风电场及远程监控自动化管理系统.docx
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风电场及远程监控自动化管理系统
风电场及远程监控自动化管理系统
一、系统概述
风电场及远程监控自动化系统采用分层分布的体系结构，整个自动化系统分为三层：
风场控制层、区域控制层和集中控制层。
风场控制层设在风电场现场，为风电场运行与管理提供完整的自动化监控，为上级系统提供数据与信息服务；区域控制层设在区域风电场中央控制室，负责所辖风电场运行状态的监视与管理，为集中控制层提供数据与信息服务；集中控制层作为总部或集团的风力发电监控中心，全面掌控所有风电场运行状况，统筹资源调配。
建设风电场及远程监控自动化系统，实现各风电场设备的集中监视和管理，对提高公司综合管理水平、优化人员结构、提高风电场发电效益等十分重要。
提高风电场自动化水平
无人值班少人值守是风电场运营模式的发展方向，对风电场的设备状态、自动化水平、人员素质和管理水平都提出了更高的要求，是风电场一流的设备、一流的人才、一流的管理的重要标志，建立可以实现风电场及远程监控自动化系统，是实现风电场无人值班少人值守的必要条件，对全面提高风电场自动化水平有极大的促进作用。
提高风电场群的经济效益
设置风电场及远程监控自动化系统，建立与当地气象部门的联系，根据气象部门对未来时段天气预报的预测信息，制定风电场在未来时段的生产计划，合理地安排人员调配和设备检修计划，使资源得到充分利用，提高风电场群的经济效益。
提高风电场群在电网中的竞争优势
随着风电场群规模的日益扩大，风电发电量在电网中占的比重将越来越大，通过建立风电场及远程监控自动化系统，对各风电场的发电状况进行预测，并上报电网公司，以利于电网公司电力调度计划的制定，提高发电公司在电网中的竞争优势。
提高公司管理水平
由于风电场群具有风电场设备多且分布分散，地处偏远的特点，如果对每个风电场单独进行管理，需要消耗大量的人力物力。
设置风电场及远程监控自动化系统，实现风电场群的集中运行管理、集中检修管理、集中经营管理和集中后勤管理，通过人力资源、工具和备件、资金和技术的合理调配与运用，达到人、财、物的高效运作和资源的优化利用，保障实现风电场群综合利用效益最大化。
提高风电抵御风险的能力
根据风电的特点，风电的发电状况极大地受制于当地的气候条件，恶劣的天气状况会影响风电场的安全运行，并对风电场设备造成一定的破坏。
建立风电场及远程监控自动化系统，制定各种气候条件下的防灾预案，根据收集到的各风电场所属区域的气象预报信息，对于可能到来的灾害性天气，尽早启动防灾预案，对保证风电场的安全运行、减少灾害损失十分必要。
通过风电场及远程监控自动化系统，将所属的遍布各地的风电场或其他新能源项目集成为一个网络，建立一个功能完善、技术先进、性能良好的可靠、安全、稳定的综合自动化系统，实现对所属风电场或将要开发的其他新能源进行统一监视、控制及管理。
二、系统设计原则
1、设计原则
风电场及远程监控自动化系统的设计遵循以下原则：
1）实现对风电场群的统一管理
风电场群的运行管理涉及面广，涵盖多个专业，为使风电场发挥最大的综合利用效益，保证风电场安全可靠运行，必须对风电场群实行统一管理，对风电场群综合利用的各个方面进行有效的协调，实行统一指挥、统一调度、统一管理。
2）实现对风电场进行的集中监控
在风电场逐步推行“无人值班，少人值守”，设置风电场及远程监控自动化系统，既可以适应风电分散及管理的需求，又可以简化风电场计算机监控系统硬件及软件设施配置及运行维护人员配置。
3）具有高度的灵活性和可扩展性
4）设计依据
（1）风电场及远程监控自动化系统遵行的技术标准
美国国家标准局
ANSI
美国信息交换标准码
ASCII
美国材料和试验学会
ASTM
美国国家电气制造商协会
NEMA
电气和电子工程师协会
