風(fēng)電場遠程電子監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

李錦華，紀小周

（江蘇龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司，江蘇南通，226000）

0 引言

近年來，我國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)新建了大量風(fēng)電場，風(fēng)機的數(shù)量和裝機容量也在不斷攀升[1]。但是，日益增長的風(fēng)電場規(guī)模卻和管理水平不相適配。由于風(fēng)電場往往地域較廣，室外環(huán)境時好時壞，導(dǎo)致很多風(fēng)電機組在故障后無法及時得到維修。這主要是由于大量風(fēng)機地處偏僻，人員稀少，日常運行維護較為困難，導(dǎo)致風(fēng)電機組各類隱患問題頻發(fā)，給電網(wǎng)安全運行帶來了不穩(wěn)定因素[2]。因此，如何保證風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運行、及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組的不正常運行狀態(tài)、確保風(fēng)電機組的壽命周期、盡可能降低風(fēng)電場的運行維護成本，是當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)領(lǐng)域面臨的重要課題[3]。

隨著電網(wǎng)智能化水平的不斷提高，遠程監(jiān)控系統(tǒng)成為了重要的組成部分。但是，諸如此類系統(tǒng)在常規(guī)電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛，但是在風(fēng)電場的管理領(lǐng)域經(jīng)驗還不充足，監(jiān)控系統(tǒng)并不能完全適合風(fēng)電場的日常設(shè)備運維管理。因此，為了實現(xiàn)對風(fēng)電場生產(chǎn)過程的管理自動化、精細化以及生產(chǎn)綜合化的需求，本文開發(fā)了一套風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)，基于B/S系統(tǒng)架構(gòu)進行開發(fā)，對風(fēng)電場內(nèi)部的設(shè)備（如風(fēng)機、逆變器等）進行實時狀態(tài)監(jiān)測，大大解決了運維人員日常巡視的工作量，同時避免了風(fēng)電場設(shè)備維修困難的問題。

1 需求分析

首先需要明確風(fēng)電場在線監(jiān)控的需求。同傳統(tǒng)電網(wǎng)不同的是，風(fēng)機設(shè)備的分布較為分散，且功率變化速度和幅度都遠超常規(guī)火力發(fā)電機，因此，需要根據(jù)風(fēng)機的集群分布狀況，對其進行分塊區(qū)域管理；同時，為了適應(yīng)功率變化的瞬時性，應(yīng)該設(shè)計風(fēng)機狀態(tài)的實時監(jiān)測功能，自動進行功率曲線分析，形成風(fēng)機狀態(tài)報表，并方便工作人員進行查詢和管理。綜上所述，風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該包括風(fēng)電場群管理、數(shù)據(jù)查詢、圖表分析、風(fēng)電場報表管理、系統(tǒng)管理等業(yè)務(wù)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能需求

2 系統(tǒng)監(jiān)控工作流程

在構(gòu)建系統(tǒng)一級功能需求后，還應(yīng)該對各一級功能的子功能進行設(shè)計，方便工作人員進行操作和處理。以風(fēng)電場群管理為例，應(yīng)該包括的子功能有風(fēng)場信息的管理、風(fēng)場運行信息的管理、風(fēng)速風(fēng)能分布管理、風(fēng)向玫瑰圖管理等，工作人員通過進入監(jiān)控系統(tǒng)，選擇相應(yīng)的功能子菜單，進行對應(yīng)的操作，在完成工作后會生成對應(yīng)的系統(tǒng)日志，并具備存儲和讀取功能。系統(tǒng)監(jiān)控工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)監(jiān)控工作流程

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

對于風(fēng)電場的監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要制定科學(xué)的邊界防護部署架構(gòu)。本文基于安全分區(qū)和橫縱配合的配置思想，在縱向配置上，采用專用的網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)控系統(tǒng)和調(diào)度主站之間的通信，同時，將調(diào)度網(wǎng)與管理網(wǎng)、公網(wǎng)實現(xiàn)良好的隔離，防止系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)泄密。另外，在調(diào)控網(wǎng)和風(fēng)電監(jiān)控系統(tǒng)的連接端，設(shè)置安全的加密認證系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問控制、訪問人員身份驗證、數(shù)據(jù)加密裝載等安全措施。系統(tǒng)邏輯功能應(yīng)包括：

入侵檢測裝置：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該能夠安全可靠的識別系統(tǒng)中的黑客和入侵行為，及時發(fā)出警告，將潛在的威脅消滅在初始攻擊階段。

