電網(wǎng)風(fēng)電智能化運(yùn)行控制探討

摘要：目前新型能源的利用是我國的一項重要舉措。在此基礎(chǔ)上風(fēng)力發(fā)電得以發(fā)展，但是由于風(fēng)力發(fā)電智能化運(yùn)行還不成熟，還缺乏具體的標(biāo)準(zhǔn)，在安全通信和系統(tǒng)調(diào)試方面還存在一些問題。基于此，文章對電網(wǎng)風(fēng)電智能化運(yùn)行控制進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；風(fēng)力發(fā)電；智能化；運(yùn)行控制；風(fēng)電場 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM614 文章編號：1009-2374（2015）23-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.079

1 工程介紹

某風(fēng)電場管理過程中有很多重復(fù)性的工作，存在電機(jī)組設(shè)備不兼容、數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)共享等問題，使風(fēng)電場的管理難度增加。為了提高風(fēng)電場的管理水平，該公司引入了遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)功能包含了整個管理環(huán)境，通過運(yùn)行此智能系統(tǒng)，達(dá)到了實時監(jiān)控的目的，全面提高了企業(yè)的管理水平和效率。

2 目前的管理狀況和有關(guān)問題

在風(fēng)電場數(shù)目逐漸上升與風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的過程中，出現(xiàn)的有關(guān)風(fēng)電場管理問題越來越明顯。目前在國內(nèi)對多個風(fēng)電場和多個機(jī)型的監(jiān)控管理智能一體化還沒有完整的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。因為距離該能源有限公司較遠(yuǎn)的9家風(fēng)電場全都分布在該市北部偏僻的山區(qū)，所以不便于對該公司進(jìn)行管理。在風(fēng)電場的實際管理中存在以下問題：

第一，同一項需多次輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)之間是不能相互共享的，因為風(fēng)電場需要向各部門上交有關(guān)數(shù)據(jù)，并且基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的報表是每個部門所需要的。

第二，網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)速度不夠、網(wǎng)絡(luò)不好維護(hù)都造成了系統(tǒng)的不穩(wěn)定，主要是因為各風(fēng)電場報告給集控中心的多套管理系統(tǒng)并上報給公司的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了嚴(yán)重的重復(fù)問題。

第三，導(dǎo)致管理復(fù)雜的主要因素是有關(guān)風(fēng)電場的每個管理系統(tǒng)都采取了各式各樣的架構(gòu)、設(shè)計想法和實現(xiàn)的方法。如果就各個系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)難以達(dá)成一致和前后數(shù)

據(jù)的不協(xié)調(diào)，則說明統(tǒng)計中的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。

第四，在集控室置放同一時刻能監(jiān)控各個風(fēng)電場的監(jiān)控系統(tǒng)，是為了要達(dá)到集中監(jiān)控、無人值守的目的。但是制造廠家所給的風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)不具有監(jiān)控其他廠家風(fēng)電機(jī)機(jī)組的作用。如果安排人留守，那么就與提出“集中監(jiān)控，少人值守”的目的相矛盾。于是為了提高風(fēng)電場的現(xiàn)場監(jiān)管力度，公司開發(fā)并設(shè)計了風(fēng)電場智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)布局

“規(guī)劃統(tǒng)一、平臺統(tǒng)一、數(shù)據(jù)統(tǒng)一、共享資源、安全保障”是公司作為判斷產(chǎn)量建設(shè)的主要標(biāo)準(zhǔn)，若要更加有效地對多種風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，則可以與其他制造廠的各種機(jī)型風(fēng)電機(jī)組和變電站設(shè)備進(jìn)行合并。之所以將系統(tǒng)集成到風(fēng)電場以后實行智能化控制，就是為了實現(xiàn)統(tǒng)一管理，以便加強(qiáng)人與人之間、人與設(shè)備之間的關(guān)系以及設(shè)備與設(shè)備之間的良好關(guān)系，從而更有效地推動風(fēng)電企業(yè)的運(yùn)行管理和信息化工作臺的建立。因此，系統(tǒng)將采用的結(jié)構(gòu)模式為B/S（瀏覽器、服務(wù)器），此模式非常適合當(dāng)前的風(fēng)電企業(yè)的發(fā)展需求，因為其具有分布寬、靈活方便、容易維護(hù)、開發(fā)簡單、能夠共享、業(yè)務(wù)發(fā)展簡單等優(yōu)勢。

4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分層

可以將系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分為六層，以滿足風(fēng)電場管理運(yùn)行的基本要求。

4.1 實時監(jiān)控

主要針對預(yù)測風(fēng)功率、報警設(shè)備（變電站系統(tǒng)和風(fēng)電組系統(tǒng)）、監(jiān)控（風(fēng)電場初級系統(tǒng)及風(fēng)電系統(tǒng)監(jiān)控）、風(fēng)電機(jī)組列表以及變電站初級設(shè)備列表、監(jiān)督視頻（其中是變電站和風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)視頻）、管控（變電站裝置以及風(fēng)電系統(tǒng)）、檢測風(fēng)電系統(tǒng)的振動頻率。

4.2 公司管理

設(shè)備管理、科學(xué)技術(shù)管理、評論管理、培養(yǎng)訓(xùn)練管理、考核人員管理。

4.3 生產(chǎn)管理

員工檔案和倒班管理（正常倒班管理、調(diào)班管理、請假管理）、調(diào)度管理和交接班管理、工作票與指標(biāo)考核管理，最后是短信平臺。

4.4 系統(tǒng)管理

網(wǎng)絡(luò)診斷和用戶信息提示、基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)管理（風(fēng)電場、人員、變電站的基礎(chǔ)信息，還有風(fēng)電機(jī)組和線路的基礎(chǔ)信息，要點是可以將它們聯(lián)系起來）、管理和權(quán)限用戶。

