风电群集控方案

风电场群远程集中控制系统

方案

一、系统建设的必要性

随着我国风能发电技术日益成熟，国家推出了若干政策，鼓励风力发电产业的大力发展。2008年末我国风电总装机容量已经超过1000万千瓦，到2020年的总装机容量有可能为1亿到1.5亿千瓦。但是大规模的风电场建设，不仅给风电公司的运营管理带来困难，也给电网的调度带来很多问题。

吉林白城也不例外，目前并网发电的有义和塔拉、北清河和代力吉三个风场群，随着风电场建设规模的不断扩大，在运行管理中存在的问题也在不断出现：

运营管理的问题：风电场的建设较分散，不同风电场的设备、环境不同，发电出力也不同。公司管理人员随时都要掌握各风场的运行情况，并对不同风场的运行情况相互作比较，掌握全局。而现有的各风电场当地的监视与控制系统显然不能满足要求。

运行维护的问题：因为各风电场相距较远，而每个风场内风机数量很多，各种设备供应商也不尽相同，给维护检修造成一定困难。如果安生部不能及时监视到设备故障的时间，就无法督促检修人员快速修复故障设备，延误了好风的时机，影响了发电量，从而造成经济损失。某风电公司做过估计，因检修不及时造成年损失电量1亿多度，即年损失人民币6000--8000多万元。

人员管理的问题：风电场比较偏僻，地理环境比较恶劣，工作人员长期驻守现场，其工作生活都很不方便，因此不具备吸引人才和稳定人员的

优势。

为了能够解决上述问题，我们提出建设风电场综合监控系统，希望通过该系统能够提高风电场的运行维护水平，帮助公司提高运营效率，从而提高经济效益。

二、可行性

华电国际白城筹建处目前下属三个风电场：义和、北清河、代力吉，有三个风机厂家，两家保护系统提供商，他们的监控系统各自独立。要建立远程控制系统使在远方控制象本地控制一样方便，把主控室从现场迁到通辽，实现集中控制，关键是建立一条安全稳定的通道，建立和本地一样的网络环境，有国网公司的220KV线路上的专用通道，从现场一直延伸到通辽市，为实现风场的远程控制奠定了线路基础。网络通讯系统建成以后，利用原厂家的控制系统实现远程对风机、刀闸等的控制，图像监控信号通过VPN专用通道传递到通辽主控室，实现对风场的远程视频监控，通过对图像、遥测、遥控、控制、调度等信号的集中控制，建立集控中心，可以提高整体管理水平，提高运行人员素质，减人增效，提升公司形象。

三、经济效益、社会效益

经济效益：对于新建的风电场，由于取消了以往分散的当地监控模式，这样可取消或简化风场当地的监控设备，不仅节省了设备成本，而且也节省了因为设备运行而造成的耗能。由于当地不再需要监控设备，也就不再需要或减少用于存放监控设备及运行值班的房间，因而也减少了土建的开支。另外，减少风场的驻扎人员，相应简化生活设施，也相应减少了建设成本。

据保守估算，在风场建设初期按远方集中控制考虑，每个风场可以节省投资200万元。每个风电场减少驻扎运行人员20人，按每人每年10

万元工资算，每个风电场每年可节省200万元工资,三个风场一年节省600万，随着规模的扩大，保守估计，每年可以直接节省人员费用1000万元。

社会效益：通过改善工作人员的工作、生活环境，降低劳动强度，体现了公司坚持以人为本，留住人才、吸引人才的人才政策。

四、设计方案

4.1集控中心实现的功能

通过远程监控系统可以实现对风电场内的所有风机、变电站、视频等信息进行远方监控和管理，也可方便的对多个风场的状况进行对比，找出差距。公司各有关部门领导不必亲临现场即可及时了解分布于各地的风电场的当前生产运行状况，实时掌控风场设备的运行状态，掌握各风电场的实时发电量等各风电场的实时运行情况。风场实现“无人值班、少人值守、区域检修”的管理模式。

生产运行监测：系统可以实时监测公司下属各风电场的实时运行工况，实时负荷、各风电场的实时负荷，以及各台风力发电机的实时运行状况等实时生产情况。生产状态实时监测与显示功能采用地图、表格、棒图、饼图等多种方式进行实时信息的表达和数据的显示。

生产控制：远程集中控制系统按照风电场为单位进行分组管理，各风场之间的功能相对隔离。每个风场的控制又分为风机的控制和变电站设备的控制两部分。可以实现集中的生产调度控制。