IEEE
国际电工委员会
IEC
国际标准化组织
ISO
国际电报和电话咨询委员会
CCITT
绝缘电缆工程师协会标准
ICEA
中华人民共和国标准
GB/DL
美国机械工程师协会
ASME
国际电信联盟
ITU
（2）规程规范
《地区电网调度自动化设计技术规范》
DL5002
《电力系统调度自动化设计技术规范》
DL5003
《水电厂计算机监控系统基本技术条件》
DL/T578
《水力发电厂计算机监控系统设计技术规范》
DL/T5065
《水力发电厂自动化设计技术规范》
DL/T5081
《计算机软件开发规范》
GB8566
《水利水电工程通信设计技术规程》
DL/T5080
《电力系统通信自动交换网技术规范》
DL/T598
《电力系统调度通信交换网设计技术规程》
DL/T5157
《工业电视系统工程设计规范》
GBJ115
《视频安防监控系统技术要求》
GA/T367
《会议电视系统工程设计规范》
YD/T5032
《窄带会议电视系统和终端》
ITU-TH.320
《电气装置安装工程施工及验收规范》
N-ISDNGBJ232
《安全防范工程程序与要求》
GA/T75
《电信专用房屋设计规范》
YD/T5003
《通信用高频开关电源》
YD/T1058
《通信机房静电防护通则》
YD/T754
《计算站场地技术要求》
GB2887
《电子计算机机房设计规范》
GB50174
《建筑物防雷设计规范》
GB50057
《计算站场地安全要求》
GB9361
《建筑内部装修设计防火规范》
GB50222
5）系统主要任务
（1）建立发电预测及运营系统
根据气象部门的气象信息，并结合风机在各种气候条件下的运行模型，对风电场在未来时段的发电状况进行预测，并上报电力调度系统。
建立生产管理决策支持系统，建立以生产管理为主线、以决策服务为目的、面向生产全过程的、具有辅助决策和预测功能的生产管理信息系统，充分利用已有的信息资源，运用各种管理模型，对数据进行加工处理，为管理决策提供必须的准确及时的信息，支持管理决策工作。
（2）建立风电场发电调度及监控系统
根据电力调度部门提供的发电计划，对各风电场进行发电调度。
并准确、及时、全面的收集各风电场运行管理所需的各种信息，包括风机运行信息、升压站设备信息、继电保护及故障信息等。
对收集的信息进行分析、处理、存储，并按管理部门要求及各风电场的运行要求，对风电场的相关设备进行集中监视、控制及管理，确保各风电场所有机电设备安全、可靠运行。
（3）建立远程数据通信系统
实现风电场及远程监控自动化系统与各风电场计算机监控系统、风电场监控图像系统的数据传输。
（4）设立程控汇接交换机
建立该交换机与各风电场程控交换机、总公司程控交换机之间的中继，将其纳入总公司程控交换系统。
（5）整合风电场现有子系统
风电场运行涉及的设备众多，存在多个子系统，并独立运行，增加了运行维护的难度。
风电场自动化系统采用先进的控制与通讯技术，将现有的主控、箱变、升压站、无功控制、视频安防等系统进行整合，为用户提供功能完备、操作简便的“单一系统”，降低运行维护的难度，提高自动化及管理水平。
三、系统总体构架
1、系统安全区与安全防护
风电场及远程监控自动化系统的业务内容包含远程监控、远程图像监控、生产管理信息系统，为了确保风电场及远程监控自动化系统及调度数据网络的安全，抵御黑客、病毒、恶意代码等各种形式的恶意破坏和攻击，特别是抵御集团式攻击，防止电力二次系统的崩溃或瘫痪，依据国家电力监管委员会[2006]第34号令《电力二次系统安全总体方案》的要求，风电场及远程监控自动化系统的业务进行安全区及必要的安全防护，以保证风电场及远程监控自动化系统和通信数据网的安全。
2、系统总体结构
远程监控系统地理分布广阔，是一个跨地区、多业务的大型自动化系统，整个自动化系统采用纵向分层、横向分区的体系结构。
系统在纵向层次上分为3层：
