《风电场监控.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风电场监控.pdf（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、http:/ -1-中国中国科技论文在线科技论文在线风电场监控系统现状和趋势综述风电场监控系统现状和趋势综述 卓张华，周玲，徐强 河海大学电气工程学院，南京(210098)E-mail： 摘摘 要：要：本文分析了当前国内与国外风电场监控系统的发展现状，分析了研究的背景，风电场的 SCADA 系统构架与组网方式，包括硬件与软件方面。进而介绍了国内外著名风电监控厂家的组网方式，并进行了比较，得出合适的方案。然后分析风电场监控的主要功能以及高级功能，结尾对风电场监控系统进行了展望。关键词：关键词：风力发电；风电场监控；组网；高级功能；IEC61400 中图分类号中图分类号：TM 1 引言引言 当前，
2、全球能源供应紧张，环境问题日益突出1，风能具有储量巨大、分布广泛、清洁无污染和可再生的特点，符合人类可持续发展的要求，越来越受到世界各国和地区的广泛关注。世界风电产业近来迅速发展，风力发电已经成为解决世界能源短缺的重要途径之一。风力发电的快速发展，在全球范围内催生了一个庞大的风能产业。由于风力发电的本身条件限制，风力发电机一般工作于恶劣的环境下，在无人值守的情况下长年运行，因而要保证对其进行实时、可靠的控制。在大型风力发电场，通常需要对几十台或上百台风力发电机进行集群控制，这就要求采用先进的控制技术和通信手段。微机控制以其高可靠性、高性能价格比为这一实现提供了现实依据。在一个现代化的大型风电场
3、中，如何有效地对各风力机状态进行监视和控制，使整个风电场安全,可靠,经济地运行变得至关重要。近些年已经在火电、水电等传统电力行业得到广泛应用的监控与数据采集(SCADA)系统为解决大规模风电场的 SCADA 提供了基本的技术途径2-4。在电力系统中，监控与数据采集(SCADA,Supervisory Control And Data Acquisition)系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，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、参数调节以及事故报警等功能。在风力发电系统中应用 SCADA，可以保证
4、系统的信息完整，正确掌握风电系统的运行状态，帮助快速诊断系统故障，提高生产效率。风电场 SCADA 系统能对风电机功能进行现场或远程控制，并通过收集风电场的数据，分析和报告风电机的运行情况5。随着风电在全世界范围的发展，国内国外有不少公司致力与 SCADA 系统开发，这些公司的优秀产品包括，国外：丹麦瑞思国家实验室于 2000 年到 2003 年开发的 Clever Farm 系统6,英国 Garrad Hassan 公司的 GH SCADA 系统7，美国赛风公司的 Second WIND-ADMS 系统，还有 Vestas Online 美国卓越通讯的 SCADA 系统，国内的有：南瑞电控所
5、 NS2000W华锐风电，金风公司的监控和远方监测系统8-10。2 风电场的风电场的 SCADA 系统构架与组网 系统构架与组网 2.1 风电组网构成风电组网构成 一 硬件 http:/ -2-中国中国科技论文在线科技论文在线一种典型的风电场 SCADA 系统由变电站，气象站、风电机组、远程接口单元（RIU)、现场通信网络、SCADA 现场服务器、现场工作站、远程客户端等组成112425。二 软件 各个公司的软件环境和平台,数据库的选取都不一样12。有的按照风电国际标准IEC61400-25 监控通讯标准来设计组网，大部分都是在自己公司建立的标准上通讯22，并不统一。2006 年 12 月,国
6、际电工委员会(IEC)公布了由 IECTC88 技术委员会起草制定的IEC61400-25 标准。该标准是 IEC 61850 标准在风力发电领域内的延伸,专门面向风电厂的监控系统通信26.2.2 风电组网的硬件构成风电组网的硬件构成 图 1 风机的 SCADA系统硬件结构 图 1 中主体部分为风力机塔基内的控制柜，其中可编程逻辑控制器(PLC)主要负责该风力机运行状态的监控及根据程序发出相应控制信号给 I/0 端口，同时负责各种数据和参数的实 时获取。因塔基至短舱之间距离较远，PLC 通过光缆与风力机短舱相连，以保证数据及控制信号的安全快速传输。PLC 与外部的连接通过光纤以太网实现13。风
7、机现场通过光纤以太网连接所有硬件设备，实现数据共享。风电场的监控中心的设计有 2 种方案：第一种方案：在风电场中设置一个监控站，监控站内计算机与光纤以太网连接，以监控和实时调度风电场总体运行及对各台风力机运行状况，此种模式适用于小规模的风电场。另一种方案是以太网与 Internet 连接，将该风电场的实时运行数据和各参数通过 Internet送至远距离的监控中心，由监控中心对各风电场统一监控、维护、调度。此种模式适用于大规模的风电场。http:/ -3-中国中国科技论文在线科技论文在线 通过INTERNET 上送调度中心 风机 光纤 2.3 风电网的软件构成风电网的软件构成 1.软件环境 操作
