关键词：风力发电；远程监控；方案设计；系统架构
1 引言
随着不可再生能源的消耗利用以及国家提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，使得我们国家对于能源的开发与利用向可再生能源、绿色能源等方面发展，只有这样不仅能够解决能源紧缺的问题，而且还能够不以牺牲环境为代价进行能源的开采。从我们国家当前阶段的可再生能源发展来看，风力发电已经逐渐成为最廉价、最有希望的清洁能源之一，其不仅能够显著降低建设成本，而且其使用寿命以及供电能力均普遍强于其他类型的可再生能源。与此同时，由于受到我国地域以及气候等多方面的影响，风力发电场的选址一般均比较空旷、偏僻，但是风力发电与其他类型的能源一样，在其产生电能的过程中需要对其进行有效的监控与调试；如果采用传统的分散监视与控制，不仅不能够对整个电场进行有效监控，而且在很大程度上会造成人力资源的浪费。因此，为了有效解决上述现实问题，让风力发电在我国社会主义建设过程中发挥重要作用，本文提出远程监控系统的设计与实施等方案；该系统不仅能够对各个风机的运行及时收集数据、进行相关参数的调节，而且能够很好的保证整个风力发电场相关设备的可靠性以及安全性。更为重要的是，该系统能够根据各个风机所收集的数据进行相关设备故障的预测，并且通过远程操控进行适宜的检测维修，从而能够有效降低风电设备故障的发生以及避免较大的经济损失。
2 监控技术及其发展概况
随着计算机技术以及通信技术、控制技术、传感技术等多项科学技术的飞速发展，为风力发电数据采集与监视控制技术（SCADA）的发展奠定了重要的理论基础以及实证支持；由于这些诸多技术在发展的过程中均是按照其各自的技术标准所设计实施的，因此将其应用在电力系统的远程监控方面需要对数据进行传输与翻译，进而就会对整个风力发电场的远程监控造成重要影响。我国为了有效解决这一现实问题，随后贯彻实施IEC61400标准，这在很大程度上可以有效解决相关技术标准不统一的问题；但是对于该标准的实施依然需要走很长的一段路，随着互联网等相关技术的飞速发展，能够很好的将B/S界面应用于电网调度自动化系统当中，从而能够实时扩大风力发电场的应用范围，有效降低人力对于各类设备系统的检测与维护等。此外，在近年来的数据采集与监视控制技术（SCADA）发展过程中，考虑到传统的人机界面（MMI）作用后，保留给运行运维人员使用，对风力发电场中的相关系统设备进行有效监控，在生产管理方式上取得良好效果。
3 风力发电场的SCADA系统
3.1 系统业务分析
（1）系统概况
在风力发电场的系统组成中，从其系统的功能来看，可以将其分为两大系统，即风力发电机组系统和场内变电站系统，因此在风力发电场内的数据采集与监视控制技术主要集中在上述两大系统内部，从而期望能够通过对风力发电机组的运行数据进行收集，在详尽的分析计算之后反映出该系统目前的运行情况，进而及时对其故障等进行检测与调度。
（2）监控对象
毫无疑问，对于风力发电系统的远程监控来说，其监控的对象就是与风力发电系统相关的各个电力设备以及辅助设备等，在这些设备中，既包括了每一台风力发电机，也包括了变压器、断路器以及隔离开关、接地开关等在内的风场升压站设备等，此外还有对风力发电场中的相关视频监控设备也要进行有效的远程监控。通过对这些设备的严密监控，最终达到对整个风力发电场的远程检测与控制。
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3.2 数据采集与存储
在远程监控系统中，主要的原理在于各个被监控设备运行数据的采集与分析，从而在相关的系统分析计算之后，对其设备的运行情况进行反映与输出。因此远程监控系统的建设可以分为两方面，一方面是位于公司本部的系统，将其称之为主站侧，另外一方面则是位于风力发电场的子站侧；通常情况下，子站侧负责对设备数据的收集与上传，而位于公司本部的主站侧则是对这些数据的计算与分析。
（1）数据存储
