风电场监控系统的优化探讨

风电场的正常运行离不开监控系统，但是随着系统运行的要求逐年提高，早期的风电场监控系统已经不能满足当今电网运行的要求。

中铝宁夏能源集团有限公司太阳山风电场正处于不断发展和壮大中，伴随而来的风电场管理问题也日益凸显。在风电场的实际管理中存在如下问题：

(1)目前风电场存在工作繁杂、不能保证报送数据准确性、及时性等问题，管理人员不能及时了解风电场的生产运营状况，而且对生产设备的性能评价缺乏实际运行数据的支持。

(2)风电场需要向各部门上报相关数据(已有的监控系统不能向其他部门提供所需数据)，每个部门所需要的数据均为基础数据，且每个部门都需要相应的报表，导致同一项数据需要多次人工输入系统，各系统之间的数据不能共享。另外，目前报表等统计工作均由人工完成，耗时耗力，有时不能保证统计工作的准确性和完整性，同时很多系统没有历史记录，信息化程度很低，因此迫切需要一套能提供灵活丰富的报表及分析的系统，最大限度地从总体上掌握信息资源，进行更深层次的信息开发，以保证设备经常在最佳经济参数下运行，获取最高的效益。

(3)风电场风电设备繁多，涉及系统各异，风电开发技术性要求高，运行人员需要熟悉各类系统才能对相关的数据进行统计、整合与分析，进一步形成各类知识库，以指导生产运行。而以单个风电场为单位实施风电开发管理，人员的素质和业务能力无法满足技术要求，导致人员管理成本居高不下，且容易留下安全质量隐患。

(4)没有具体的故障诊断系统，易发生错误的故障诊断，且当故障发生时，工作人员赶到现场按照“两票三制”的原则检修风电机组，往往会出现这种情况，例如，检修人员开车进行巡检，爬上风电机组后，发现相关问题，需要开具相关工作票和操作票，进行检修维护，此时需要下机舱，返回主控，开具票后再进行相关工作，既费力又费时。

(5)没有风功率预测系统，会出现大风期进行设备维护，不但给工作人员带来维护的困难，同时错过了大风期的风电机组发电。

(6)人才综合利用能力差,有经验的风电运行、检修以及管理人员安排在具体的某个风电场，这样仅能解决一个风电场的实际问题，无法发挥人力资源的最大价值，使企业整体绩效水平无法提高;整体竞争实力弱,以场为单位实施经营管理，资源配置效率低，管控能力弱，风电场的效益无法充分实现，整体利益得不到保障。

综上所述，深入研究风电场并网技术，完成大规模可再生能源发电运行控制、对电网安全稳定影响等关键技术已迫在眉睫，而最基础的信息来自于风电场，建立智能化的监控系统将为风电的有效并网及可靠运行，全面建成风电场监测系统包括对风力发电相关数据的监测，实现风电机组功率预测及有功功率的实时控制，风电场运维管理，风电机组故障诊断、预警分析，为打造智能化风电场提供坚实的基础。

系统设计

开发一套完整的风电场监控系统有助于提高风电公司服务质量。因此，根据太阳山风电场的实际业务需求对其原有的监控系统进行了优化整合，研发了新的风电场监控系统。基本的功能包括以下几类：

(1)系统整合：原有监控系统中各个子系统来自不同厂家，因此系统整合将各个分散的、独立的子系统整合到新的风电场监控系统中，实现统一的集中控制。

(2)自动报表：常用报表、趋势图表、启停记录编辑功能、查看实时数据报表、灵活报表(实现用户设计报表格式和数据来源)、对标分析报表、报表补充数据以及根据数据形成的分析报告等。系统设计的各项功能较多，其中最重要的是底层数据层的4个数据源(风电机组数据、变电站数据、线路数据、人员基本信息)，每个数据源都有各自的一套业务逻辑，且相互之间存在交集，构成复杂的管理系统业务逻辑。

(3)移动两票：移动设备上的两票管理功能能够通过两票登录、两票处理、两票验收、两票统计等功能对两票进行登录、审核、批准、跟踪、统计，方便电厂对两票进行有序处理。同时，两票管理能对两票数据按照需求进行各种统计，企业可以根据自身工作票、操作票情况，进行特制开发，满足特定的需求。风电机组维护人员去现场进行风电机组维护工作时，不用再返回主控开票，而是在现场利用安装在移动设备上的移动两票功能直接开票，既节省了工作人员维护时间，同时工作人员还可以利用移动设备随时查询网络及历史经验库或知识库对现场的风电机组的故障做出最正确快速的解决方案。

(4)设备台帐：设备台帐管理这一功能模块主要是设备基础档案信息的维护，实现设备台帐的增加、删除、修改、查询等，包括设备名称、设备编码、所属单位、所属班组、安装部位、设备型号、图号或规范、单台数量、设备材质、生产厂家、出厂日期、投运日期、使用寿命(年)、检修周期(月)、保修期(月)、技术规范和其它等基本信息。

(5)故障诊断：故障诊断是对系统运行状态和异常情况做出判断，并根据诊断做出判断，为系统故障修复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。

(6)故障预警分析：以故障相关参数信息知识库实时监测设备特定故障相关的参数信息，建立一个设备故障侦查预警模型对符合知识库参数值和逻辑的进行预警。以历史预警信息和预警效果评估为基础，建立一个设备故障预警自优化模型，实现预警参数信息知识库的优化，从而达到预警信息准确性的不断提高。