8、站和服务器用的是软件环境一般使用的有LINUX,微软的WIDOWS NT/XP环境等。2.支撑平台 SCADA 系统一般由数据库管理系统，网络管理系统，图形管理系统，报表管理系统，系统管理系统组成，各个系统完成各自的功能。数据库管理系统一般具有以下功能：数据的快速存取,数据的组织,数据之间关系的建立,电网数据模型的建立，标准的访问接口。网络管理系统要求网络通信以独立进程运行，以 COM 接口方式与其它应用接口，它接收网络数据，送给数据需求方，其它应用把要求发送的数据提交给网络，由网络层负责发送。图形管理系统提供功能丰富、操作方便的图形编辑器，通过图形制导录入数据的功能，可直观地通过图形上的设备
9、，如风电机组、开关、变压器、母线等及其设备组，把相应的遥信、遥测及其它参数录入到数据库，还集成了地理信息系统和机组结构图监测的功能，系统管理系统主要包括安全管理、分布式网络管理、系统自诊断管理、定时任务管理等。通讯标准由以前的各个厂家独立制定内部规约到统一的国际 IEC 61400-25 的国标中来，实现风电场各个厂家的装置通讯更加方便14-18。2.4 国内外著名风电企业综合监控系统组网国内外著名风电企业综合监控系统组网 1.GH SCADA GH SCADA 现场通讯网络基于 MODBUS 工业标准协议，它可以在简单的网络上使用较快的 TCP/IP 协议，运行在 WIDOWS NT 上，软
10、件系统使用标准开放接口（opc odbc 和网页技术）,所有的局域网和远程用户访问都通过用户访问和易远程访问的标准网络浏览器访问系统(IE Netscape Navigator)，每个风机和气象站，电网端都接有一个远程接口单元(RIU)，通过RIU 对本地设备进行处理和存储，然后通过光纤传输到远方监控机器上。2.美国 SECOND WIND 赛风公司 赛风公司通过有线，无线，光纤连接风机，气象站，变电站，和操作中心，赛风公司使用的是一个叫 CTM(communicating turbine monitors)的监视器，放在风机里，气象站的操作建筑物里面，然后和变电站的数据采集器进行连接，它于灵
11、敏 RTU，数据记录，和高隔离通路为一身，完成当地的数据处理，并通过通讯协议上传至监控计算机上。3.南瑞 NS2000W 风电场监控系统 NS2000W 风电场综合监控系统基于两层网络构成，包括站控层的计算机网络和间隔层交换机 图 2 以太网与 Internet 连接 http:/ -4-中国中国科技论文在线科技论文在线数据通信网络。站控层网络负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议应符合国际标准化组织 OSI 模型。硬件设备、数据链路用以太网构成，网络传送协议采用 TCP/IP 网络协议，网络传输速率 100Mb/s，站控层网络按双网配置19。间隔层设备
12、通过交换机与站控层以太网连接，其网络协议成熟可靠，符合网络标准。间隔层至站控层网络通讯介质采用光纤或双绞线连接，间隔层内采用屏蔽双绞线连接。根据用户需求，主网可配置为双网结构，完成负荷平衡及热备用双重功能，在双网正常情况下，双网以负荷平衡工作，一旦其中一网络故障，另一网就完成接替全部通信负荷，保证实时系统的 100%可靠性。风电场通讯网络为光纤以太网，环网结构，根据风电场的规模和实际地理位置，综合考虑网络的可靠性和经济性，可将通讯网络划分为多个环网，每个环网包含 10-20 台数量不等的风机。监控系统通过防火墙与 Internet 相连，操作员根据权限许可，从任意 Internet 位置访问风
13、电场监控系统，来自 Internet 的远程监控和位于监控室的监控可具备相同的功能。根据需求系统也可提供 Web 浏览服务功能，位于 Internet 上的授权用户可以通过网页浏览风电场的实时和历史运行情况20。风电场还具备 GPS 系统，负责为风场内的各台风机以及各种测控保护设备提供统一的时钟校准服务。4.总结 从 GH SCADA，美国 SECOND WIND 赛风公司，南瑞 NS2000W 风电场监控系统三个公司的组网可以看出，第一家和第三家使用的都是 OSI 通讯模型，赛风公司使用的使自己的一套规约，没有兼容性。南瑞很好的集中了前两家的优点。能够很方便的通过 Internet 远方访问
