CN105449849A - 一种风电场一体化监控*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电场一体化监控***，所述监控***包括：通信控制器、环网交换机、前置服务器、数据服务器、汇聚交换机、应用服务器、WEB服务器、气象服务器、监控工作站、AGC/AVC工作站、五防工作站、功率预测工作站、报表工作站和维护工作站；所述前置服务器、所述数据服务器、所述应用服务器、所述WEB服务器、所述气象服务器、所述监控工作站、所述AGC/AVC工作站、所述五防工作站、所述功率预测工作站、所述报表工作站和所述维护工作站均连接在实时网段上。本发明实时监测风机的数据和状态，对有故障的风机做到早发现早停机修理进而早发电，为风场提供足够的经济效益。远程遥控风机的启停，提高了工作效率。

Description

一种风电场一体化监控***
技术领域
本发明涉及风力发电自动化控制技术，具体涉及一种风电场一体化监控***。
背景技术
风电本身具有随机性、波动性、间歇性和反调峰的特点，对电网***的安全稳定势必产生影响，对电网而言，清洁的风电并不友好。风电场与传统电厂相比，还有单机容量小、数量多、布置分散、距离较远、地处偏僻、机组工作环境恶劣等特点。另外，在国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力***技术规定》中，电力***对并网风场提出了综合控制需求，涉及有功控制(一次二次调频、调峰)、无功控制(电压稳定、无功优化)、电能质量(谐波、闪变、电压合格率)和紧急控制(低电压穿越、电压/频率支撑)、电网适应性、功率预测、二次***等各个方面。风电场除了尽量利用风机控制能力之外，往往辅以多种集中补偿设备。这些都给风电场的运行和控制带来了技术挑战。
现有风电场自动控制***由多部分构成：监控***、功率预测***、功率控制***、五防***等，专业方向多，采购困难，***联调难度大，不便于***调试、运行和维护。
实现风电场调度控制的自动化、常规化和智能化，使之具有与传统能源电厂相似的调节能力，是其融入现有电网运行管理体系的关键。随着网络通信技术及信息技术的快速发展，将现代通讯网络技术和计算机技术应用到企业生产和管理中，已成为现代化企业提高生产管理效率和经济效益的重要手段。风电在国家能源结构中的比例不断增大，对风电场的自动化运营水平也提出了越来越高的要求。相关基础技术涉及风功率预测、风电场单元设备控制技术、风机与升压站自动监控***技术，风电场有功无功控制技术、发电厂防误闭锁技术、通信技术等多个方面，目前各个分项功能产品往往由不同供应商提供，存在设备重复配置、调试多头并进、数据转发复杂、后期维护困难等问题。开发风电场监控、升压站自动化子站、AGC/AVC、防误闭锁、功率预测五大功能于一体的风电场一体化监控***是解决风电场自动化发展困境的有效途径。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电场一体化监控***。风电场一体化监控***通过光纤环网采集风电机组主控、箱变、开关柜测控保护装置等信息，通过汇集交换机采集风电场无功补偿设备、升压站设备、气象站、测控与保护等设备信息，同时可以通过GPS或北斗卫星进行对时。一体化监控***可以读取气象部门的数值天气预报，结合气象站采集的当地风速、风向、气压等气象信息，对风电场发电功率进行预测。通过一体化监控***，运行人员可以在控制室看到整个风电场的实时运行信息；能够控制风电机组启停、无功补偿装置投退、开关分合等等；还能够通过自动或手动方式控制风电机组有功和无功功率；风电场内设备出现故障或告警时，能够及时采取对应措施，保证风电场的安全稳定运行。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种风电场一体化监控***，所述监控***包括：通信控制器、环网交换机、前置服务器、数据服务器、汇聚交换机、应用服务器、WEB服务器、气象服务器、监控工作站、AGC/AVC工作站、五防工作站、功率预测工作站、报表工作站和维护工作站。所述环网交换机与所述通信控制器、所述前置服务器相连；所述前置服务器、所述数据服务器、所述应用服务器、所述WEB服务器、所述气象服务器、所述监控工作站、所述AGC/AVC工作站、所述五防工作站、所述功率预测工作站、所述报表工作站和所述维护工作站均连接在实时网段上。
