论文部分内容阅读
摘?要 智能管理的数字化风电场的运行模式，凭借高度集成的一体化信息系统，以协调、有效和可靠的方式实现了所有的风力发电环节的运作，快速响应市场和企业业务需求，具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，通过对企业物理和工作对象的全生命周期量化、分析、控制和决策，提高了风电企业价值。本文根据笔者多年的实践工作经验，就数字化风电场系统及其发展前景进行了详细分析，对相关从业人员具有一定的参考价值。
关键词 数字化；风电场；风机；远程监控；数据采集
中图分类号 TM614 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0206-02
风电作为一种温室气体零排放的替代能源技术，被广泛认为可能在未来取代传统的化石燃料，成为新增发电量的主力军。目前，我国风电行业发展迅速，风电装机容量已经超过千万千瓦，是亚洲第一，世界第四的风电大国。随着我国风电基地的发电规模不断扩大，国内各大公司纷纷进军风电领域，生产相关设备的厂家逐渐增多，尤其是在大型的风电基地，风电场数字一体化的远程监控系统、风电数据采集系统和风电场值班检修管理系统等对风机的正常、稳定、安全和可靠运行起着越来越重要的作用。
数字一体化风电场的使用，是综合多种监控及管理平台，实现了风电场数字化监控与运行，优化了风机出力，提高了利用小时数，提升了运行管理水平。同时，系统遵循IEC61400-25和IEC61850国际标准，实现风机监控、升压站监控、箱变监控一体化融合，包括AGC和AVC等功能，使风电场的控制与数字化水平得到显著提高。风电场系统运行将更稳定，信息传输将更精确，并将大大减少人力成本，提高自动化水平和经济效益。
1 智能数字化风电场系统
1.1 风电机组远程监视系统
风电机组远程监视系统主要对分布在不同地区风电场的风力发电机组的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控，使用户能够随时随地及时准确地了解风电场的生产运行状况，并对生产实时数据进行数据采集、数据存储、实时数据显示、统计分析，为风电场科学化管理提供有力支撑。
系统按照《电力二次系统安全防护规定》，将风电机组远程监视系统部署在管理信息大区。图1为风电机组远程监视系统部署的网络拓扑图。图中分为两个大区：生产控制区和管理信息区。风电场远程监控系统处于管理信息区中，生产控制大区通过隔离装置将数据发送至管理信息区的应用服务器，其中生产控制大区与管理信息区之间设置电力专用横向单向安全隔离装置，从而保证了生产控制的安全性。
整个风电场一体化监控系统构建主要基于MOSAIC SCADA、MOX系列控制器以及MEFASIS生产管理系统实现。MOX对各风电机组进行本地控制的同时，将猜忌到的各参数通过光缆、工业以太网桥、GPRS/CDMA或者数传电台等各种通讯实现与风电全场作业区监控中心的MOSAIC SCADA系统进行通讯，并接受MOSAIC SCADA系统下达的对现场设备的远程控制命令。
1.2 数据采集
数据采集服务的配置要分三部分，依次为：基础信息配置、协议参数配置、采集设备配置。此系统支持MODBUS、OPC等主流协议，可满足风机实时数据及电量数据采集的要求。同时，输出方式灵活，采集的实时数据既可输出到关系型数据库也可以以文件等方式输出到磁盘目录，具有可视化参照配置、部署方便和调试简单等优点。图2为数据采集软件结构图。
1.3 风电场值班检修管理软件
风电场值班检修管理软件能实现风电场值班管理、巡视管理、运行记录填写、钥匙管理、检修管理、两票管理，使风电场日常值班检修过程实现电子化、标准化、流程化和规范化。其软件的主要功能有如下几点：
1）值班管理。值班管理是将当班的重要事件、当班记事、出勤人员、潜在隐患、调度指令、缺陷信息、钥匙借用、工器具发放归还、班前班后会议这几个方面的信息清楚地记录下来，方便下一班组人员全面了解上一班组的情况，也方便领导及时掌握现场一线发生的实际情况。
2）运行记录管理。运行记录填写主要包括：运行分析记录、技术问答记录、继电保护记录、操作命令记录、调度停机记录、避雷器放电记录、防小动物措施记录、设备检修记录、一次设备检修验收、设备故障/变电站事故、断路器跳闸记录、绝缘测试记录、设备测温记录、解锁钥匙使用、电气设备试验、蓄电池单体电压月测试记录、集电线路接地电阻测量记录、风机接地电阻测试记录、关口表记录。