上级管理层（对应集团公司）、远方监控层（对应区域运营管理公司）、厂站监控层（对应各风电场中央控制室）。
远方监控层在横向上又根据监控业务的性质、时效性、重要程度的不同等划分为生产控制区和管理信息区。
远方监控层将设置远程监控系统、生产管理信息系统、远程图像监视系统，其中远程监控系统可通过光纤及卫星双通道实现与各风电场的信息交换，采集各风电场现场设备的生产信息进行集中监视，并对主要的开关设备进行远方控制，此外远程集中监控系统留有与上级管理部门的通讯接口，在需要时可通过该系统向上级管理部门传送信息；远程图像监视系统通过光纤通道采集各风电场的图像信息并对采集的图像进行监视。
四、风电场监控系统
1、监控对象及外接系统
监控对象为风电场所属：
1）风机
2）箱变
3）其他辅助设备
4）升压站设备
主要外接系统：
1）上级管理部门，如省级调度系统
2）远程监控系统
2、系统构成
1）风机主控系统
风电主控系统是为变速恒频兆瓦级风力发电系统配套的主控系统，可以在一定的范围内通过协调控制风轮机、机械传动系统、发电机、变流单元等风力发电整机部件，实现自然风能----机械能---电能的转换，达到电能的可靠、稳定输出以及最大风能的捕获和提供。
由于在这个转换过程中，自然风能的外部输入是不可控的，因而通过主控系统可以在一定范围内通过风力机桨叶系统的调节（输入）和变流系统输出功率的调节达到最大风能转换和可靠、稳定输出功率的效果。
所有信号将通过光缆传入风电场监控系统。
2）升压站监控系统
变电站要求以计算机站控系统为核心，对整个变电站系统实现遥测，遥信，遥控，遥调功能。
系统可以根据电网运行方式的要求，实现各种闭环控制功能。
实现对全部的一次设备进行监视、测量、控制、记录和报警功能，并与保护设备和远方控制中心通讯，实现变电站综合自动化。
风电场通讯层采用工业光纤以太环网结构。
综合自动化根据需要也可采用双网冗余结构。
升压站通讯服务器负责与相关调度系统的信息交换。
3）箱变控制系统
风力发电作为可再生能源的主要利用形式，所建成的风电站具有其自身的特殊性。
最显著的就是发电单元布置较为分散且数量众多，距离集中升压变电所位置较远，需就地经升压变电站升压后传送至集中升压变电所。
因此箱式变电站作为升压输电的重要设备，其安全可靠、节能环保、运行维护等综合性能对提升风电成套装备的整体技术指标尤其重要。
因此，在普通箱式变电站的基础上还增加了智能化功能，对高低压设备配备相应的传感装置，利用稳定可靠的测控装置将电气一次、二次信息、风机控制信息纳入集中监控系统中，减少日常维护成本，提高风电站的自动化管理水平及运行可靠性。
信号可通过光纤或PLC的方式传入。
4）系统接入（SVG）
SVG是一种用于动态补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小变化的无功进行快速和连续的补偿，其应用可克服LC补偿器等传统的无功补偿器响应速度慢、补偿效果不能精确控制、容易与电网发生并联谐振和投切震荡等缺点，显著提升风电场接入点的电网稳定性及安全性。
其基本原理是指将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
5）气象预报系统
气象预报系统，收集到的风电场所属区域的气象预报信息，对于可能到来的灾害性天气，制定各种气候条件下的防灾预案，以保证风电场的安全运行、减少灾害损失。
同时，气象预报系统还可对制定风电场在未来时段的生产计划，合理地安排人员调配和设备检修计划提供支持。
6）安防视频监控系统
图像监控系统是一种全天候、全方位的实时监视设施，使运行调度人员扩大观察视野，随时掌握风电场设备运行、安全防范等实时情况，并可同时对每个现场场景进行实时录像，以便进行事故预防与分析。
