风电监控系统方案

1　概述

        风电作为无污染的新电源形式近年来得到了迅速的发展。由于风力发电的本身条件限制，风力发电机一般工作于恶劣的环境下，在无人值守的情况下长年运行，因而要保证对其进行实时、可靠的控制。在大型风力发电场，通常需要对几十台或上百台风力发电机进行集群监视和控制，这就要求采用先进的控制技术和通信手段。
 

        在电力系统中，监控与数据采集(SCADA)系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及事故报警等功能。在风力发电系统中应用SCADA，可以保证系统的信息完整，正确掌握风电系统的运行状态，帮助快速诊断系统故障，提高生产效率 。风电场SCADA 系统能对风电机功能进行现场或远程控制，并通过收集风电场的数据，分析和报告风电机的运行情况。武汉舜通智能公司提供的系统方案具有成熟化、模块化、监控软件和核心联网采集产品自主研发的特点，易于实施和扩展，易于根据客户的需求定制化调整，并具有很强的性价比特点。创造了良好的社会和经济效益。

 

2　风电监控系统方案介绍
 

2.1　系统结构

        风机的运行数据，因数据的保密性，在外部用户需要读取风电场各风机的运行数据时，不允许直接从风机读取，需要借助统一的接口服务器对外开放。目前绝大多数风机接口服务器采用OPC作为提供风电场运行数据的公共对外接口。另外，气象数据服务器、产能预测服务器、以及一些具备通讯能力的风电智能终端等，采用的对外接口也是不尽相同，这就给风电远程集中监控带来了很多的障碍。在现阶段，要求各系统或装置厂家均统一实现IEC61850协议或某一适合风电的统一接口协议还存在不小的难度。而QTouch风电监控系统通过灵活配置的插件方式，很好的实现了这种承上启下中间态通信方式与未来统一接口通信方式之间的无缝衔接。
 

       QTouch风电监控系统主要由三大部分组成,硬件设备除显示工作站外，建议都安装在标准机柜内，便于维护及管理。

        （1）站控层设备：包含一台或两台互为主备的综合数据服务器，另外还可以选配一些显示工作站(无人值守中心可不考虑)。

        （2）网络层设备：包含网络交换机、路由器、防火墙、KVM等。

        （3）协议转换器：主要包含OPC转换器以及智能设备通讯管理机。

        系统拓扑图如下所示：

 

 

2.2　系统构成

风电场整体监控系统主要由如下四个方面构成：
 

1、风力发电配电系统

        风力发配电系统与传统的火电相比相对固定简单，配套设施也较少，但环境比较恶劣。一次系统主要由400V到690V的变压器、母线及400V出线组成，二次设备主要是断路器、负荷开关、隔离开关、低压电流保护等组成。风力发电配电系统监控主要是对电力开关、断路器、电流保护实现监控，并对电力线路的负荷、功率、潮流等实现监控。

 

2、风力发电机组系统

        风力发电机组主要的组成部分是：发电机，齿轮箱和主轴承，以及其他部件组成，风机监控系统一般由主机厂配套提供一套监控服务器，SCADA系统可以通过OPC方式获取风机监控数据，如下图所示：

 

风力发电机组由于环境恶劣，距离较远，组成网络困难，一般的监控系统组成如下图所示：

 

 

3、风力发电电能传输系统

风力发电电能传输主要是将电能升压，并网到电网输电系统，并将监控系统数据发送到调度系统，实现并网输电。
 

4、气象及发电效能预警分析系统

气象及发电能效分析系统是风力发电不可或缺的一个组成部分，由于风电收气象的影响严重，因而有效的对气象进行预警和分析，积累长时间的运行经验对生产效率有重大帮助作用。
 

2.3　系统功能
 

1、数据采集：系统远程控制站可提取PLC采集到的数据，包括风速、风向及与此相关的空气压力、空气温度和空气湿度，轴转速，系统运行时间和其他相关数据，并保存历史。这部分T作主要在控制站完成。

 

2、图形界面：系统对采集到的数据进行实时显示。显示方式有图形界面，曲线．报表，数字值等形式，界面直观，操作简单，不同机组采用树形导航切换。图形界面在控制站和中心服务器间

均可以实现。
 

3、报警系统：系统能够及耐显示风电机组运行过程中发生的故障，包括故障前的预警，系统可显示故障的发生时间及故障类型，通过声音、图像以及短信邮件等形式快速反馈到管理人员，以便及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

 

4、故障处理：系统提供故障处理机制，通过预先设置处理办法，解决一些容易出现的常规问题，例如当电压超标的情况下，系统自动开启变压装置，当调节到正常值后，变压装置自动关闭。在显示故障时，能显示出故障的类型及发生时间，并提供多种的提示方式。

 

5、设备管理：系统除了可以对各个风电机组的运行状态进行数据显示，还可以对设备进行操作，如开停机组、手，自动控制以及大，小发电机工作等情况，通过各个风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。

 

6、电力管理：系统能够对风电机组实现集中控制。并对发电电力进行监控，发电时间，累计发电等，值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置状态和对其实施控制。如开机、停机和左右调向等。该操作同时具有权限管理，以保证整个风电场的运行安全。
 

7、动态增加机组：系统提供动态增加机组功能，真正实现运行时动态增加、修改、删除风电机组，极大的提高了系统监控的运符的连续性和稳定性。动态增加机组需要具有操作权限的人方可操作。
 

3　运行效果介绍
 

3.1　运行界面

运行主界面如下图所示，将整个风电场的风机显示到主画面，单击其中一个风机，则显示当前风机的监控状态数据。
 

 

功率曲线画面如下图所示，对每个风机的功率曲线进行采集、记录和显示，通过实时曲线显示风机的功率情况。

 

 

功率趋势画面如下图所示，对每个风机的功率曲线进行采集、记录和显示，通过趋势曲线显示风机的功率在累积时间的运行情况。

 

 

监控系统提供丰富的报表功能，对风机的运行情况，定期或查询形成报表，通过对报表的查询和打印，便于形成统计记录，分析风机的运作状况。