风机的控制：运行人员通过远程控制系统可以控制风场每一台风机的各种动作，如启动、停机、紧急刹车等。

升压站设备的控制：运行人员通过远程控制系统可以控制变电站各设备、刀闸分合的动作。

视频图像控制：运行人员可以在远程控制现场摄像头、红外、云台等监控设备的动作。

电能计量：远程监控系统配置电能计量功能，系统通过远程无人自动抄表自动采集各个风场关口和风机出口的电表数据，并对采集到的数据进行分析处理，实现各个风场、全公司总发电量和上网电量的实时查询分析，并自动生成各风场、全公司的日电量、月电量、季电量、年电量的报表。

设备故障告警与分析：当设备运行状态发生变更或参数超越设定限值时，远程监控系统能够对发生的异常情况进行记录，并发出声光告警，及时报告值班人员。

运行优化与维护管理：远程监控系统可以对风场风机设备在运行中的实时性能进行分析，结合风力预测，机组出力预测，对风机的运行进行合理优化，并对运行人员的运维工作进行量化考核，也可对风电场的设计，风资源的评估，设备选型提供有效的理论依据。

系统通过分析各个年度、季节、月份的风力数据，研究各型风机随季节变化的出力规律，制定合理的定期维护工作计划，减少风力资源的浪费，提供风场经济效益。

生产报表：系统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进行统计，供用户查询和打印。

系统自诊断：系统提供完善的自我诊断和维护管理功能，可以完成电站侧数据点组态和运行状态监视，显示厂站通讯状态及主站工作状态。通过它可以实现对系统的维护，及时发现故障并排除，提高系统的可利用率和可维护性。

4.2、集控中心接入设计

为了保障网络的畅通和方便统一调试管理，对网络的接入设备品牌型号和路由路径做统一要求。

4.2.1组网方案：系统分为集控中心主站和风电场侧子站两级。

第一级：设在白城市的集控中心主站，由各种计算机、服务器、存储设备、网络等设备组成。

第二级：各个风电场子站。即在每个风电场侧设置通信连接设备，用于将风机、变电站运行数据，以点对点的方式传送至集控中心。

由于集控系统最终是要实现控制功能，这就必须要考虑到安全性问题，按照电力数据安全防护区域划分，系统属于一级区域，所以，主要设备路由器、交换机、防火墙等备份，从各风场到监控中心的通信通道必须使用专用通道。租用电业局的线路，电业局到华电吉林白城机房的这一段租用通信运营商的线路或电业局给铺设线路租用。可以在4条2M带宽下，同时传输风机、变电站设备、继电保护系统数据。

系统构成：系统主要由服务器、路由器、防火墙、光端机、操作员站、通讯网络、数据库、控制软件等组成。

服务器：服务器用于存储采集到的实时数据及其历史数据，作为现场数据的备份数据，并为各相关系统提供数据查询统计分析服务，是系统性能提升的核心。服务器采用高性能、高可用性、升级便捷和维护方便的企业级服务器，为全厂提供一个高速度、大规模、大容量的统一规范的数据服务平台。

操作员站：设备选型要高性能、高可靠性、高稳定性，它是远程监控的核心，操作员站和值长站用以监控各风场的生产运行情况，对相关设备进行操作。

通讯网络：系统采用快速以太网或其它开放性高速网络作为信息传递和数据传输的媒体，监控管理中心与下属风场之间通过租用专用网络通道进行连接，对网络可靠性、安全性进行充分认真设计。

4.2.3 软件主要功能：

系统采集风场风机系统及变电站系统各种设备的实时运行数据，并实时传输到远程监控中心控制主机，对数据进行各种有效性及可用性等处理后与各单元进行数据发布与交换，并存储到实时数据库，为后期的数据统计及分析提供支持。

软件主要包括（除去华电国际统一的多业务平台）

实时数据模块，主要的生产实时数据包括：负荷、功率、有功、风速等，负荷曲线；风机矩阵图等，用一个专用数据库服务器实现。可以切换到大屏幕实现。实时数据系统实现的主要功能如下：

SCADA功能

1．数据采集

①模拟量(有功功率、无功功率、电流、电压等)

②数字量(频率)