优选的，所述通信控制器用于将风电机组、无功补偿装置和气象站的设备信息进行汇总，转发到所述环网交换机，能够处理遥信、遥测、遥控和遥调信号。通信控制器支持RJ45、RS232/485、总线、光纤等多种通信接口，兼容Modbus、CDT、DL645、IEC101/102/103/104以及自定义等多种通信规约，统一转换为IEC104规约。
优选的，所述前置服务器用于采集及预处理所述环网交换机和所述汇聚交换机的数据、通信原码监视及转发、与其他控制单元交换数据、向远方智能终端设备下发控制命令和通过GPS或北斗卫星进行***对时。
优选的，所述应用服务器提供整个***的实时应用服务，完成遥信、遥测量的处理、越限判断、计算、控制等风电场的实时监控功能，完成短期和超短期功率预测、有功控制、无功控制、调度优化、分析统计等高级应用功能。
优选的，所述WEB服务器通过WEB服务器可以向用户提供浏览图形、报表、历史数据、各种告警操作记录等信息。客户机可以是计算机、平板电脑或智能手机等多种形式。
优选的，所述气象服务器：通过防火墙访问数值天气预报中心，以FTP方式下载风电场当地数值天气预报信息，经过反向隔离装置，将信息发到应用服务器，后者根据实时和历史数据进行短期和超短功率预测计算。
优选的，所述监控工作站：提供友好的、丰富多彩的人机交互界面和监控手段，如显示各种画面(包括***图、接线图、曲线图、地理图、棒图、饼图、仪表图)、报表、告警信息和管理信息。值班人员可以检索各种历史数据，进行遥控、遥调操作和查询各种参数，配置双屏，运行Linux操作***。
优选的，所述AGC/AVC工作站：配置有功控制和无功控制策略，控制风电场有功和无功功率。
优选的，所述五防工作站：用于配置防误闭锁策略，保证设备操作能同时满足站控层防误、间隔层防误和现场电气闭锁的防误要求。任意一层出现故障，应不影响其他层的正常闭锁。
优选的，功率预测工作站：向电站运维人员展示实测和预测结果，提供人机交互界面。
优选的，报表工作站：主要完成报表的相关功能，主要包括：创建新的报表模板、删除报表模板、浏览报表、打印机设置、打印报表和定时打印等功能。
优选的，维护工作站主要供值班人员进行***维护用，进行各种数据库的维护、各种图形的绘制及修改、报表的生成及维护、***功能及权限维护、资料的录入及管理等，运行Linux操作***。
优选的，风电场一体化监控***通过纵向加密装置后可以和电力调度中心通信，上送短时和超短时气象预测信息和风电场实时发电信息，风电场一体化监控***向电力调度中心提供的信号有：风电机组运行状态、并网点电压、高压出线有功功率、无功功率、电压和电流、开关位置、实时风速和风向等，并接受电力调度中心控制指令。风电场有功控制和无功控制满足《风电场接入电力***技术规定》等相关标准要求。
风电场一体化监控***采用DC110/220V直流***或AC220V不间断电源供电，不间断电源(UPS)在交流电源失电或电源不符合要求时，维持***正常工作时间不低于2小时。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
a)实时监测风机的数据和状态，对有故障的风机做到早发现早停机修理进而早发电，为风场提供足够的经济效益。
b)远程遥控风机的启停，迅速便捷；减少了去风机现场的次数大大减少了值班人员的工作量，提高了工作效率。
c)强大的数据库可以保存大量的历史数据，为今后风机间数据的对比研究提供了依据。
d)将风电场监控、升压站自动化子站、AGC/AVC***、防误闭锁***、功率预测***五大功能集成在一起，数据转发方便快捷，服务器和通信网络得到复用，节省了硬件投资，降低了电站成本。
e)软硬件***可以根据风电场规模进行裁剪或扩展，其功能应便于集成和扩展，***配置更趋合理。
f)多个功能集成在一体，方便项目采购、调试以及后期维护和管理。
附图说明
图1是本发明的风电场监控***硬件结构；
图2是本发明的风电场监控***软件结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明中风电场一体化监控***主要由一体化监控主站和通信采集网络两部分组成，位于生产控制大区。