为提高企业运行管理水平，适应电站“无人值班、少人值守”的运行管理方式，图像监控系统将作为一种现代化的监视手段，为风电场内各项生产设施的安全运行提供保障手段。
五、远程监控系统
1、系统功能
远程监控系统主要实现对所属风电场生产设备的数据采集、监视和控制等，并满足上级调度部门通过本系统所属各风电场实现四遥（遥信、遥测、遥调和遥控）的功能。
1）数据采集及处理
（1）数据采集功能
接收各风电场计算机监控系统上送的风机及其辅助设备的运行状态、运行数据、报警代码等信息；
接收各风电场升压站计算机监控系统上送的升压站设备的实时运行数据；
采集各风电场关口电能计量表计上送的实时电能量数据；
接收操作员手动登录的数据信息。
（2）数据处理功能
对接收的各类数据进行可用性检查；
生成数据库；
对接收的数据进行报警处理，生成各类报警记录，并能进行声光报警以及电话或短信提示；
生成历史数据记录；
生成各类运行报表；
生成各类曲线图表；
具有数据统计能力，汇总风机运行时间、有功、无功、可用功率、电量累计、统计与分析，设备故障报警统计与分析等。
具有事件顺序记录的处理能力。
2）安全监视功能
安全监视是远程监控系统的重要功能之一。
正常运行时，值班人员可通过系统的人机联系手段，对所属风电场各类设备的运行状态和参数进行监视管理。
安全监视对象包括：
（1）风机及其辅助设备、升压站设备等的运行状态和参数、运行操作的实时监视。
包括系统电压监视、发电监视、负荷监视、输电线潮流监视、设备运行状态监视等。
（2）各风电场计算机监控系统运行状态、运行方式及系统软、硬件运行状况监视。
（3）风电场其它运行信息的监视
3）画面显示
通过远程监控系统主机显示风电场各种信息画面，显示内容主要包括全部风机的运行状态，发电量，设备的温度等参数，各测量值的实时数据，各种报警信息，计算机监控系统，网络系统的状态信息。
4）报警及记录
当设备运行状态发生变更或参数超越设定值等情况发生时，对发生的异常情况进行记录，并发出声光及语音报警，及时报告运行人员，并可通过电话向场外人员报警。
（1）事件顺序记录
事件顺序记录量包括断路器状态、重要继电保护信号等。
当远程监控系统收到各风电场的SOE记录时（主要是升压站断路器及重要的保护动作信号），系统立即按事件发生的时间（年/月/日/时/分/秒/毫秒）顺序予以记录。
自动显示报警语句，指明事件名称及性质，启动语音报警。
远程监控系统能将各风电场主要设备的动作情况按其发生的先后顺序分别记录下来，以便查询与分析。
（2）故障及状态记录
远程监控系统采集各风电场的各种重要的故障及状态信号，一旦发生状态改变将记录并显示故障名称及其发生时间。
（3）参数越限报警与记录
远程监控系统对运行设备的某些重要参数及计算数据进行范围监视，当这些参数量值超过预先设定的限制范围时，产生越限报警，并进行自动显示和记录。
（4）语音报警、电话自动报警及查询
风电场及远程监控自动化系统值班人员可对系统数据库进行设置、定义发生哪些事故时，监控系统需要进行语音报警和电话自动报警，若需要电话自动报警时可顺序设置若干个电话号码或手机号码，当发生事故时，系统能根据设置情况发出声光、语音报警信息，并自动启动电话和传呼系统进行报警；系统还提供电话查询功能，可通过电话查询当前电站设备运行情况。
（5）电气主设备动作及运行记录
远程监控系统可以对各风电场主要电气设备的动作次数和运行时数等加以统计和记录，以便考核并合理安排运行和检修计划，包括风机运行时数、断路器的合闸次数、正常跳闸次数、事故跳闸次数等。
（6）操作记录
远程监控系统可对各种操作进行记录，其中包括风机状态变化，断路器和隔离刀闸的合、跳闸，主变中性点刀闸的分、合等操作的记录。
（7）运行日志及报表
远程监控系统能按照值班人员的管理和要求生成和打印运行日志和报表，包括电气量参数报表，非电气量参数报表，发电量统计报表，综合统计表等。
报表打印方式有定时自动打印、随机召唤打印等。
5）控制功能