③状态量

④可接收远方故障录波装置发来的故障录波

⑤接收保护开关状态量

⑥接收保护定值信息

⑦接收保护故障动作信号

2 、数据通信

①与RTU通信，可接收模拟、数字两种信号；

具有通信规约库（支持CDT，POLLING等规约，如：新旧部颁规约，

SC-1801，MB88，μ4F等目前国内所有类型的RTU规约以及各种转发规约）；

可以通过网络设备如路由器，以TCP/IP协议直接接收网络RTU实时信息。

②支持远程网络计算机通信方式；

③与管理信息系统MIS通信；

④支持光纤通信。

3、数据处理

对实时数据进行加工，加工后的数据放在历史数据库中，主要处理内容包括：

①遥信处理：遥信变位的处理

②遥测处理：合理性检验

③实现系统功率总加及电量总加，功率因数的计算。

④完成24小时的整点数据的处理，包括日月年的最大值、最小值、平均值以及累计值及其最大、小值的出现时间。

⑤计算负荷的峰谷，平时的日、月、年的最大、最小值、平均值和负荷率。

⑥完成连续模拟量输出记录，包括电压曲线、负荷曲线、周波曲线、可设置采样密度和显示时间段。

⑦完成各种事故告警处理，处理RTU或微机监控系统送来的事件顺序记录。

⑧电压合格率统计及周波处理。

⑨由实测量计算相关量，如功率因数、视在功率、发电出力、用电负荷、交换功率等。

4、事件报警功能

①开辟报警窗口，根据事件性质、类别等判别事件的严重程度，给出不同的提示并驱动不同的音响和语言报警。

②实时打印事件顺序记录。

③具有事故追忆功能

④当越限告警时，通过报警窗口显示并可根据需要打印。

⑤发生事故时，自动推出有关画面。

5、人机会话功能

①具有多种类型图表，如地理接线图、电网结构图、厂站接线图、潮流分布图和工况图；报警一览表、常用数据表、厂站设备参数表、目录表、备忘录等。画面形式可为多种曲线图、棒形图、饼形图、混合图、模拟表图等，常用画面一键调出。

②采用多窗口技术，允许操作员在工作时操作多个画面。可实现256

层分层画面，具有画面漫游、缩放和动画功能。

③显示内容：实时或置入的遥测量、遥信状态量（开关、刀闸状态，

保护信号、变压器档位信号等）、计算处理量（功率总加，功率因

数等）、电度量、时间、周波、设备信息、统计信息、事项记录和

多媒体信息等。

④可以在接线图上直接查询设备台帐信息、运行参数信息、运行统计

信息等。

⑤可以调用历史接线图，在接线图显示实时数据的同一位置上，可显

示存储在历史数据库上任一天任一整点时刻的数据。具有拼音调图

功能，即可通过组合键调出所需图形。

⑥能以棒图方式显示实时母线电压、功率等量。不同电压等级用不同

颜色区别，采用标么值坐标，并有监视点站名显示、遥测值显示和

上下限超限提示。能以饼图形式显示全区的负荷分配。

⑦可人工设置或修改开关、刀闸状态，接地、检修、停电等标志；

⑧事项浏览器既可以观察实时事项，又可以观察历史事项。所有的事

项归类显示，并且可以浏览某一时段的事项，可对历史事项按多种

方式进行分类索引查阅。

⑨方便的绘图软件提供给用户多种绘图手段。

6．报表处理功能

报表处理模块应实现报表属性设置、报表参数设置、报表生成、报表打印、报表修改、报表浏览等功能。

①可按班、日、月、季、年生成各种类型报表；可根据需要生成典型

或特殊报表；可与接线图、曲线图、棒图、饼图和其它图形混合在

一幅画面中，形成图文并茂的图表。

②具有灵活的报表处理功能，可进行表格内的各种数学运算，运算公

式可在线设置和修改。

③报表格式和报表数据分别保存在服务器中，以Excel的标准格式工

作薄的形式保存，可供系统随时访问或其它系统的Excel访问。

④修改报表数据时可将修改后的数据直接写入历史库。

7．打印功能

系统的打印功能主要包括报表打印、事项打印和图形打印。

①报表打印：此功能由报表子系统完成，可召唤打印和定时自动打印。

②事项打印：此功能由人机会话子系统完成。实时事项可自动跟踪打印，历史事项可通过事项查看器将其调出，进行分类索引后随时打印。

③图形打印：系统可将接线图、曲线、棒图、地理图等以真彩色的形

式打印出来，当图形尺寸超过一页时系统自动将其分页打印。也可指定某幅图形每天定时打印和对多幅报表的成批打印。

8．数据库管理功能

系统的数据库管理功能包含在数据库管理模块中，该模块是系统的核心模块，负责生成、维护系统的描述数据库、实时数据库和历史数据库。

①实时数据库保存在服务器内存中，以满足系统实时性的要求。服务器中的实时信息是经过处理的面向电网描述的数据库，更方便应用。实时数据的访问采用Client/Server技术，客户机通过网络获取其所需要的实时信息，而不需要接收广播信息并各自维持完整的实时库，保证实时数据的一致性，提高数据响应的效率，降低网络负载。同时为建立Intranet网的Web服务器提供技术基础，为其它系统使用通用浏览器直接访问提供技术支持。

②描述数据库负责对电网特性的描述，包括电网设备参数和系统运行参数等，与实时数据库有完备的映射关系。

③历史数据库可以保留一年或多年（与计算机存储资源有关），可保存全部遥测量、电度量的正点数据；以1分钟、5 分钟间隔采样的曲线数据；遥信量状态和动作次数；事项和操作记录；通道状态及通道运行统计数据；主变、补偿电容等电网设备的运行时间和运行率统计；事故追忆数据；事故周波数据等。历史数据库可下载到磁带、可读写光盘上进行备份，备份的历年数据可回装系统使用。