(1)监控主站：一般布置风电场控制室内，由服务器、工作站、显示屏、横向隔离装置、纵向加密装置、通信接口装置等构成，运行人员在此值班。
(2)通信采集网络：布置在每个风机发电机塔筒或控制设备处，由通信控制器、交换机、光纤网络、以太网等构成，主要完成数据的采集上送以及控制指令的下发。
如附图1所示，风电场一体化监控***典型硬件结构，用户可以根据风电场的大小减少或增加设备，以压缩或扩展***功能。***较大时，需要双机冗余配置。
通信控制器：可以将某一台风电机组(或者无功补偿装置、气象站等)的设备信息进行汇总，然后转发到环网交换机，能够处理遥信、遥测、遥控和遥调信号。通信控制器支持RJ45、RS232/485、总线、光纤等多种通信接口，兼容Modbus、CDT、DL645、IEC101/102/103/104以及自定义等多种通信规约，统一转换为IEC104规约。
环网交换机：由于风机分布分散，距离较远，光纤通信采用环网方式，可以根据风机多少组成1个或多个环网，分别将信息送入两台前置服务器。
前置服务器：又称采集服务器，主要用于数据采集及预处理，通信原码监视及转发，与其他控制单元交换数据，以及向远方智能终端设备下发控制命令，完成对就地控制单元的远方控制。能够完成主控***、箱变测控保护单元、开关测控保护单元等风电电机组信息，以及无功补偿装置、升压站自动化子站、气象站、测控保护装置、直流屏等风电场其他设备信息的采集，能够通过GPS或北斗卫星进行***对时。
数据服务器：是整个监控***运行的核心，运行商用数据库的数据库管理***，存放数据结构、数据定义及描述、历史告警数据、实时数据库采样数据、告警信息、功率预测数据等。
应用服务器：提供整个***的实时应用服务，完成遥信、遥测量的处理、越限判断、计算、控制等风电场的实时监控功能，完成短期和超短期功率预测、有功控制、无功控制、调度优化、分析统计等高级应用功能。
WEB服务器：通过WEB服务器可以向用户提供浏览图形、报表、历史数据、各种告警操作记录等信息。客户机可以是计算机、平板电脑或智能手机等多种形式。
气象服务器：通过防火墙访问数值天气预报中心，以FTP方式下载风电场当地数值天气预报信息，经过反向隔离装置，将信息发到应用服务器，后者根据实时和历史数据进行短期和超短功率预测计算。
监控工作站：提供友好的、丰富多彩的人机交互界面和监控手段，如显示各种画面(包括***图、接线图、曲线图、地理图、棒图、饼图、仪表图)、报表、告警信息和管理信息。值班人员可以检索各种历史数据，进行遥控、遥调操作和查询各种参数，配置双屏，运行Linux操作***。
AGC/AVC工作站：配置有功控制和无功控制策略，控制风电场有功和无功功率。
五防工作站：用于配置防误闭锁策略，保证设备操作能同时满足站控层防误、间隔层防误和现场电气闭锁的防误要求。任意一层出现故障，应不影响其他层的正常闭锁。
功率预测工作站：向电站运维人员展示实测和预测结果，提供人机交互界面。
报表工作站：主要完成报表的相关功能，主要包括：创建新的报表模板、删除报表模板、浏览报表、打印机设置、打印报表和定时打印等功能。
维护工作站主要供值班人员进行***维护用，进行各种数据库的维护、各种图形的绘制及修改、报表的生成及维护、***功能及权限维护、资料的录入及管理等，运行Linux操作***。
一体化监控主站通过纵向加密装置后可以和电力调度中心通信，上送短时和超短是气象预测信息和风电场实时发电信息，并接受调度中心控制指令。
风电场一体化监控***向电力调度机构提供的信号有：风电机组运行状态、并网点电压、高压出线有功功率、无功功率、电压和电流、开关位置、实时风速和风向等。风电场有功控制和无功控制满足《风电场接入电力***技术规定》等相关标准要求。
风电场一体化监控***采用DC110/220V直流***或AC220V不间断电源供电，不间断电源(UPS)在交流电源失电或电源不符合要求时，维持***正常工作时间不低于2小时。
如附图2所示，软件层次结构图。
软件体系结构由操作***、支撑平台、应用功能共三个层次组成，其中：
(1)操作***选用Unix、Linux或Windows操作***。
(2)支撑平台为各种应用功能的实现提供通用的支撑服务，主要包括：
网络数据传输：提供数据交互和进程管理服务，通过网络数据传输软总线可以监视整个***的运行状况，通过平衡分流技术，保证网络数据流量的均衡。