（1）风电场控制系统层次
风电场控制系统采用分层分布式体系结构,整个控制系统分为三层:
现地控制层：
布置在风机控制箱/柜/室内，就地控制和了解器件的运行和操作，并将有关数据传送到中央控制室。
厂站监控层：
在风电场中央控制室内设置有计算机监控系统，在风电场中央控制室内，能对风电场所有器件及送变电设备进行集中控制。
远方监控层：
根据需要布置在远方的监控中心，远方监控中心可以通过广域通讯网络与各风电场中央控制室主机进行通信，对风电场设备进行监控。
（2）控制方式设置
远程监控系统的控制方式适用于对风电场设备的控制与操作，包括自动和操作员手动控制，分为“远程监控”和“风电场监控”两种方式，该控制方式的切换按各风电场分别进行。
当某个风电场处于“远程监控”方式时，由风电场及远程监控自动化系统操作员通过远程监控系统对风电场设备进行远方实时控制和安全监视，风电场操作员只能监视本风电场设备的运行状况，不能进行控制操作；当某风电场处于“风电场监控”方式时，该风电场设备仅受本风电场计算机监控系统控制，不接受远程监控系统的控制命令。
控制方式的切换由风电场操作员或风电场及远程监控自动化系统操作员进行，切换权限按风电场、风电场及远程监控自动化系统的顺序由高到低排列。
（3）控制操作
当风电场处于“远程监控”控制方式时，风电场及远程监控自动化系统操作员可通过远程监控系统对风电场升压站设备进行远方控制，控制操作包括：
断路器的投、切，隔离刀闸的合、分等。
6）电能计量管理
设置电能计量数据服务器，采集各风电场关口计量表计上送的电能量数据，并对采集的电能量数据进行统计、处理及综合分析，对电能量数据进行远程抄表及存储，以便为相关部门提供运营、电力市场交易及公司考核管理提供所需的信息。
7）操作权限管理
具有操作权限等级管理功能，当输入正确操作口令和监护口令才有权限进行操作控制，参数修改，并将信息给予记录。
并具有记录操作修改人，操作内容的功能。
2、系统通信
远程监控系统具有与风电场风力发电机计算机监控系统通信功能，采集风电场风机的运行信息，并对其进行监视。
采集升压站设备的运行信息及保护装置动作信息，并可对开关设备进行远方控制操作。
远程监控系统通过正向物理隔离装置与综合管理信息系统接口，以便向综合管理信息系统传送风电场生产运行信息。
远程监控系统具有与GPS时钟同步装置的通信功能，接收GPS时钟同步装置的对时信号，实现系统内部的时钟同步。
3、系统诊断
为提高系统的可利用率和可维护性，远程监控系统提供完备的诊断功能。
对于计算机及外围设备、人机接口、通信接口及网络设备的状态，诊断软件能进行周期性诊断、请求诊断和离线诊断。
系统在线诊断时，不影响系统的监控功能。
4、系统总体结构
1）概述
为提高风电场监控系统的可靠性，整个风电场监控系统采用分层分布式的体系结构，即分为就地控制层、中央集控层和远方监控层，每一层的系统又采用功能分布的体系结构，即系统功能分布在系统不同的功能节点计算机中，每个功能节点严格执行指定的任务，并通过网络实现互联。
对于重要的功能节点，计算机采用冗余配置。
2）系统网络结构
远程监控系统采用快速以太网传输技术。
以100M/1000M以太网交换机构建的高速局域网络，网络传输速率不低于100Mbps，为自适应式，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3U标准，网络信道采用双网冗余结构，传输介质为双绞线和光纤。
系统通过路由器与外部系统接口，实现与风电场计算机监控系统的通讯，并预留与上级管理部门的通讯接口。
3）系统对外通讯
远程监控系统对外通讯包括与所属风电场的通讯和与上级管理部门的通讯，具体内容如下：
（1）与#1风电场计算机监控系统的通讯
（2）与#2风电场计算机监控系统的通讯
.................................