运行控制辅助决策系统，针对东北电网限电策略，开发这套系统，根据风力预测、机组的出力预测，设备健康状况等多种信息，对多个风场进行集中控制，确保风电场的整体出力最大，最大程度的争取发电量，最大

程度地降低运行成本。

生产日志，每日的生产数据。

值长日志，各设备运行情况，发电负荷，发电量。

公司网站，信息公布交流，各模块的集成平台，各应用系统统一管理。

集控站软件，采用产品化的集控站软件，对三个风场的保护、远动、遥控、风机等进行集中控制，提高系统的集成度。。

4.2.4工程的实施分为：线路的租用、设备采购、设备安装与联网调试、软件的开发设计、人员培训几个阶段，为了加快工程进度，线路租用、设备采购、机房和监控中心的装修可以同时进行。在签订合同后，在收到首付款之日起10天内完成设备的采购，设备的安装在10天内完工，联网调试在10内完工。硬件设备整体施工工期在30天内完工。软件开发在60天至90天内完工。完工后设备试运行15天后，无任何故障正常运行15天后交由业主，做设备交接工作。

用通信运营商的专线，或自己铺设线路。在每个风电场安装2台路由器，3台防火墙，一台负载均衡设备，一个机柜。机柜安装位置为：各风场的继保室内。风场内路由器、防火墙、光端机组成两条线路用电业局的通信线路，风机的所有信息和控制指令、调度数据网信息、变电站设备、继电保护等信息和指令、直流和通讯系统等先连接到交换机，交换机连接到防火墙，防火墙连接负载均衡设备，负载均衡设备连接路由器，路由器连接到光端机，光端机链接电业局的通信线路。视频监控图像和办公网信息一起通过VPN防火墙传递到白城中心机房。通过电业局的通信线路连到通辽电业局机房的光端机，从通辽电业局到华电通辽机房租用通信运营商的线路，两端加光端机。中心机房的光端机链接路由器，路由器连接防火墙，防火墙连接千兆交换机，千兆交换机连接到各台电脑。电脑链接大屏幕。

这样保障了白城监控中心对义和、北清河、代力吉三个风场风机的实时监控。

4.2.6集控中心效果图：

集控中心中间放操作台，对面是拼接的电视墙，用于显示风场的风机、变电站设备、继电保护系统、视频的数据，上边是LED显示屏用于显示日期时间，每天风场的发电量，欢迎领导的致辞等。

4.2.7 MIS网络通过网闸从远程监控网（SIS）中取得实时数据，进行数据处理计算，生成生产日报、缺陷管理、统计分析管理等相关的应用系统，作为系统功能的提升和对运行决策支持。又通过通讯运营商VPN 专线输送到集控中心和各分场的主控室，用于日常生产管理。

4.2.8、线路租用

华电国际吉林风电筹建处负责电业局线路的租用，电业局到华电白城机房租用电信运营商的通信线路链接。

4.2.9、设备采购与联网调试

集控中心所用到的设备（见费用清单列表1-1）由清竹电子提供，并负责与风机厂家、金智厂家、南瑞继保厂家、风场的视频监控厂家的沟通协调和设备的互连调试。各厂家需提供自己设备的端口号和IP地址、系统的数据字典。

4.2.10、机房防雷接地保护系统：

随着网络电子化建设的步伐不断加快，电子设备被广泛应用于计算机网络的运行系统中。这些高精密的电子计算设备富含大量的CMOS半导体集成模块，耐过电压电流能力极低，无法保证在特定的空间里遭受雷击时仍能安全运行。感应雷侵入用电设备及计算机网络系统的途径主要有四个方面：交流电源380V、220V电源线引入;信号传输通道引入;地电位反

击以及空间雷闪电磁脉冲(LEMP)等。为了确保机房设备及电脑网络系统稳定可靠运行，以及保证机房工作人员有安全的工作环境，机房的防雷接地是必须要安装的。

接地处理：利用建筑物基础地作防雷地及电源地。现代建筑基础使用大面积钢筋绑扎，柱子主钢筋及四周墙体钢筋直通到达屋顶女儿墙防雷带。其接地电阻值一般都能满足GB50057—94的要求，即≦4Ω。

监控中心的装修要求和机房的装修一样。但是电脑的配电系统在机房内接入。

4.2.11、人员培训及管理制度

调试通过以后，培训1-2名筹建处技术人员，使其能够正确维护通讯设备。

应用系统建好以后，对所有应用系统的使用人员进行培训，保证能够正确熟练使用系统，充分发挥系统性能。

制定适合新型运营模式的管理制度、运行检修制度等。

五、费用估算：

费用清单列表1-1