实时数据库：提供***的实时数据服务。实时数据库分布在***所有结点上，并通过软同步技术保证数据的一致性。
历史数据库：提供整个***的历史数据服务，包括数据采样、存储和查询。***提供了完备的数据校验机制，保证多组数据库的数据同步。同时采用并行的处理技术，保证了***数据处理的效率。
图形界面：采用图模库一体化的方法设计，并考虑了其它行业的各类图形特色，采用矢量技术实现图形的无极缩放，采用svg格式进行不同***间的图形交互。采用插件、脚本以及图形设计器来实现对人机界面的整体管理，实现了人机界面风格的自定义并能动态地生成人机界面，满足用户对人机界面修改的需求。
报表：采用java方式构建，采用模板定义和模板替换的方式来生成***各类报表。报表***兼容了Excel的各种操作特点，能够运行在各类操作***上。
***具备管理分布式***环境下的硬件和软件、监视分布式***设备的运行状态、检测故障以及自动或人工重构***的功能。采应用客户机/服务器(C/S)等模式实现分布式***功能，保证***高效、可靠运行。
权限管理：提供***的所有权限服务，权限内容包括了实时库读写，历史库读写，图形查看编辑等等，同时按照分层分区的原则在支撑平台上对数据进行过滤，简化了上层应用的处理过程。
告警服务：提供整个***的告警服务，告警内容包括***告警、微电网运行告警、人工操作告警等等。
通用服务：包括通用计算服务、通用查询服务、通用数据采样服务等。
(3)高级应用功能，程序在应用服务器上运行，主要包括：
数据采集与处理：通过通信采集网络设备实时采集和处理下列几类数据：模拟量、电度量、状态量(含双位置)、保护装置定值参数和动作信号、录波装置录波数据、RTU的复位信号以及其它非远动类数据等。***将采集的实时数据处理后送至实时数据库，其它数据(如气象信息、管理信息)也进行适当处理(标度变换或极限检查等)，并存入相的数据库。为保证信息传送的可靠性，采应用错误校验码，一般采用CRC校验方法。监控***具有数据合理性检查、异常数据分析、事件分类等处理，并支持常用的计算功能；支持灵活设定历史数据存储周期，具有不少于一年的历史数据的存储能力；具有灵活的统计计算能力并提供方便灵活的查询功能。
运行控制：主要包括遥调遥控、挂牌操作、事件及报警处理、事件顺序记录、事故追忆、集控、自诊断、电网拓扑着色、图形显示、曲线工具等SCADA功能。监控***对设备控制应采用选择、返校、执行三个步骤，实施分步操作。
AGC/AVC：风电场一体化监控***集成AGC/AVC功能，能够接收并自动执行电力***调度机构下达的有功功率及有功功率变化的控制指令，风电场有功功率及有功功率变化应与电力***调度机构下达的给定值一致。根据电力***调度机构指令，风电场自动调节其发出(或吸收)的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力***电压调节的要求。
防误闭锁：为防止电气误操作，一体化监控软件带有防误闭锁功能，与SCADA功能配合使用，防止误分、误合断路器；防止带负荷拉、合隔离开关；防止带电挂(合)接地级；防止带电挂地线或带地线合刀闸；防止误入带电间隔。该部分应用集成工作票管理功能。
功率预测：短期功率预测主要用于调度机构次日发电计划的制订及光伏电站机组检修计划的安排，根据短期功率预测***的工作原理及电网调度部门制订次日发电计划的具体要求，短期功率预测***的时间和精度参数要求为：每天8:00预测次日0-72时输出功率，时间分辨率为15分钟。超短期预测主要为实时调度提供依据，动态更新功率预测结果以提高预测精度。超短期功率预测的时间和精度参数要求为：滚动预测未来4小时的输出功率，每15分钟滚动更新一次，时间分辨率为15分钟。
WEB发布：WEB服务器不直接连接到实时运行***上，而是通过电力***专用正向隔离装置与实时数据网连接，由实时网的数据中心客户端实时向WEB发送数据，在WEB上建立镜像数据库。当需要浏览画面、报表、曲线时，WEB服务器通过应用程序向本机数据库发请求，实现WEB发布功能。通过正向物理隔离装置，保证了实时运行***的安全性，同时在WEB发布功能上也保证了浏览的数据与实时运行数据的一致性。