3）检修管理。以检修工单为基础，对风机发生故障（缺陷）进行流程化全过程记录管理，记录了风机或线路编号、故障代码、故障/异常描述、值班人员、通知人、收单人、投运时间、是否停机、检修人员、许可开始时间、停机时长、现场故障现象、检修工作记录、清点/检查是否损伤、被通知人等基础信息，同时记录更换备件的详细信息。
2 数字化风电场的发展
中国风电发展刚刚起步之时，国家以“建设大基地、融入大电网”的思路发展中国风电产业，由于大基地和电力负荷中心不在同一个地方，需要电网实现“大规模、高集中、高电压、远距离输送”。
目前，随着风电建设的超前性，国家短期无法建立智能化的交流电特高压电网解决风电消纳和并网安全难题，于是“弃风”现象就难以避免了。为此，《风电场接入电力系统技术规定》对风电有功功率及其控制、无功功率标准及其控制，低电压穿越能力、风电场要进行风机检测等等都做出了明确的要求。这为解决电网安全问题提供了有力的支撑。
未来几年，风电企业需在做好风能资源评价、风电场选址、设备选型等的前提下，要重视并网条件的论证和电力市场的研究，深化风电场建设的可行性研究工作。也要求电网企业要科学安排风电场运行，采取技术措施确保风电特许权项目的并网运行和所发电量的全额收购，不得限制特许权项目和国家能源主管部门批复的示范项目的出力。通过合理安排项目建设进度，协调好风电和电网建设，我国未来将重点发展分布式能源系统，向电力负荷中心靠近。走集中与分散并重的模式，继续建设千万千瓦级风电基地，同时鼓励在这些大基地以外分散式地因地制宜建设中小型风电项目，利用现有的输电线路。发展低风速风场，鼓励分散接入电网。
3 结束语
随着我国经济的飞速发展，国家对风电的重视程度越来越高。数字化风电场将得到更广阔的应用和发展，为我国的经济建设，人民的生活、工作和学习提供重要保障。
参考文献
[1]严伟.数字化技术在大唐卓资风电场的应用[J].中国电力,2011,03.
[2]关晓慧.国内风电场建设情况概述[J].变频器世界,2012,05.
[3]王红芳.风电场风能资源评估几个关键问题分析[J].水力发电,2012,02.
[4]张欣.基于Web Services的风电场网络化监测和控制[J].电网与清洁能源,2012,01.
[5]俞文胜.数据采集与监视控制系统在1.25 MW风电场中的设计及应用[J].发电设备,2012,02.
[6]刘丰.关于风电场设计水平的探讨[J].电力勘测设计,2012,01.
关键词 数字化；风电场；风机；远程监控；数据采集
中图分类号 TM614 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0206-02
风电作为一种温室气体零排放的替代能源技术，被广泛认为可能在未来取代传统的化石燃料，成为新增发电量的主力军。目前，我国风电行业发展迅速，风电装机容量已经超过千万千瓦，是亚洲第一，世界第四的风电大国。随着我国风电基地的发电规模不断扩大，国内各大公司纷纷进军风电领域，生产相关设备的厂家逐渐增多，尤其是在大型的风电基地，风电场数字一体化的远程监控系统、风电数据采集系统和风电场值班检修管理系统等对风机的正常、稳定、安全和可靠运行起着越来越重要的作用。
数字一体化风电场的使用，是综合多种监控及管理平台，实现了风电场数字化监控与运行，优化了风机出力，提高了利用小时数，提升了运行管理水平。同时，系统遵循IEC61400-25和IEC61850国际标准，实现风机监控、升压站监控、箱变监控一体化融合，包括AGC和AVC等功能，使风电场的控制与数字化水平得到显著提高。风电场系统运行将更稳定，信息传输将更精确，并将大大减少人力成本，提高自动化水平和经济效益。
1 智能数字化风电场系统
1.1 风电机组远程监视系统
风电机组远程监视系统主要对分布在不同地区风电场的风力发电机组的设备运行情况及生产运行数据进行实时采集和监控，使用户能够随时随地及时准确地了解风电场的生产运行状况，并对生产实时数据进行数据采集、数据存储、实时数据显示、统计分析，为风电场科学化管理提供有力支撑。
系统按照《电力二次系统安全防护规定》，将风电机组远程监视系统部署在管理信息大区。图1为风电机组远程监视系统部署的网络拓扑图。图中分为两个大区：生产控制区和管理信息区。风电场远程监控系统处于管理信息区中，生产控制大区通过隔离装置将数据发送至管理信息区的应用服务器，其中生产控制大区与管理信息区之间设置电力专用横向单向安全隔离装置，从而保证了生产控制的安全性。
