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智慧风电发电场远程集中管理系统

【 第一章  系统概述 】


风电场及远程监控自动化系统采用分层分布的体系结构,整个自动化系统分为三层:风场控制层、区域控制层和集中控制层。风场控制层设在风电场现场,为风电场运行与管理提供完整的自动化监控,为上级系统提供数据与信息服务;区域控制层设在区域风电场中央控制室,负责所辖风电场运行状态的监视与管理,为集中控制层提供数据与信息服务;集中控制层作为总部或集团的风力发电监控中心,全面掌控所有风电场运行状况,统筹资源调配。建设风电场及远程监控自动化系统,实现各风电场设备的集中监视和管理,对提高公司综合管理水平、优化人员结构、提高风电场发电效益等十分重要。


提高风电场自动化水平 


无人值班少人值守是风电场运营模式的发展方向,对风电场的设备状态、自动化水平、人员素质和管理水平都提出了更高的要求,是风电场一流的设备、一流的人才、一流的管理的重要标志,建立可以实现风电场及远程监控自动化系统,是实现风电场无人值班少人值守的必要条件,对全面提高风电场自动化水平有极大的促进作用。


提高风电场群的经济效益 


设置风电场及远程监控自动化系统,建立与当地气象部门的联系,根据气象部门对未来时段天气预报的预测信息,制定风电场在未来时段的生产计划,合理地安排人员调配和设备检修计划,使资源得到充分利用,提高风电场群的经济效益。


提高风电场群在电网中的竞争优势 


随着风电场群规模的日益扩大,风电发电量在电网中占的比重将越大,通过建立风电场及远程监控自动化系统,对各风电场的发电状况进行预测,并上报电网公司,以利于电网公司电力调度计划的制定,提高发电公司在电网中的竞争优势。


提高公司管理水平 


由于风电场群具有风电场设备多且分布分散,地处偏远的特点,如果对每个风电场单独进行管理,需要消耗大量的人力物力。设置风电场及远程监控自动化系统,实现风电场群的集中运行管理、集中检修管理、集中经营管理和集中后勤管理,通过人力资源、工具和备件、资金和技术的合理调配与运用,达到人、财、物的高效运作和资源的优化利用,保障实现风电场群综合利用效益最大化。


提高风电抵御风险的能力 


根据风电的特点,风电的发电状况极大地受制于当地的气候条件,恶劣的天气状况会影响风电场的安全运行,并对风电场设备造成一定的破坏。建立风电场及远程监控自动化系统,制定各种气候条件下的防灾预案,根据收集到的各风电场所属区域的气象预报信息,对于可能到来的灾害性天气,尽早启动防灾预案,对保证风电场的安全运行、减少灾害损失十分必要。


通过风电场及远程监控自动化系统,将所属的遍布各地的风电场或其他新能源项目集成为一个网络,建立一个功能完善、技术先进、性能良好的可靠、安全、稳定的综合自动化系统,实现对所属风电场或将要开发的其他新能源进行统一监视、控制及管理。



【 第  设计原则 】


实现对风电场群的统一管理 


风电场群的运行管理涉及面广,涵盖多个专业,为使风电场发挥最大的综合利用效益,保证风电场安全可靠运行,必须对风电场群实行统一管理,对风电场群综合利用的各个方面进行有效的协调,实行统一指挥、统一调度、统一管理。


实现对风电场进行的集中监控 


在风电场逐步推行“无人值班,少人值守”,设置风电场及远程监控自动化系统,既可以适应风电分散及管理的需求,又可以简化风电场计算机监控系统硬件及软件设施配置及运行维护人员配置。


具有高度的灵活性和可扩展性 


由于新站点的建设,远程监控系统须具备高可扩展性,支持后期新建网点的无缝接入与平滑扩容。



【 第  建设需求 】


建立发电预测及运营系统 


根据气象部门的气象信息,并结合风机在各种气候条件下的运行模型,对风电场在未来时段的发电状况进行预测,并上报电力调度系统。建立生产管理决策支持系统,建立以生产管理为主线、以决策服务为目的、面向生产全过程的、具有辅助决策和预测功能的生产管理信息系统,充分利用已有的信息资源,运用各种管理模型,对数据进行加工处理,为管理决策提供必须的准确及时的信息,支持管理决策工作。


建立风电场发电调度及监控系统 


根据电力调度部门提供的发电计划,对各风电场进行发电调度。并准确、及时、全面的收集各风电场运行管理所需的各种信息,包括风机运行信息、升压站设备信息、继电保护及故障信息等。对收集的信息进行分析、处理、存储,并按管理部门要求及各风电场的运行要求,对风电场的相关设备进行集中监视、控制及管理,确保各风电场所有机电设备安全、可靠运行。


整合风电场现有子系统 


风电场运行涉及的设备众多,存在多个子系统,并独立运行,增加了运行维护的难度。风电场自动化系统采用先进的控制与通讯技术,将现有的主控、箱变、升压站、无功控制、视频安防等系统进行整合,为用户提供功能完备、操作简便的“单一系统”,降低运行维护的难度,提高自动化及管理水平。