4.5 設(shè)備管理

設(shè)備定檢和使用壽命的長短分析、變電站與有關(guān)線路和風(fēng)電場設(shè)備（例如路標(biāo)等）、設(shè)備替換和設(shè)備維護(hù)記錄，還有最后的風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備管理（有關(guān)風(fēng)電機(jī)組的變壓器、基礎(chǔ)和設(shè)備）。

4.6 報表功能

實時數(shù)據(jù)和靈活報表（其中主要有實現(xiàn)用戶設(shè)計報表格式和數(shù)據(jù)來源）、對標(biāo)分析報表、報表補(bǔ)充的數(shù)據(jù)和分析報表（根據(jù)數(shù)據(jù)形成），還有常用報表和趨勢圖標(biāo)，最后是啟停記錄編輯功能。

5 系統(tǒng)的開發(fā)

5.1 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

將該市作為核心節(jié)點，并通過E1專線把該市各電風(fēng)場都連接起來，其是根據(jù)當(dāng)前公司的網(wǎng)絡(luò)狀況和功能需要來進(jìn)行。之所以選擇2條E1線路（1條為電力專用、1條為運(yùn)營商專用），是因為要確保鏈路的冗余。又因為2臺路由器不具有1主1備的關(guān)系（其中的一臺路由器是Standby狀態(tài)，是不能作為數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)設(shè)備利用率較低時，是主路由器宕機(jī)后，備機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸）而是主-主關(guān)系，所以要確保設(shè)備的冗余，就建議采用2臺路由器。2臺路由器不僅不設(shè)置雙機(jī)熱備用模式，而且都可以用于傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)線路出現(xiàn)問題時，其會自動地跳轉(zhuǎn)到另外的路由器，其原因為具有獨(dú)立的路由。設(shè)備和線路可以相互備份冗余部分，于是就提高了設(shè)備的利用率。風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1為風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

5.2 OPC Client開發(fā)

5.2.1 底層程序兼容。底層程序之所以需要兼容MODBUS與OPC的傳輸協(xié)議來確定數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和正確性，是因為雖然大部分風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠家發(fā)明了OPC協(xié)議，但是有些廠家對OPC協(xié)議的開發(fā)技術(shù)不夠熟練，他們必須用MODBUS協(xié)議來開發(fā)。endprint

5.2.2 延長時間上傳數(shù)據(jù)。為了確保公司數(shù)據(jù)的完整性，在網(wǎng)絡(luò)或者程序出現(xiàn)故障時，必須要將數(shù)據(jù)預(yù)存到風(fēng)電場的前置機(jī)內(nèi)，等到網(wǎng)絡(luò)通信或程序故障消失后，再將數(shù)據(jù)上傳至公司。

該功能的重點任務(wù)是驗證數(shù)據(jù)的上傳情況，驗證數(shù)據(jù)是否上傳是該功能的首要任務(wù)，流程包括以下四方面：（1）檢查網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫情況；（2）讀取緩存文件的前提是網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫都正常；（3）接到歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和內(nèi)網(wǎng)Web服務(wù)器；（4）上傳數(shù)據(jù)如果失敗，就要將數(shù)據(jù)預(yù)存至緩存文件中，下次再傳。

5.2.3 對數(shù)據(jù)的有效處理。底層程序必須對從OPC Server讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾無效數(shù)據(jù)的預(yù)處理。在采集點的設(shè)備出現(xiàn)問題、存在極大故障的風(fēng)電機(jī)組PLC、不正常的網(wǎng)絡(luò)通信以及某個數(shù)據(jù)點的不正確采集和采集到的OPC Server質(zhì)量的好壞為出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)的主要原因。在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)特別對風(fēng)速和功率的無效數(shù)據(jù)做了及時處理。風(fēng)速，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)確定風(fēng)速的數(shù)據(jù)有效范圍，不是特殊氣候年風(fēng)速最大值，因而保存有效數(shù)據(jù)，無效數(shù)據(jù)則在底層采集程序OPC Client中進(jìn)行過濾處理，起到對數(shù)據(jù)優(yōu)化的作用；功率，其有效數(shù)據(jù)范圍為-Pe～2Pe（Pe為風(fēng)機(jī)額定功率），不屬于這個范圍的數(shù)據(jù)或OPC Server中質(zhì)量為Bad的功率值是無效數(shù)據(jù)，在底層采集程序OPC Client中進(jìn)行過濾處理。

5.3 對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化

這些風(fēng)電場的實時數(shù)據(jù)不存儲到歷史數(shù)據(jù)庫中，但是用于實時緩存并顯示到監(jiān)控面上，這是由該實時數(shù)據(jù)庫主要采集的。當(dāng)前，對數(shù)據(jù)及時處理的速度、實時和準(zhǔn)確以及對內(nèi)存的處理，是這部分開發(fā)技術(shù)的重點，同時也是難點。若要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，則必須優(yōu)化數(shù)據(jù)，其分為4個步驟：（1）要對采集到的頻率進(jìn)行改變；（2）對所存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的設(shè)置；（3）使用的上傳方法是設(shè)置1個數(shù)值的偏移量，所以屬于這個范圍里的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是不改變的；（4）不改變的數(shù)據(jù)不上傳。

6 結(jié)語

通過使用智能化控制系統(tǒng)，提高企業(yè)的智能化管理水平。作業(yè)人員不再需要進(jìn)行效率比較低的人工操作和紙質(zhì)化管理，提升了企業(yè)綜合管理水平和綜合競爭力。

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作者簡介：程世洪（1980-），男，重慶人，華能昭覺風(fēng)力發(fā)電有限公司注冊安全工程師，電氣工程師，研究方向：電力開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)營安全管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint