风电发电的风电场集中监控系统方案设计及应用分析

风电发电的风电场集中监控系统方案设计及应用分析

发表时间：2019-08-15T16:28:30.203Z 来源：《当代电力文化》2019年第07期作者：韩永甲

[导读] 当前风电产业特点是高度集中、高电压和远距离。随着风电产业的的不断发展，面对越来越庞大的风电场监控数据量，必须加强对其进行集中监控。

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摘要：当前风电产业特点是高度集中、高电压和远距离。随着风电产业的的不断发展，面对越来越庞大的风电场监控数据量，必须加强对其进行集中监控。基于此，本文阐述了风电发电的风电场集中监控系统工作原理及其主要特征，对风电发电的风电场集中监控系统方案设计及其应用进行了探讨分析。

关键词：风电发电；风电场集中监控系统；工作原理；特征；方案设计；应用

一、风电发电的风电场集中监控系统工作原理

风电发电的风电场集中监控系统一般是对风电场的风力发电机组和场内变电站的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控，使监控中心能够及时准确地了解各风电场的生产运行状况。远程监控系统可以通过网络连接，在PC机上执行和中央监控系统相同的功能，而无需安装任何额外的软件。通过监控系统可以在监控室查看到各风机的详细参数，如电能、风速、风向、气温、风机压力以及风机温度和转速等。还可以查看到历史趋势图，实时趋势图，报警信息，升压站运行状况及报表信息。

二、风电发电的风电场集中监控系统特征分析

风电发电的风电场集中监控系统特征主要表现为：（1）实时监测。远程监控系统能够实现实时监测所辖各风电场升压站内设备的运行状况、实际负荷，以及各台风力发电机的实时运行状态等信息。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，实时掌控生产信息动态。（2）实时数据。远程监控系统具备“四遥”功能即遥控、遥信、遥测、遥调，系统板卡提供了数据接口，直接引入遥测量和遥信量，接入了风机实时运行状态，实现远程实时监控，使远程监控和设备的实际情况同步，提高系统的实用性，同时还提供多种原始操作数据及实现运行报表的自动生成。（3）无限扩充。远程监控系统具有增加新的管控风场功能，通过“系统设置”、“数据组态”、“图形组态”等模块，将该站所有的设备单元输入到图形制作界面，然后在应用系统中绘制好该风场的风机布置图、主接线图及相关的图形并保存，最后进行相关数据配置，该风场即可投入运行。（4）安全保障。集中监控系统中的“用户管理”采用分级设置口令，并加装网关，由后台系统管理员严格按照人员权限维护规定分配生产运行人员操作权限，如升压站内一次设备操作权限，系统浏览权限、操作监护权限等。根据系统管理员对操作人员权限的分配，防止因人员操作不当使系统重要数据丢失。

三、风电发电的风电场集中监控系统方案设计及其应用分析

1、风电发电的风电场集中监控系统方案设计分析。（1）确定集中监控范围：一为所有风电场风机相关数据，有各风机的开关量数据、测风塔数据、测量量的数据等；二为所有风电场视频监控相关数据，有风电场内各摄像头的采集数据；三为所有风电场开关站的遥测数据、遥信，有各相隔的测量量的数据、保护电能量数据等。（2）保障各个相关系统可靠，在所有风电设备在运行的过程中要做到安全性、稳定性、实时性与实用性、系统可靠性的同时还要充分考虑到设备选型、系统配置是否为开放性。（3）从数据网络的方面来看集中监控系统与调度系统一样是平级的两个系统，可同时对风电场运行情况进行监控。对监控中心下达要求及调度命令一般采取通电话的办法，监控中心则根据调度要求执行远程遥控。碰到特殊情况，调度就快速及时地用远程遥控对各风电场进行监控。（4）有完整的监控系统是好的集中监控系统的必备条件。其配上开关站风机SCADA系统、SCADA系统、视频监控系统。达到画面显示功能、数据采集和处理功能、事件顺序记录功能、遥控和操作闭锁功能等良好的效果，同时提高电压管理等。

2、风电发电的风电场集中监控系统网络方案设计。（1）风电场端的网络设计。因为风电场内数据的稳定性、安全性等方面要求各不同，设计上报方式也跟着不同。例如视频数据独立组网，直接接入光端机上报。无功补偿信息、开关站信息本身是IEC103报文，就可选择远动装置进行采集。对于气象测风信息、电能质量在线监测信息、电能量信息、风机监控信息，要进行规约转换装置转换为IEC103报文之后由远动装置进行采集。再运用远动装置将数据分类处理转换为IEC104报文经过路由器及纵向加密一并送往调度与监控中心。（2）远程通信的网络设计。租用电力公司使用的通信通道是各风电场及监控中心都设置有三个2M的独立数字通道。租用电力公司使用的通信通道是由离风电场最近的变电站接入，在最远离监控中心的变电站接出。三个2M的通道供给视频信息、风机信息与远动信息进行使用。（3）监控中心内网设计。监控中心内采用的设计为双网设计，有3个安全区。其中一个区是实时控制区，由1个分机数据服务器、2个监控工作站、1个AGC服务器、1个AVC服务器和1个GPS、2个数据采集服务器、2个风机操作员站组成。历史数据储存、安全监控、人机交互及网络管理功能及4座电场运行界面显示，从而达到风电场无需人值班的理想状态；达到对各风电场设备情况有效监控的目的；提高对特殊状况下的判断能力；各风电场能安全的进行操作；各个风电场运行管理的进一步提高；也做到有效监控其他分析系统及满足应用的需要。

3、风电发电的风电场集中监控系统应用分析。（1）风功率预测。风功率预测是利用物理模型分析与统计模型为基础的预测，风电场未来的输出功率是依据数值天气预报数据及结合风力发电机组运行的情况预测分析出来的。而风功率预测子系统是依据风电场实时有功无功数据与气象部门的数值天气预报数据、测风塔实测气象数据，要对未来某一时段风电场的发电情况进行分析预测是采用的是支持向量机、神经网络等多种计算法，并要及时报予电力调度部门。（2）风电场AGC的应用。当电网频率发生偏差较大时，为了使联络线的交换功率和系统频率能有效维持，各个控制地区应依据本区域内的控制误差来调控本地区内风力发电机组的出力，协调好电网从而进行调频。其电力系统调度依据风功率预测系统发布的风力发电场当前尽可能的最大出力，调度信息要充分考虑到经济能力、运行的安全性等制定出相应的控制发电对策，最后发送风电场出力目标值到风机服务器。风机服务器再依据机组的实时运行工况及控制特性进行目标出力在风机上的分配，使风电场功率调整和跟踪得到实现。（3）风电场AVC的应用。如风电场离负荷中心远，又接入末端电网的情况下，由于受负荷变化和受风力资源的影响，因而电压有较大波动，造成了风电场发电大时电压低和发电小时的电压高的问题越发严峻，电网的安全运行得不到保障。所以实现对无功的自动控制与系统的电压十分迫切。以电力调度下发的控制电压目标值为根据风电场实时运行工况及结合设备的安全因素、电网，利用控制算法产生单台风机的无功输出目标值及场内SVG的无功输出目标值，最后转发到风机服务器、SVG控制器执行、开关站SCADA服务器，实现风电场电压自动调整功能的整个过程就是风电场AVC子系统运行的表现。

结束语

综上所述，风电相比常规能源，其波动较大，随机性也比较大，可预测性偏低，一般情况下风电调度运行不能弃风。因此为了保障风