【 第  总体架构 】


系统安全区与安全防护 


风电场及远程监控自动化系统的业务内容包含远程监控、远程图像监控、生产管理信息系统,为了确保风电场及远程监控自动化系统及调度数据网络的安全,抵御黑客、病毒、恶意代码等各种形式的恶意破坏和攻击,特别是抵御集团式攻击,防止电力二次系统的崩溃或瘫痪,依据国家电力监管委员会[2006]第34号令《电力二次系统安全总体方案》的要求,风电场及远程监控自动化系统的业务进行安全区及必要的安全防护,以保证风电场及远程监控自动化系统和通信数据网的安全。 

 

系统总体结构 


远程监控系统地理分布广阔,是一个跨地区、多业务的大型自动化系统,整个自动化系统采用纵向分层、横向分区的体系结构。系统在纵向层次上分为3层:上级管理层(对应集团公司)、远方监控层(对应区域运营管理公司)、厂站监控层(对应各风电场中央控制室)。远方监控层在横向上又根据监控业务的性质、时效性、重要程度的不同等划分为生产控制区和管理信息区。


远方监控层将设置远程监控系统、生产管理信息系统、远程图像监视系统,其中远程监控系统可通过光纤及卫星双通道实现与各风电场的信息交换,采集各风电场现场设备的生产信息进行集中监视,并对主要的开关设备进行远方控制,此外远程集中监控系统留有与上级管理部门的通讯接口,在需要时可通过该系统向上级管理部门传送信息;远程图像监视系统通过光纤通道采集各风电场的图像信息并对采集的图像进行监视。


【 第五章  风电场监控系统 】


监控对象为风电场所属  ▎


① 风机;

② 箱变;

③ 其他辅助设备;

④ 升压站设备。


主要外接系统  ▎


① 上级管理部门,如省级调度系统;

② 远程监控系统。


风机主控系统 


风电主控系统是为变速恒频兆瓦级风力发电系统配套的主控系统,可以在一定的范围内通过协调控制风轮机、机械传动系统、发电机、变流单元等风力发电整机部件,实现自然风能----机械能---电能的转换,达到电能的可靠、稳定输出以及最大风能的捕获和提供。由于在这个转换过程中,自然风能的外部输入是不可控的,因而通过主控系统可以在一定范围内通过风力机桨叶系统的调节(输入)和变流系统输出功率的调节达到最大风能转换和可靠、稳定输出功率的效果。所有信号将通过光缆传入风电场监控系统。


升压站监控系统 


变电站要求以计算机站控系统为核心,对整个变电站系统实现遥测,遥信,遥控,遥调功能。系统可以根据电网运行方式的要求,实现各种闭环控制功能。实现对全部的一次设备进行监视、测量、控制、记录和报警功能,并与保护设备和远方控制中心通讯,实现变电站综合自动化。风电场通讯层采用工业光纤以太环网结构。综合自动化根据需要也可采用双网冗余结构。升压站通讯服务器负责与相关调度系统的信息交换。


箱变控制系统 


风力发电作为可再生能源的主要利用形式,所建成的风电站具有其自身的特殊性。最显著的就是发电单元布置较为分散且数量众多,距离集中升压变电所位置较远,需就地经升压变电站升压后传送至集中升压变电所。因此箱式变电站作为升压输电的重要设备,其安全可靠、节能环保、运行维护等综合性能对提升风电成套装备的整体技术指标尤其重要。因此,在普通箱式变电站的基础上还增加了智能化功能,对高低压设备配备相应的传感装置,利用稳定可靠的测控装置将电气一次、二次信息、风机控制信息纳入集中监控系统中,减少日常维护成本,提高风电站的自动化管理水平及运行可靠性。信号可通过光纤或PLC的方式传入。


系统接入(SVG)


SVG是一种用于动态补偿无功的新型电力电子装置,它能对大小变化的无功进行快速和连续的补偿,其应用可克服LC补偿器等传统的无功补偿器响应速度慢、补偿效果不能精确控制、容易与电网发生并联谐振和投切震荡等缺点,显著提升风电场接入点的电网稳定性及安全性。其基本原理是指将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上,适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流,就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。


气象监测系统 


气象监测系统,收集到的风电场所属区域的气象信息,对于可能到来的灾害性天气,制定各种气候条件下的防灾预案,以保证风电场的安全运行、减少灾害损失。


安防视频监控系统 


图像监控系统是一种全天候、全方位的实时监视设施,使运行调度人员扩大观察视野,随时掌握风电场设备运行、安全防范等实时情况,并可同时对每个现场场景进行实时录像,以便进行事故预防与分析。为提高企业运行管理水平,适应电站“无人值班、少人值守”的运行管理方式,图像监控系统将作为一种现代化的监视手段,为风电场内各项生产设施的安全运行提供保障手段。


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