动调节上网功率的目的。同时，包括风电场限电损失统计、风电场理论功率、风电场可用功率，以及大风、小风、待风等机组状态的推算功能，并且提供OPC 、Modbus TCP标准协议接口。
       能量管理平台提供通信接口(如:协议、地址)、通信速率、分辨率、展示数量等预设参 数的自定义配置功能，提供有功功率或无功功率控制模式、调节比例、闭环参考点、调度周期、速率限制等系统参数的动态配置功能。

       1）系统提供实时监控功能， 可在能量管理平台主界面上显示风场的实时运行数据， 能够在主界面上显示有功控制及无功控制的投退状态，并可在主界面上进行有功控制及无功控制功能的投退。
       2）可根据当前风电机组的运行情况和设定的接收调度情况，计算出风场有功功率 设定上限、 风场有功功率可调上限、风场无功功率设定上限/下限值、总有功功率/无功功率设定值等。
       3）可实现风电场功率变化率的设置，对风场无功控制上下限进行设置。
       4）可对单台或多台机组设置为样板机、禁止有功调节、禁止无功调节等状态，在 机组详细界面实时显示机组工作模式、通信状态风速、有功功率等运行参数的展示。
       5）可对部分参数进行参数配置，如闭环参考点、闭环参考模式、控制死区、控制偏移量等常用参数。
       6）可自动保存接收到的全场功率指令、下发的单机功率指令、风速、当前功率、风机状态、调度状态等数据，数据可导出。
       7）可上传给调度中心基本风机运行数据：风速、有功功率、风机状态、无功功率、全场理论功率、全场可用功率等。
       8）有功功率自动控制：根据接收到的电网有功功率设定值自动调节风电场机组的有功输出， 使有功功率控制在限定值，控制误差小于 3%。
       9）无功功率自动控制：在接收电网调度时， 系统根据无功功率调节方式（接收总无功功率、接收单台无功功率、接收功率因数）进行无功功率调节。

六、总结

       风电跨平台SCADA监控系统按照灵活的部署设计，可部署于Windows Sever 2016、Linux（CentOS 7）、Unix、中标麒麟国产操作系统，采用B/S网络架构，支持Chrome、Safari、Firefox、IE11浏览器，支持时钟同步等功能；
       该系统满足监控风机数量不低于300台，且适用于不同机组混装、不同组件混装，可在一套监控软件上实现不低于300机组的监控，但允许服务器软件实现分布式布置，可配置多套单台服务器，同时单台可监控机组数量可达到100台（单台监控机组数量可根据具体项目进行数量调整），数据采集、显示刷新频率不高于1秒；
       该系统满足模拟量数据存储采用秒级及分钟级存储，其中，故障前后5分钟内的秒级数据要求永久保存，其余秒级存储数据要求在数据库中保留3个月，以便数据分析使用；布尔量数据采用逢变则存的方式。秒级存储数据查询及报表根最小颗粒度为1秒，可根据不同时间步长查询显示模拟量数据；分钟级存储的数据查询及报表最小颗粒度为1分钟，可根据不同时间不长查询显示模拟量数据；布尔量独立查询，不与模拟量一起混合查询；
       该系统满足为风功率预测、上级调度系统、业主自建监控中心、甲方数据中心、在线振动监测系统、视频监控系统、自动消防系统、箱变监控系统、空气密度仪、升压站等第三方系统预留通讯数据接口，上传风力发电机组相关信息并接收相关指令。