14、风机信息，同时还可以直接通过 RIU 访问风机的各种信息量。3.风电场监控的主要功能风电场监控的主要功能 根据 IEC61400-25 规约对风电场监控提出的要求 SCADA 的功能21分为几类：a.测量类，b.控制类，c.状态监视，故障监视，系统报警等，d.后台存储，绘制图，报表，计算处理和打印 接口及权限设置等功能。a.测量类：单个风电机组的信息，风电机组转子，传动链，发电机，变换器，变压器，舱室，偏航系统，塔架，气象站模拟量信息：有功功率，无功功率，风速，风向，叶轮转速，电网频率，三相电压，三相电流，发电机绕组温度，环境温度，机舱温度，出力、风速等。b.控制类：对风电机组所能进行起机、停
15、机、测试、复位、偏航；对变压器开关进行分与合，分接头进行升降停 等操作。c.状态监视，故障监视，系统报警：每台风机的当前状态（正常、风机故障、通讯故障），变压器分合状态。系统报警：变位报警，越限报警，事故报警，通讯工况报警，系统本身告警，远程报http:/ -5-中国中国科技论文在线科技论文在线警：手机 邮件，等。d.后台存储，绘制图，报表，计算处理和打印 接口及权限设置等功能：后台储存：后台隔一定时间自动备份比传输到别处备份处。绘制风电场风机分布图，功率分布曲线图，报表打印功能，后台通过采集的电流电压计算所需的量，还具备远程接口对每个风机和气象塔进行监视和维护，后台具备修改登陆系统权限等。声
16、音报警：当风机出现故障时，触发声音保警或语音保警，同时软件界面上有视觉警示标识值班人员确认故障后，报警停止。手机短信报警：当风机出现故障时，可以通过相应的网络，将故障信息发送到制定的手机上，目前需要 CDMA 网络支持。4.风电场监控的高级功能风电场监控的高级功能 1Shadow flicker 风机的叶片会在一年的某个时候挡住居民家房子的阳光，影响他们的生活，故有一系统建模的 shade-off 接口软件能够做出在某年的那个时候根据当局的时间限制和在低风速的时候将风机停机。2.计算风电场效益和发电量，它可以计算出你的设备应该发出的电量，让你与其实际真实的发电量做出比较（美国赛风）。3.监视航
17、空障碍灯（在大多数现代的风机上）4.状态监控(DAM clever farm SCADA)状态监控是对部件状态进行监控以及预测部件故障的先进技术。实际操作中，有两种方式的状态监控:一种方式是持续监控控制系统上的传感器，运行状态一旦变化，就进行报警。例如对齿轮箱的频率进行测量，并与原始频率相比较，频率发生变化就进行报警。故障在早期就可以被检测到。另一种方式是周期性的对机器进行诊断，并与最近的测量结果相比较。利用这种方式可以发现故障的进程，但不如持续监控发现故障那样快。进行状态监控常用的几种技术为：波形，指数，同步平均值，轨道和统计方法,振动分析，运用振动信号分析进行状态监控基于下面两个基本因素：
18、(1)所有的故障模型有可以被分离和确定的具有明显振动频率的部件。(2)除非机器的运行动力学有改变，否则具有明显振动频率的部件的振幅保持恒定。5.对整个风电场进行实时的有功和无功功率控制 例如:VESTAS online 高级应用。6.可利用率计算 5.风电场监控的总结和展望风电场监控的总结和展望 风电场监控 SCADA 系统是(Data Acquisition，SCADA)系统，又称计算机四遥(遥调、遥控、遥测、遥信)系统。SCADA 技术是建立在 3C+s，即计算机技术(Computer)、通信技术(Communication)、控制技术(Contro1)和传感技术(Sensor)基础上的。
19、各个厂家的原来的通讯标准不一，要想实现互操作，还需时日。随着现在计算机和通讯技术的高速发展，以及风力发电 IEC61400 标准的制定，发布，实施，各个监控厂家，包括硬件和软件厂家，都开始投http:/ -6-中国中国科技论文在线科技论文在线入到研发 IEC61400 标准中去了，然后让自己的产品执行这个标准，进行信息无翻译传输。虽然这是一个漫长的过程，但是我们相信风电监控系统将迎来一个更加美好的未来，世界风电行业将迎来新的曙光2829。参考文献参考文献 1孙杨，冉香坤，钟声大型风电场的计算机远程监控系统，工业技术，2007，23：133-134 2刘志宏，吴福保，李洪兵，等重庆杨家坪 ON2
20、000 SCADA 部分的运用特色电力系统自动化，2004，28(5)：98-99 3 崔玲宝鸡第二发电厂 RT U 兼当地 S C AD A系统的设计电力系统自动化，2001，25(18)：60-6 1 4葛俊，童陆园，耿俊成，等配电系统多媒体网络 RT U 的设计和实现电力系统自动化，2000，24(19)：50-53 5刘莉莉，段斌风电场 SCADA系统安全接口单元设计 电力系统通讯，2007，28（182）：10-14 6 Gregor Giebel(ed.),Axe Juhl,Klaus Gram Hansen,JochenGiebhardt,Thomas Pahlke,Hans-P
