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摘要：风电场设置一套汇流站监控系统，实现对风机、汇流站、线路等设备的实时监控，并按调度端要求的通信规约将采集的数据送往调度端，实现汇流站内的远动信息直采直送。基于MODBUS定义了一套基于Microsoft OLE/COM或DCOM的接口访问方式通过MODBUS协议交换数据，利用风机的SCADA系统提供与风机控制器的进行通讯的MODBUS数据通讯服务器软件，实现与现场风机进行实时数据交互换，并进行了状态监测及故障分析。
关键词：风力发电机组；数据采集；传输；故障分析
1风机监控数据采集
利用 OPC/ MODBUS 技术，风力发电机组监控系统设置终端，利用历史数据存储服务器、数据服务器、操作站、通讯网关等，实现风电场对风机的数据采集和存储，显示风轮机的状态、程序的版本信息、型号和风轮机的总体数据。对所有的变量都会显示其最新的值，除非通信发生故障。此外，对于某些变量，显示最后十分钟内的统计数据，如平均值、最小值、最大值和标准偏离。此外，变量根据数据库的顺序来排序。
2实时数据数据采集
2.1稳态数据采集
电网采集的稳态运行数据主要包括状态数据采集、测量和数据采集。国家收集的数据包括：1）馈线、接触线、母线、变压器（分段）在断路器的位置每边；2）电容器、电抗器、断路器的位置；3）总线、给料机、接触线、变压器隔离开关的位置；4）接地开关的位置；5）压力开关、母线刀的位置；6）主变压器分接头位置、中性点接地开关位置。
电网的运行状态信息主要由测控装置采集，信息源为一次设备辅助接点，通过电缆直接连接测控装置或智能终端。随着消息发送彩信格式控制装置、基于消息传递的鹅格式的智能终端；电网数据采集通过测控装置、变压器信息源（由合并单元输出）；电能量数据从电力计量终端或电子表。
2.2动态数据采集
电网采集动态数据范围：1）正序基波电压相量和正序基波电流相量；2）频率和频率变化率；3）有功和无功功率计算。
采用PMU装置采集动态数据，信息源为互感器（合并单元输出）。动态数据采集和传输频率可根据控制命令或电网运行事件进行调整。
2.3暂态数据采集
瞬态运行数据采集范围：1）主变压器保护记录数据；2）记录数据线保护；3）母线保护记录数据；4）电容器/电抗器保护记录数据；5）开关或记录数据；6）异常记录数据的测量。
数据通过故障录波装置采集，数据监测软件要求采用实时风电场数据库作为数据服务器，全中文软件界面，使用方便友好，系统数据存储容量大，计计算分析速度快，可实现多种统计功能。风力发电机组SCADA系统具有充分的可扩展性，可以根据业主的具体要求开发特殊的服务功能。
3监控系统数据传输与通信
风机监控系统接入开关站监控系统，采用Modbus协议互通，进行集中监控。为保证远动信息的实时传送，可配置双远动工作站（主/备方式运行自动切换）。为传输远动信息，远动工作站需具备2路通信接口。
2路网络接口，信规约为DL/T634 5104-2002，此接口用于网络方式传输远动信息。速率为0.6～19.2kbit/s，通信规约为DL/T634 5101-2002，此接口为光纤电路传输时采用。
表3.1接口与调度的通信点表
4数据传输
数据网关机按安全区域划分为：Ⅰ区数据网关机、Ⅱ区数据网关机、Ⅲ\Ⅳ区数据网关机。智能变电站和调度主站系统的生产之间的主要通信，主站系统实现智能变电站监控、信息查询和远程浏览功能提供数据、模型和图形传输服务，通过Ⅰ区数据通信网关机传输的内容。
Ⅰ区数据通信网关机与调度（调控）中心通信，主要传输的内容如下：
1）电网实时运行的量测值和状态信息；
2）保护动作及告警信息；
3）设备运行状态的告警信息；
4）调度操作控制命令。
设备采用高性能的32 位CPU，嵌入式实时多任务操作系统。通过软硬件的良好配合，使变电站自动化系统的通信任务能够实时、可靠、稳定、高效地完成。嵌入式实时操作系统选用的设备，以其良好的可靠性和实时性广泛应用于通信、军事、航空、航天等尖端技术和高实时性领域的要求，也很好的满足了电力系统对于数据实时性的要求。
装置具有完善的通讯规约库。支持多种电力行业标准规约，具有与不同厂家的同种规约的互操作性；支持大部分厂商的配套智能化设备，如微机高压保护测控单元、数字电度表、微机直流电源、小电流接地选线等通讯规约，支持与各种不同智能设备之间的通讯互联、数据交互。
61850 通讯规范作为目前国内国际唯一的变电站总和自动化以太网通讯标准，是未来基于以太网的变电站综合自动化系统的通讯发展方向。装置能接入符合61850 规范的测控保护及其它智能设备，实现数字化变电站的信息收集与转发功能。
5数据分析与故障诊断
5.1状态监测数据分析
风力涡轮支撑环的双环冗余网络结构的SCADA系统，冗余电源强，当通信线路遭遇失败，可以快速切换到另一条线以时间为20ms，从而保证通信的安全、稳定、可靠。
风电机组SCADA系统具有实时数据服务器行业数据库，中文软件界面友好，使用方便，系统数据存储量大，计算速度快，可以实现多种统计功能。风力发电机组SCADA系统具有充分的可扩展性，可以根据业主的具体要求开发特殊的服务功能。
5.2在线振动（CMS系统）监测分析
风电机组振动在线监测与分析系统（CMS）是机组的可选项目。在线振动监测与分析系统（CMS系统）的风力涡轮机驱动的主轴承的连续监测，在振动、冲击的过程和发电机齿轮箱、速度等参数对链、自动存储、振动和有价值的数据的冲击波，并能自动计算出故障特征频率分量的单位据专家分析，风力机系统提供系统运行状态的识别单元，发现主轴承、齿轮箱齿轮（轴承）和发电机轴承故障的早期征兆。
CMS系统具有多种轴承数据库，可根据单元类型自动生成传动系统图，自动计算各轴承的故障频率和齿轮啮合频率。
风轮机颤振在线监测系统可以连续监测风电机组振动的振动，运行过程中的冲击，颤振，速度和负载参数，振动和冲击波，有价值的数据自动存储，可以根据单位颤振监测和分析不同风速。本实用新型可直接显示风力发电机振动的位移或角度，可提供风力发电机的振荡程度、风速或功率的相关趋势分析，并可自动给出振动的报警值。
6 本章小结
本章对基于MODBUS定义了一套基于Microsoft OLE/COM或DCOM的接口访问方式通过MODBUS协议交换数据，实现数据采集，并进行实时数据交互换，最后状态监测及在线振动（CMS系统）故障分析。
参考文献：
[1]张新房，徐大平，吕跃刚，柳亦兵．风力发电技术的发展及若干问题[J]．现代电力．2003，20（5）：42-44．
[2]刘遵雄，钟化兰，张德运．最小二乘支持向量机的短期负荷多尺度预测模型[J]．西安交通大学学报，2005，39（6）：620-623．
论文作者:黄耀
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：数据论文; 数据采集论文; 实时论文; 系统论文; 规约论文; 在线论文; 通信论文; 《电力设备》2019年第1期论文;