风电场监控系统现状和发展趋势综述

风电场监控系统现状和发展趋势综述

张志军周晟李云涛唐曲彭佳

(中国能源建设集团湖南省电力设计院湖南长沙410007)

摘要：随着我国电力事业的快速发展，生产及生活用电急剧增加，加速了国内电力资源的紧张，风力发电具有安全环保、清洁无污染、储存量大等优势，风电场的建设有效缓解了我国的资源与能源紧张。在风电场的管理系统中，监控系统是非常重要的环节，保障着风电场设备及通信系统的稳定运行。本文通过剖析风电场监控系统的现状及未来发展趋势，为相关工作的开展提供参考。

关键词：风电场；监控系统；发展现状；发展趋势

引言：当前形势下全球能源供应紧张，环境污染持续恶化，催生了全世界对环保能源的关注。风能具有存储量大，获取简单，清洁环保及可再生等特点，风力发电对缓解全球能源紧张，减少环境污染，促进可持续发展等方面具有十分巨大的优势，因此受到世界各国的广泛关注。在风电场的建设中，风力发电设备工作环境比较恶劣，无法实现人力监控和管理，在这种情况下，风险场的监控系统建设就显得尤为重要。风电场监控系统需要满足对发电设备的实时监控，实现设备集成管理和控制，因此对设备的控制及通信要求较高，需要不断提升技术水平，确保监控系统的安全稳定运行，才能促进风电场的有序发展。

一、风电场监控系统概述

在现代化大型风电场的建设中，如何有效通过数据采集与监视系统实现对风力发现设备的有效监控和管理，提升风电场管理水平，提高风力发电设备的运行效率，是保障风电场管理效能的核心与基础。近年来，数据采集与监视控制系统（SDACA）在电力行业的广泛应用，为这一功能的实现提供了技术支持。

SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，中文全称为数据采集与监视控制系统。是以计算机技术为基础的分布式控制系统与电力自动化监控系统的集合，其广泛应用于电力、冶金、采矿、石油、化工等行业，在数据采集与自动化监视控制领域发挥着十分重要的作用[1]。其中，SDACA系统在电力行业的应用最为广泛，通过SCADA系统的建设，可以基本实现对电力发电设备的监视和控制，实现自动化的数据信息采集、设备监控、设备控制、设备参数自动调节及故障报警等功能。

二、风电场监控系统的架构与组成

（一）风电场监控系统的体系结构

1、硬件系统

一般而言，风电场的SDACA系统由变电站、气象站、风力发电机组、RTU、现场通信系统、现场服务器、工作站、远程客户端等部分组成。

SDACA系统的硬件系统一般分为两个体系，即客户体系结构和服务器体系结构。服务器体系结构负责与硬件设备通信系统负责数据的处理、计算和共享；而客户体系结构则复杂进行人机交互，通过文字、图像等显示形式，对SDACA系统的现场工作状态进行呈现，从而实现远程设备开关，阀门操作等工作。风力发电设备的运行现场通过光纤以太网将所有硬件设备进行连接，在互联网上进行数据实时共享、处理和运算[2]。

图一：典型的SDACA硬件系统

2、软件系统

一般而言，风电场SDACA系统的软件操作系统以Linux系统或Windows系统为主，软件系统的体系结构包含数据库处理系统、网络管理系统、图形处理系统和报表管理系统几大模块。

SDACA的数据库处理系统，一般用以进行风电场风电设备运行中的数据存取、数据组织、数据计算、数据共享、电网数据模型建设及访问处理等内容。

网络管理系统以组件对象模型（COM）的接口方式连接网络系统的其他应用，通过接受并传输数据，实现风电设备运行数据的实时传送与共享。

图形管理系统的主要工作是通过功能齐全、操作简单的图形编辑器，以图形的方式进行数据处理，从而直观的展示设备图像，便于技术人员进行风电设备的管理。如风电设备机组、风电设备开关、变压器等设备，都可以通过图形管理系统进行图像的编辑，将数据以图像形式进行呈现，实现结构图的有效监测。

报表管理系统的主要功能，是通过收集网络上传的数据信息，将数据自动整理成为报表，从而实现科学的数据展示和管理，直观展示风电设备的监控数据，提升风电设备监控系统的管理效率。

三、风电场监控系统的基本功能

（一）测量功能

SDACA系统的测量功能主要是指通过SCADA系统的测量功能对单个风力发电机设备的功率（包含有功功率及无功功率）、风速、风电机转速、电压、电流、风力发电机设备温度、环境温度等数据进行测量。

（二）控制功能

风电场SCADA系统的控制功能主要包括使用该功能对风力发电机组进行开机、停机、设备测试、设备复位、变压器开关的开合、分接头升降及停止等操作。

（三）设备运行监控、故障监控及报警处理

通过风电场SCADA系统，可以实现对风力发电设备运行状况的监控，便于工作人员实时监测风电机的运行状态，及时发现系统及设备故障及通讯故障，同时进行自动化的系统开关，确保故障状态下及时停止设备运行，以免造成严重后果；而报警系统则包括对风力发电机设备进行偏移报警、越限报警、故障及事故报警、通讯故障报警、远程警报及系统故障报警等内容。

（四）后台数据处理及图表制作等功能

风电场SCADA系统可以通过自动监控进行数据的存储、提取、保存、备份及共享，确保后台在规定时间内及时将系统监控数据进行备份及上传，并自动生成图像、数据、表格等，从而为SDACA系统的稳定运行提供保障。

四、风电场监控系统的未来发展趋势

（一）兼容性与个性化

随着我国风电场的不断发展，风力发电设备将不断进行革新，按照国家统一的行业标准，建立大型集成式的风力发电系统。因此，风险场SCADA系统的建设，应当在技术上实现对不同厂家、不同类型、不同运行方式的风电机组进行兼容的功能。同时，在提升系统兼容性，满足不同设备的统一接入标准的基础上，针对一些大型风电场的SCADA系统提供个性化的定制服务，确保风电机组设备的有效监控管理。

（二）功能更加强大

风电场监控系统的产业发展，还存在很大的进步与提升空间，虽然风电场监控系统已经能够实现对风力发电机设备的运行监控和数据处理等功能，但整体而言，在自动化程度与监控管理的范围上仍然存在很大的技术空间。因而，在未来一段时间内，风电场监控系统的发展应不断寻求技术上的突破，加大技术投入，提升技术水平，扩大监控管理范围，增加系统功能，提升系统运行的稳定性，促进风电场监控系统建设的有效开展。

（三）提升综合管理功能

在风电场的建设发展过程中，除了监控系统外，风电场的各种设备也需要通过科学自动的技术实现设备运行状态、运行故障及综合管理方面的全面掌控。风电场监控系统包含着风电机组日常运行及管理中的大量数据，如果能够从这些数据入手，实现对风电场的智能化管理、智能化故障诊断、智能化系统报警及处理、只能维修安排等功能，对提升风电场综合管理功能具有十分重要的作用。

结语：

风电场监控系统的管理与发展，需要结合自身企业的实际情况，不断加大对技术研究的投入，提升监控系统的运行管理能力，增加系统功能，保障系统运行的稳定性，才能提升风电监控系统的效能，促进风电场的健康可持续发展。

参考文献：

[1]杨宁,吴敏.风电场电力监控系统安全防护的探讨[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2018(1):54-56.

[2]刘涛,廖宏,董华莉.基于云桌面的风电场远程集中监控系统研究[J].中国设备工程,2017(7):35-37.