整个风电场一体化监控系统构建主要基于MOSAIC SCADA、MOX系列控制器以及MEFASIS生产管理系统实现。MOX对各风电机组进行本地控制的同时，将猜忌到的各参数通过光缆、工业以太网桥、GPRS/CDMA或者数传电台等各种通讯实现与风电全场作业区监控中心的MOSAIC SCADA系统进行通讯，并接受MOSAIC SCADA系统下达的对现场设备的远程控制命令。
1.2 数据采集
数据采集服务的配置要分三部分，依次为：基础信息配置、协议参数配置、采集设备配置。此系统支持MODBUS、OPC等主流协议，可满足风机实时数据及电量数据采集的要求。同时，输出方式灵活，采集的实时数据既可输出到关系型数据库也可以以文件等方式输出到磁盘目录，具有可视化参照配置、部署方便和调试简单等优点。图2为数据采集软件结构图。
1.3 风电场值班检修管理软件
风电场值班检修管理软件能实现风电场值班管理、巡视管理、运行记录填写、钥匙管理、检修管理、两票管理，使风电场日常值班检修过程实现电子化、标准化、流程化和规范化。其软件的主要功能有如下几点：
1）值班管理。值班管理是将当班的重要事件、当班记事、出勤人员、潜在隐患、调度指令、缺陷信息、钥匙借用、工器具发放归还、班前班后会议这几个方面的信息清楚地记录下来，方便下一班组人员全面了解上一班组的情况，也方便领导及时掌握现场一线发生的实际情况。
2）运行记录管理。运行记录填写主要包括：运行分析记录、技术问答记录、继电保护记录、操作命令记录、调度停机记录、避雷器放电记录、防小动物措施记录、设备检修记录、一次设备检修验收、设备故障/变电站事故、断路器跳闸记录、绝缘测试记录、设备测温记录、解锁钥匙使用、电气设备试验、蓄电池单体电压月测试记录、集电线路接地电阻测量记录、风机接地电阻测试记录、关口表记录。
3）检修管理。以检修工单为基础，对风机发生故障（缺陷）进行流程化全过程记录管理，记录了风机或线路编号、故障代码、故障/异常描述、值班人员、通知人、收单人、投运时间、是否停机、检修人员、许可开始时间、停机时长、现场故障现象、检修工作记录、清点/检查是否损伤、被通知人等基础信息，同时记录更换备件的详细信息。
2 数字化风电场的发展
中国风电发展刚刚起步之时，国家以“建设大基地、融入大电网”的思路发展中国风电产业，由于大基地和电力负荷中心不在同一个地方，需要电网实现“大规模、高集中、高电压、远距离输送”。
目前，随着风电建设的超前性，国家短期无法建立智能化的交流电特高压电网解决风电消纳和并网安全难题，于是“弃风”现象就难以避免了。为此，《风电场接入电力系统技术规定》对风电有功功率及其控制、无功功率标准及其控制，低电压穿越能力、风电场要进行风机检测等等都做出了明确的要求。这为解决电网安全问题提供了有力的支撑。
未来几年，风电企业需在做好风能资源评价、风电场选址、设备选型等的前提下，要重视并网条件的论证和电力市场的研究，深化风电场建设的可行性研究工作。也要求电网企业要科学安排风电场运行，采取技术措施确保风电特许权项目的并网运行和所发电量的全额收购，不得限制特许权项目和国家能源主管部门批复的示范项目的出力。通过合理安排项目建设进度，协调好风电和电网建设，我国未来将重点发展分布式能源系统，向电力负荷中心靠近。走集中与分散并重的模式，继续建设千万千瓦级风电基地，同时鼓励在这些大基地以外分散式地因地制宜建设中小型风电项目，利用现有的输电线路。发展低风速风场，鼓励分散接入电网。
3 结束语
随着我国经济的飞速发展，国家对风电的重视程度越来越高。数字化风电场将得到更广阔的应用和发展，为我国的经济建设，人民的生活、工作和学习提供重要保障。
参考文献
[1]严伟.数字化技术在大唐卓资风电场的应用[J].中国电力,2011,03.
[2]关晓慧.国内风电场建设情况概述[J].变频器世界,2012,05.
[3]王红芳.风电场风能资源评估几个关键问题分析[J].水力发电,2012,02.
[4]张欣.基于Web Services的风电场网络化监测和控制[J].电网与清洁能源,2012,01.
[5]俞文胜.数据采集与监视控制系统在1.25 MW风电场中的设计及应用[J].发电设备,2012,02.
[6]刘丰.关于风电场设计水平的探讨[J].电力勘测设计,2012,01.