(7)历史经验库：是风电机组在运行、检修、数据挖掘过程中产生的历史数据以及风电机组发生故障处理的历史经验的归宿，为工作人员进行设备检修、维护提供了宝贵的经验，并提高了工作效率;同时也将历史数据“变废为宝”，为生产运行、检修管理和进一步的数据挖掘、故障预警分析等提供应用支持的来源。

本监控系统的基本功能是实现对现场风电机组、变压站等生产数据的采集和整理，并存储在集控中心统一的实时历史数据库中，经过对数据的二次加工，将原有分散的、独立的子系统整合到一个平台上，实现上述功能。在此基础上，系统可以对大量的数据进行统计分析，找出发电指标差距，定量分析由于维护、电网限电、设备故障或天气等多种原因造成的电量损失情况，整体查找设备故障根源和共性问题，提高风电场设备利用率，提升发电量。同时为实现设备的精细化管理、优化控制及从规模化检修维护提供强有力的参考数据，总体架构图如图1所示。

系统实现

针对上述系统的基本功能，下面给出每个功能的实现方式：

(1)系统整合：利用网络，将各个子系统的厂家以标准通讯协议进行开放的接口，并对其进行破解，然后与风电场的各种不同设备进行数据交换，构建集中监控系统，满足在中心实现对下属风电场各类设备的远程、集控监控。

风电机组监控系统，由风电机组厂家提供，通过汇总一个风电场该厂家某一型号的所有风电机组的PLC数据，形成监控系统。其常见结构如图2所示。

风电机组内部通讯主要通过环网或星形网络实现，风电机组监控系统分别与网络中的每一个节点进行通讯。

(2)自动报表：将各个报表整合，再进行统一计算、统计。当设计开发好一个新报表之后，经过测试将它部署到报表服务器，最终用户则通过浏览器访问web服务器。但有报表需求时，从报表服务器数据库中获得报表定义，从系统数据库中获得报表数据，生成最终显示的报表并返回到web服务器。报表管理员则通过浏览器管理报表权限和设置数据库连接参数等，系统数据库和报表服务器数据库也可以在同一数据库服务器上。

(3)移动两票：在移动设备上安装两票管理系统，使其工作流达到一个闭环，通过工作流引导各个功能模块中的数据流传递，并展示给工作人员。保证管理决策和运维实施业务的高效沟通联动。与此同时，各个节点信息流、实施工况的实时检测，保证领导决策人员及时制定检修计划、督查工作进展。

(4)设备台帐：通过打通各个系统之间的信息流，实现设备生命周期内的全方位跟踪管理，建立系统化的“一设备一档案”管理机制，对风电场各设备部件实现从采购、备档、运行跟踪到报废的细致管理。

(5)故障诊断：通过对风电机组故障数据进行统计、提取和分析从而进行故障诊断。其中数据包括，风电场中每台风电机组的传感点的参数类型、每隔2s的实时数据、故障的种类，每种故障发生的次数等，数据量达到T级。通过对以上数据的分析和挖掘，找出风电机组每种故障发生与风电机组参数的关系，建立故障相关参数信息挖掘模型，以该模型和已有的工业运行库为基础，形成特定型号设备的故障相关参数信息知识库，为故障诊断提供了有利的依据。当风电机组发生故障时，会根据知识库中的信息来判断故障的类型、并会自动提示处理办法预防措施及故障征兆。

(6)预警分析：故障预警建立在故障诊断的基础上，系统周期性检测设备相关参数(每个故障有3个-5个相关参数)，计算出相关参数幅值，对比设定的参数幅值和计算的相关参数幅值大小和各参数之间的对应逻辑，若符合以上条件即推出报警信息，并归档。以历史预警信息和预警效果评估为基础，建立一个设备故障预警自优化模型，实现预警参数信息知识库的优化，从而达到预警信息准确性的不断提高。预警系统开放用户参数调整接口，保证权限的用户可以根据经验直接添加系统的故障相关参数信息知识库等配置信息，以保证运行人力智库的充分利用。

(7)历史经验库：以业务推动数据，预警自动生成检修工单、两票系统按流程审批，检修人员进行故障排查，完善数据库结束流程。一方面对生产一线的数据进行有效的汇总，另一方面应对知识数据进行汇总，如各现场的检修经验汇总、人才汇总、备品备件的汇总(后续区域检修方案中涉及)，为更好的提高公司的生产管理的效率、提高企业经济效益提供更为全面的数据支撑。

结语

风能资源是一种纯粹的绿色资源，但是由于风具有波动性，所以风电场就需要有一套完整的监控系统对其参数进行监控。为太阳山风电场设计开发的风电场监控系统将原有的风电场监控系统中零散的子系统整合、优化。工作人员可通过新的风电场监控系统进行报表管理、移动两票管理、故障诊断、故障预警分析、设备台账管理、历史经验库等。信息化的管理模式取替了纸质工作和人工操作的管理模式，减轻了工作人员的工作量，提高了工作效率和风电企业的管理水平，从而提升了风电机组发电量以及企业的核心竞争力，使得太阳山风电场成为达到高水平的智能化风电场。