统一平台的风电场监控系统功能综述.docx

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统一平台的风电场监控系统功能综述

统一平台的风电场监控系统功能综述

徐长安

（中能电力科技开发有限公司）

摘要：

在风电场实际生产过程中，由于国内外风电机组发展水平以及运营商需求不同，具备不同机型的风场需同时运行多种厂家SCADA系统，这些问题导致风场的运营管理成本不断加大，为此研发了一套基于统一平台的风电场监控系统。

本文介绍了该系统的网络结构、系统架构、系统基本功能和高级应用。

该系统集风电场、升压站、测风塔监控与一体，使得风电场的运营管理更加简单高效。

关键词：

风电场；监控系统；风电机组；变电站；测风塔

一、概述

统一平台的风电场监控系统通过与测风塔、升压站和风电机组整机电气控制系统通信，实现对风电场中的风机、测风塔、升压站等设备的运行状态进行监视、控制、记录和统计等功能。

系统还能通过网络向远程数据管理中心传输风电场的各种数据，使远离风电场的管理中心也能及时了解风电场的各种运行工况和运行数据。

二、系统框架

由于各个公司SCADA系统的软硬件环境、平台和数据库都不尽相同，有的按照风电国际标准IEC61400监控通讯标准来设计组网，大部分的主机厂商都是自己建立的一套通讯标准，并不统一。

因此本系统采用模块化分层管理，分为底层的数据通信层、数据库/数据处理层和应用层。

底层的数据通信层采用驱动加载方式，建立一个可接入不同类型风电场设备的通讯接口程序，可以同时加载多种风机、测风塔和变电站等设备的通信驱动程序，并能够进行灵活配置。

（1）网络框架

风电场监控系统主要设备包括：

历史数据存储服务器、数据服务器、操作站、通讯网关等。

获取风机底层数据一般通过OPC/MODBUS等接口或直接与控制器/PLC进行通信，两者可独立完成，也可混合完成。

如图1和图2。

图1OPC方式

图2直接控制器/PLC方式

为提高系统的可靠性，监控系统中应配置冗余的实时/历史数据库服务器，并在可能的情况下配置冗余环形和（或）星型网络。

所有操作员站均可互为备用，对数据较为高级的分析处理功能由应用服务器完成，可根据现场实际需求和条件设置专门的系统监控和制表任务工作站。

（2）软件框架

图3系统功能框架

风电场监控系统主要软件功能模块包括：

风机实时监控，风场实时监控，变电站实时监控，测风塔实时监控，综合报表等。

三、系统主要功能及界面

（1）风场信息监控

1）风场页面

以矩阵、列表、线路等方式显示的风场中所有风机的基本信息，其中列表方式显示包括风机编号、风机类型、风机状态、风速、有功功率、偏航位置、日发电量、总发电量、可利用率，矩阵和线路方式包括以动画方式显风机状态、风机编号、风速、功率等。

●列表显示

图4风电场监控界面——列表显示

●矩阵显示

图5风电场监控界面——矩阵显示

●线路图显示

图6风电场监控界面——线路图显示

2）风机成组控制

支持按线路进行成组启动、停止风机。

可成组全选、反选、单选，操作需对话框确认。

图7风电机组成组控制

3）报警信息

●实时报警列表

实时报警列表提供参看最近发生的1000条报警，超过该限制时，系统自动递进覆盖较早记录（被覆盖记录仍然存储在历史数据里不会被清除）。

实时报警列表如下如所示：

图8实时报警列表

●报警查询

系统提供按下图所示的报警查询显示功能，查询条件包括：

时间段、风场、设备、设备类型、模块、报警级别、取消状态、确认状态等，筛选条件可单选和多选。

系统提供10，000，000点报警记录容器，本地存储，记录满后自动溢出。

图9报警查询

4）汇总信息

●数据趋势查询

提供实时数据和历史数据的查询及趋势展示功能，历史数据设计存储容量为200，000点，本地存储时间20年，数据存储周期1秒，查询周期用户自定义。

历史数据可以.csv格式导出。

图10数据趋势查询

●功率曲线

按照指定的时段，对数据进行分析，绘制功率曲线。

通过和设备厂家提供的额定功率曲线对比，帮助操作员分析设备工作状态。

可以查看平均值、最大值、最小值，有助于发现异常数据。

可以查看每台风机和整个风场的功率曲线。

图11功率曲线查询

●操作检索（操作员日志）

生成在指定时间段内，风场中所有针对各台风机的操作记录。

操作记录可以导出为.csv文件。

图12操作检索

（2）风机信息监控

1）GW风机画面

图13GW风机画面

2）GE风机画面

图14GE风机画面

3）金风机组部件

GW风机：

发电机/电网、变桨/变流、偏航/机舱、温度信息、状态/开关量

图15发电机/电网监控画面

发电机/电网监控画面主要监控信息包括：

发电机输出三相电压电流、有功功率、无功功率，发电机转速，叶轮转速，电网频率，电网功率因数，环境温度，机舱温度，变流器网侧电流、网侧电压，风向角，25秒平均风向角，对风角度，变流器冷却水流量、电机转速反馈、扭矩反馈、扭矩给定值，发电机绕组温度，Topbox温度，控制柜温度，塔底环境温度，电机侧控制器温度，电机侧整流器温度，总发电量，30秒平均风速，300秒平均风速，变流器进水温度、进水压力、出水温度、出水压力。

图16偏航/变浆监控画面

偏航/变浆监控画面主要监控信息包括：

风向角，对风角度，叶轮转速，叶片角度，主旋编角度，副旋编角度，变浆电机电流，变浆速度，变浆电机温度，变浆柜温度，变浆柜电容温度等。

图17机舱监控画面

机舱监控画面主要监控信息包括：

风速，风向角，对风角度，叶轮转速，25秒平均风向角，机舱振动，环境温度，机舱温度，Topbox温度，机舱位置，偏航位置，偏航速度，偏航加脂日期，偏航润滑时间，控制柜温度，塔底温度，偏航电机工作时间，解缆日期，解缆时间等。

图18温度信息监控画面

温度监控画面主要监控信息包括：

发电机线圈温度，网侧电抗器温度，网侧控制器温度，网侧逆变器温度，电机侧控制器温度，电机侧整流器温度，控制柜温度，塔底环境温度，冷却水进水温度，冷却水出水温度，变浆柜电容温度，变浆柜温度，变浆电机温度，环境温度，机舱温度，Topbox温度等。

图19开关/状态量监控画面

开关/状态量监控画面主要监控信息包括：

变流器状态量，机舱状态量，控制柜状态量，偏航状态量，变浆系统状态量以及各种系统报警量。

（3）变电站监控

图20变电站监控画面

变电站监控画面主要监控信息包括：

母线电压、系统周波、馈线电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量、主变压器电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量、温度、保护定值，直流电源电压、变电站设备运行状态等。

（4）测风塔监控

图21测风塔监控画面

测风塔监控画面主要监控信息包括：

大气温度、大气压力、相对湿度、各高度风速瞬时值、平均值及偏差等。

四、结论

本文根据国内外风力发电行业发展和国内风电运营现状，阐述了如何研制一套能够支持不同厂家风电机组的风电场监控系统。

介绍了风机实时监控、风场实时监控、变电站实时监控、测风塔实时监控、综合报表等系统功能。