惡意代碼防護系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)需要完善病毒庫，定期更新病毒查殺程序，從而安全可靠的識別病毒代碼，當(dāng)出現(xiàn)可疑程序時，及時進行網(wǎng)絡(luò)安全隔離并進行病毒查殺，同時發(fā)出警報信息，保障風(fēng)電場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運行安全。

安全審計系統(tǒng)：對于系統(tǒng)的訪問人員，進行身份認證，同時對于登陸失敗的用戶，應(yīng)該提供適合的驗證渠道，既能夠方便工作人員更改登錄方式，也能夠阻止不法人員進行攻擊。

II型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置：用于采集整個系統(tǒng)硬件設(shè)備去的各類安全事件，支持網(wǎng)絡(luò)安全事件的本地監(jiān)視管理，整體系統(tǒng)功能邏輯如圖3所示。

圖3 風(fēng)電場遠程電子監(jiān)控系統(tǒng)功能邏輯圖

本文設(shè)計的風(fēng)電場遠程電子監(jiān)控系統(tǒng)基于B/S的開發(fā)框架模式，將瀏覽器和服務(wù)器功能相互結(jié)合，從而方便管理人員通過瀏覽器進行管理操作，不需要額外開發(fā)PC應(yīng)用程序。系統(tǒng)編程語言選擇成熟的JAVA語言，兼容性較好，方便后續(xù)系統(tǒng)的維護和功能擴展。技術(shù)框架采取功能邏輯清晰的SSH框架，同時結(jié)合MVC開發(fā)模式，可以將風(fēng)電場遠程電子監(jiān)控的各個子功能框架清晰的分隔開來，使得系統(tǒng)的操作和使用大大簡化，方便工作人員迅速上手。數(shù)據(jù)庫選取SQLSERVER2014，能夠方便程序的讀取、數(shù)據(jù)的存儲，且安全性較高，符合電網(wǎng)工作程序開發(fā)的一般需求。

在確定系統(tǒng)開發(fā)的基本原則后，下面建立風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基本架構(gòu)。如圖4所示，本系統(tǒng)主要由View層即視圖層，controller層即邏輯控制層，model層實體層等三層組成。具體工作流程如下：在數(shù)據(jù)傳輸過程中，經(jīng)過視圖層的JSP模塊進行請求命令傳輸，最終將信息傳遞到邏輯層，由Struts模塊進行轉(zhuǎn)錄和翻譯，并進行指令處理，將指令代碼映射到model層進行進一步的操作。在model層中，首先需要經(jīng)過Spring模塊的處理，實現(xiàn)對 數(shù)據(jù)庫的訪問，然后將數(shù)據(jù)調(diào)用和處理信息傳遞給Struts模塊，然后再進一步返回至JSP頁面，將用戶的請求和處理操作加以響應(yīng)，并方便用戶閱讀。在SSH框架中JSP頁面以及Struts模塊都屬于User Show Layer層包括了JSP和Struts兩部分，Spring屬于Business logic layer層包括Spring模塊，而Data access layer層則代表了數(shù)據(jù)庫。整個開發(fā)框架十分清晰，分工明確，代碼不容易交叉，易于開發(fā)。

圖4 風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

根據(jù)以上設(shè)計方案，對系統(tǒng)進行集成和開發(fā)，最終形成的監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖5所示。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)主界面

以風(fēng)電場群管理功能為例，對監(jiān)控系統(tǒng)進行功能測試，結(jié)果如表1所示。

表1 智能控制系統(tǒng)I/O分配表（部分）

表1 風(fēng)電場群管理工程測試結(jié)果

在測試過程中，監(jiān)控系統(tǒng)不僅能正確的完成工作人員的需求，而且數(shù)據(jù)傳輸延時低，準確率高達99.5%。同時，該系統(tǒng)支持多用戶瀏覽，對網(wǎng)絡(luò)資源占用很少。B/S模式下的遠程監(jiān)控技術(shù)可以實現(xiàn)網(wǎng)頁端功能集成，應(yīng)用擴展容易，維度簡單，便于后續(xù)的系統(tǒng)更新，給工作人員的可持續(xù)工作帶來了極大的便利。因此，本文開發(fā)的風(fēng)電場遠程電子監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)束語

風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)中可以遠程實現(xiàn)對風(fēng)電場以及風(fēng)機的遠程監(jiān)控，不需要再耗費過多的人力進行維護。但同時系統(tǒng)也存在一些問題，例如定位不夠精準的問題，尤其是在一些自然環(huán)境比較惡劣的地方，風(fēng)機的定位點往往有誤差，這個問題我們將盡力改正完善。