调度优化：接受电力调度机构有功和无功指令，结合风电场实际运行情况，对每一台风机合理分配有功和无功功率，使得风电场运行效率最大化。
分析统计：以风电场为单位，统计风电场的发电量，并以风电场为单位，进行各类数据的对比显示，并研究风电场功率输出波动特性，短期出力、中长期出力等性能。
扩展功能：一体化监控软件具有良好的可扩展性，应用功能应便于集成和扩展。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种风电场一体化监控***，其特征在于，所述监控***包括：通信控制器、环网交换机、前置服务器、数据服务器、汇聚交换机、应用服务器、WEB服务器、气象服务器、监控工作站、AGC/AVC工作站、五防工作站、功率预测工作站、报表工作站和维护工作站；所述环网交换机与所述通信控制器、所述前置服务器相连；所述前置服务器、所述数据服务器、所述应用服务器、所述WEB服务器、所述气象服务器、所述监控工作站、所述AGC/AVC工作站、所述五防工作站、所述功率预测工作站、所述报表工作站和所述维护工作站均连接在实时网段上。
2.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述通信控制器汇总风电机组、无功补偿装置和气象站的设备信息，将其转发到所述环网交换机，并处理遥信、遥测、遥控和遥调信号。
3.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述前置服务器采集及预处理所述环网交换机和所述汇聚交换机的数据、对通信原码的监视及转发、与其他控制单元交换数据、向远方智能终端设备下发控制命令和通过GPS或北斗卫星对***对时。
4.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述应用服务器用于风电场的实时监控、短期和超短期功率预测、有功控制、无功控制、调度优化、分析统计。
5.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述WEB服务器向用户提供浏览图形、报表、历史数据、告警、操作记录信息。
6.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述气象服务器通过防火墙访问数值天气预报中心，以FTP方式下载风电场当地数值天气预报信息，经过反向隔离装置，将信息发到所述应用服务器。
7.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述监控工作站提供人机交互界面和监控手段。
8.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述AGC/AVC工作站用于配置有功控制和无功控制策略，控制风电场有功和无功功率。
9.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述五防工作站用于配置防误闭锁策略。
10.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述功率预测工作站用于向电站运维人员展示实测和预测结果。
11.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述报表工作站用于创建新的报表模板、删除报表模板、浏览报表、设置打印机、打印报表和定时打印。
12.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述维护工作站用于进行***维护，运行Linux操作***；
所述维护包括：数据库的维护、图形的绘制及修改、报表的生成及维护、***功能及权限维护、资料的录入及管理。
13.如权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述风电场一体化监控***通过纵向加密装置和电力调度中心通信，上传的信息包括：短时和超短时气象预测信息、风电场实时发电信息、风电机组运行状态、并网点电压、高压出线有功功率、无功功率、电压和电流、开关位置、实时风速和风向，并接受电力调度中心控制指令。
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