远程监控系统将与电站监控系统通讯，通讯链路采用冗余通道，一路为2M光纤通道，另一路为64k的卫星通道；接口采用纵向加密认证装置+路由器方式。
（3）与上级管理部门的通讯
系统预留与上级管理部门及相关系统的通讯接口，可根据应用需求灵活配置。
（4）与将来新建风电场计算机系统的通讯
系统预留与新建电站计算机监控的通讯接口，接口数量不受技术限制。
4）系统硬件配置
根据远程监控系统功能及应用设计要求，系统主要硬件配置如下：
名称
数量
单位
说明
实时数据服务器
2
套
实时数据采集，数据处理，实时数据库更新及管理，系统时钟管理等
操作员工作站
2
套
用于运行各种人机接口软件。
运行值班人员通过操作员站实现对风电场监控对象的监视、控制及管理等各项事务。
工程师工作站
1
套
用于完成系统维护和管理，软件的开发与维护以及各种编辑设置功能。
培训工作站
1
套
用于操作人员培训、维护培训、事故处理培训等
通信网关
2
台
负责处理与外部系统的信息与数据交换
语音报警机
1
台
用于被监控对象发生事故或故障时的语音报警和电话语音报警，以及监控对象运行状况及事故故障信息的电话查询及事故自动短信功能
报表工作站
1
台
负责报表数据的采集及计算、报表的编辑、显示管理及打印等
生产信息查询服务器
1
套
用于风电场生产管理、设备检修用途的数据采集、处理、归档、历史数据库的生成、专储等；为生产信息管理系统提供数据
监视终端
选配
台
用于相关管理人员浏览、掌握电站生产运行情况。
终端可实时显示操作员、报表工作站内容
纵向加密认证装置
1
套
采用认证、加密、访问控制等技术措施，实现数据的远方安全传输以及纵向边界的安全防护
硬件防火墙
1
套
根据网络结构、安全策略控制出入网络的信息流，具有较强的抗攻击能力
主干网交换机
2
套
构成远程监控系统的主干网络
外部介入交换机
2
套
用于外部数据及系统的接入
路由器
若干
台
用于与各风电场及上级管理部门的通信通道
大屏幕显示屏
1
套
显示监控及图像监控画面
GPS时钟同步装置
1
套
用于系统设备的时钟同步
打印机
若干
台
便携计算机
若干
台
用于系统及网络调试与维护
UPS电源
2
套
用于系统及网络设备的供电保障
5）软件配置
风电场远程监控系统配置丰富、完整的系统软件、支持软件及满足功能要求的应用软件。
6）系统软件
（1）操作系统
（2）语言编译器
（3）文件管理
（4）系统自诊断、自恢复软件
（5）网络软件
（6）其他系统软件
7）支持软件
系统具有系统生成、软件二次开发、系统运行和维护的各种工具软件
（1）数据库管理软件
（2）交互式数据库编辑工具
（3）交互式画面编辑工具
（4）交互式报表编辑工具
（5）其他工具
8）应用软件
系统提供完成所述功能的成套应用软件。
应用软件采用模块化设计，每个应用程序作为独立的单元运行，易于维护。
主要有：
（1）数据采集和数据处理
（2）控制及安全监控
（3）人机接口
（4）报警、记录显示、查询及打印
（5）电话语音报警及查询
（6）风电场通讯
（7）系统时钟管理
（8）培训系统
（9）冗余组织与管理
升级会员 