本研究中为了能够有效对设备的数据进行传输与储存，在对互联网技术进行深入研究分析的基础上提出一种基于Internet的SCADA系统框架结构，系统不仅能够实现对多个风力发电场运行情况的检测与控制，同时与其他类型的监控系统相比较而言，其在安全性、有效传输等方面也有了巨大的提升。
在该系统中的数据存储方面，可以分为两个角度考虑；其一，为了能够实现对整个风力发电场设备运行情况的监控，在数据存储端物理上设计为公司总部实时数据库；其二，由于在设备调试期间对于相关设备的运行数据等均会产生一定的影响，因此为了有效应对这一情况，本系统在逻辑上将从总部实时数据库中单独划分出一部分数据供其二级公司所独立使用。综上所述，在该系统的数据存储中，将会在电场侧部署系列实时数据路库，所有设备的数据由电场侧的相关设备进行有效采集之后再输送到当地的实施数据库，之后再将其上传到公司总部。这样一来，一方面能够保证所有数据传输过程中的协同性，另外电场侧能够及时对相关的实时数据进行访问与分析。
（2）电场侧数据上传
首先，通过对电场中相关设备的分布情况进行各个风场、区域等方面的划分，之后再通过镜像直接传输的方式，将整个风力发电场中所有设备的运行数据上传到公司总部的实时数据库中；对于没有配置实时数据库的电场而言，则数据传输主要利用专用的数据传输程序进行实时上传，最终汇集到公司总部。此外，当二级公司需要相关的数据时，则需要从总部的数据库中进行有效读取，进而能够很好的降低数据传输过程中对公司总部广域网网络宽带的占用空间。
3.3 系统部署
远程风电监控系统在风电公司总部、各区域、各风场之间采用专线进行组网作为日常主要数据传输通道，同时采用卫星线路作为备用网络传输通道。主干网络采用以100 M/1000 M以太网交换机构建的高速局域网络，带宽2M。网络遵循IEEE 802。3U标准采用TCP/IP协议，网络结构采用冗余结构，主干传输介质为光纤，系统通过路由器与外部系统接口，实现与风电场计算机监管系统的通信。系统根据风电公司的具体建设规划，将充分预留与将来新建风电场的网络通讯接口，确保新建风场的顺利对接。
3.4 系统架构
风力发电远程监控系统整个系统网络架构采用两级布置，三个层级，即主站侧、子站侧及网络传输层。风电场SCADA系统是以计算机为基础的过程控制与自动化调度系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。风电场SCADA系统是风电场各项监控、监测数据的信息共享、交换和传输平台。结合风电场的功能需求和实际网络运行环境，采用分布式思想，对风电场SCADA系统结构和功能进行设计。风电场SCADA系统结构上有现场设备、监控中心和远程监测终端。现场设备主要是指远程终端单元( RTU)，监测中心包括应用服务器、视频服务器、工程师站、数据库服务器、监测维护终端以及报警监控终端等组成，其中，远程监测终端又可分为远程监测终端、手机报警终端和远程故障诊断终端3类。典型风力发电远程监控系统网络拓扑图如图1所示。
图1 风力发电远程监控系统网络拓扑图
4 结论
在节约资源、促进环境可持续发展的形势下，风电场在电力能源中的比重不断升高，但由于风能存在着随机性强和难以控制的特点，也增加了电网管理中的潜在风险，通过研究风电场远程控制系统，设计适合的系统样机，对风电场的高效率管理意义重大，从而为实现风电场“无人值守，少人值班”奠定基础。
参考文献：
[1]王韬.远程监控系统在风力发电中的应用[J].华电技术, 2011, 33(11):74-79.
[2]吉洁.风力发电机组中央远程监控系统平台建设分析与应用[J].中国设备工程, 2018(9):169-171.
论文作者:刘 勇
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
标签：风力发电论文; 系统论文; 设备论文; 监控系统论文; 数据论文; 终端论文; 电场论文; 《中国电业》2019年17期论文;