21、eter Waldl,Matt Rebbeck,Oisin Brady,Rachel Ruffle,Martin HeymanDonovan,ClausBjerge,CleverFarm-A SuperSCADA system for wind farms,Ris National Laboratory 7 Network General Specification VestasOnline, 8 Remote Data Collection Options for the NOMAD 2, 9Generic Wind Farm Supervisory Control and Data Acq
22、uisition System,http:/ 10 Vesta Online Business Advanced wind power plant control, 11刘莉莉，段斌，李晶,等 基于 IEC61850 的风电场 SCADA 系统安全访问控制模型设计 电网技术，2008，32(1):76-81 12王松，姚兴佳，李春影风电场远程数据采集与监控系统的开发，节能，2001，05：10-12 13宋晓萍，廖明夫基于 Internet 的风电场 SCADA系统框架设计电力系统自动化，2006，30(17)：1-5 14朱凌志基于南瑞 NS2000W 的风电场综合监控系统技术方案书，南京自
23、动化研究院 15周京阳，于尔铿，吴津能量管理系统(EMS)：第 3 讲 数据收集与监视(SCADA)J 电力系统自动化，1997，2l(3)：73-76 16 王成，王志新基于无线局域网的大型海上风电场远程监控系统设计学术-论文，2007，05,机电一体化：38-42 17 龙迅，柴建云基于组态软件的风电场远程监控系统的研发能源与环境，2007，02：76-78 18 陈雷，陈顺连，杨东升 面向对象的电力系统图形编辑器及其在风电场 SCADA中的应用 2003,06:17-19 19 杨洪，IEC60870-5 传输规约的应用及试验电力自动化设备 27(11):75-78 20 鲍金艳，基于
24、Internet 的风电场 SCADA系统数据传输技术的研究与实现第 2 章，数据传输的研究：9-10 21 鄂春良，赵斌，武鑫基于 OP C 的风电场中央监控系统通信技术研究计算机测量与控制，2004,12(1):60-63 22 包能胜，叶枝全基于现场总线的风电场集群监控系统风力发电，2002，04：12-17,21 23 阵希强，刘文洲，梁一子，等现场总线在风电场微机监控系统中的应用应用能源技术1999，09：45-47 24 张沛超，高翔数字化变电站系统结构电网技术2006，30(24):73-77 25 田淑娟，黄凌翔风电机组通信模块软硬件设计，兵工自动化 2009,07:66-68
25、 26 蔡忠勇,荆超 风力发电厂监控通信原理及模型-IEC61400-25 标准介绍 电力系统通信 29(186):59-65 27王新颖基于本体的风电场监控信息和通信服务的形式化描述第一章，绪论：IEC61400 研究现状 28 黄凌翔，段斌，龙辛 基于 MMS 的风电设备信息模型获取方法 电力系统自动化 2009，33(19):101-105 29 段斌,林媛源,黄凌翔风电场监控通信安全解决方案电力系统自动化 2009，33(12):101-105 http:/ -7-中国中国科技论文在线科技论文在线The Current Situation and Development Trend o
26、f Wind Monitoring System Zhuo Zhang-huang,Zhou Ling,Xu Qiang Institute of Energy and Electric,Hohai University,Nanjing(210098)Abstract This essay analyses the present situation,the background,the mode of wind monitoring system of the home and abroad.analyses the structure and networking methods of t
27、he SCADA system including hardware and software,compares the characteristic from the three company,then introduce the main functions,senior application and the difference of wind monitoring system.lastly,draw a conclusion.Keywords:wind power;wind monitoring;network framework;senior function;IEC61400 作者简介：作者简介：卓张华(1979)，男，硕士研究生，研究方向为:电力系统分析和控制；E-mail:。周玲（1962），女，副教授，研究方向为：电力系统继电保护,电力系统控制,电力系统故障诊断,E-mail:。