风电监控体系综述

朱志成（中能电力科技开发有限公司）摘要：目前已有的风电监控系统存在不安全、不统一、不完善等问题。各风机厂商研制的系统不能完全满足风电运营的需求。风电生产运营监控体系由风电机组监控系统、风电场监控系统和远程风电监控系统组成。

关键词：风电机组监控；风电场监控；区域风电监控；统一平台

1概述

风电监控系统主要承担着风电机组的监控、性能分析和故障预警、报警等多项功能，对于风电场生产、维护和管理具有重要的意义。风电发达国家在该领域的研究开发和应用已有一定的积累。而与之相比，我国风电场监控系统相关技术尚处于探索阶段，而且对于风电运营企业的支撑和电网公司所提出的各种能量管理要求不能很好的满足，对企业生产管理，机组性能评价，有功控制，无功控制等功能都需要进一步的提高。

在风电场实际生产过程中，由于国内外风电特点和发展水平以及运营商需求不同，目前风电场监控系统仍然存在下列问题：

（1）风电生产管理要求进一步提高

随着风电的快速发展和现代软件技术的进步，风电生产管理出现了生产运行数字化、业务流程信息化、生产数据集中化的趋势，因此，必须提供一个统一的安全生产管理信息平台，提高安全生产管理响应的及时性，集中管理，保证维护质量，实现监控信息管理的可视性。

（2）风电机组运行安全和数据安全存在隐患

据了解，目前风电运营商购买风电机组时，一般同时购买该主机厂商的监控系统。某些主机厂商，特别是国外主机厂商，通常建立了全球的数据监控中心，如某厂商在国外的运行中心可以浏览其全球安装风电机组的信息，在中国的运行中心可以浏览其在中国安装风电机组的信息，并且能够实现对风电机组的控制，如起停机，偏航等。风电场及其设备属于保障国民经济正常运行的重要设施，同

-1-时风电机组运行和维护信息属于运营商的重要内部信息，因此，直接采用主机厂商的监控系统并任由其控制风电机组运行，存在一定的安全隐患。

（3）各主机厂商监控平台不统一

目前，对于拥有多种风电机组机型的风电场，必须配置多套风电场监控系统，导致现场人员必须学习使用不同的风电场监控系统。对于风电运营商来说，多种风电场监控系统的存在，导致风电管理指标不统一，风电场监控系统及风电场远程监控系统运营维护成本增加，人员配备增多，维护难度加大。例如，对于不同厂商的监控平台，风电机组可利用率指标的统计、风电机组状态的分类等尚未形成统一的标准，加大了生产管理的难度。

（4）主机厂商数据传输规约千差万别

当前，各个主流风机制造商根据其机组的自身特点和PLC厂家型号，均编制自有的风电机组数据传输规约，以支撑其推出的SCADA管理系统。随着风机制造业的快速发展，产业化的快速推广，私有通讯协议逐步成为风力发电信息化管理的瓶颈，不仅各个厂家的通讯协议不能互联互通，而且由于各个厂家的实力的差异，通讯协议的技术水平也各有千秋。不仅形成了很多信息孤岛，而且也增加了运行、管理人员和相关费用的支出。

（5）某些机型监控系统较薄弱或不存在

对于很多较早的风电项目，在投产时由于自动化的发展水平导致其风电机组本身监控系统的能力较弱，或者在运行超过厂商维护期后由于中控系统软硬件的损坏、安装盘的丢失或者无法进行系统配置，以及修复成本过高等原因导致监控系统无法运行。这类机组的日常运行、检修和维护只能采取就地的方式，运维成本高，且出现问题很难及时发现，需要人力的大量投入。

（6）对风电机组或风电场的运行和评估分析不完善

目前风电场监控系统的数据分析主要关注风电机组运行安全性和稳定性，除此之外，对于风电运营商普遍关心的运行经济性和可靠性却少有涉及，特别是电网限电导致的风场损失，风电场厂用电率，风电场无功超标汇总，风电设备运行维护成本及经济性，风电场无功补偿设备运行维护成本及运行经济性等指标缺乏或者不完善。

2国内外研究现状

-2-2.1国外技术发展趋势与现状

GE公司研发了监控系统VisuPro，分为风机版，风场版和远程控制版。风机版主要功能包括系统设置，呼叫配置，风机数据，风机控制，风机报告等。风场版主要功能包括系统设置，呼叫配置，风机数据，风机控制，风机报告，风场信息，风场报告等。远程控制版主要功能包括系统设置，风场连接，风场数据，风机数据，风机控制，报告等。

Vestas开发了监控系统VestasOnline，主要功能包括对整个风电场进行实时有功和无功功率控制；对风机、气象仪表和变电站的控制和监测；以文本或图文并茂形式提供风电场性能报告；提供综合报告、生产率报告；计算可利用率；浏览风机实时数据，包括风机状态、功率、风速、电压、电流、温度和告警等；每10分钟生成一次数据报告，包括平均值、标准偏差、最大值和最小值等；提供高级功率曲线报告，包括来自多台风电机组的功率曲线、离散曲线、参考和风分布曲线；远程控制一个风机或一组风机。

Gamesa开发了风电场管理系统SGIPE，主要功能包括监测风电机组实时数据；监测测风塔实时数据；监测变电站实时数据；向风机发出指令；控制变电站；计算发电量及可利用率；警报管理；报告生成；用户管理等。

2.2国内技术发展趋势与现状

金风科技开发了金风SCADA系统，该系统能够实时采集和监控多个风电场多种机型的数据并报警。系统分为监控系统和远程监控系统。SCADA系统由前置适配器、监控系统、远程监控系统、代理服务器、远程数据中心组成。SCADA系统主要功能包括根据权限实时监控风机；缺陷报警跟踪分析；风机功率曲线、趋势图；风机详细信息显示；可利用率计算；自动计算日、月、年报及任意时段组合报表；历史数据查询、统计、分析；综合图表分析，远程生成各图表，显示数据趋势；提供多图形及数据对比分析；监视记录风电场变电站运行信息，如线路接线、开关状态、无功补偿设备运行状态、母线电压、关口表上下网电量、功率因数；对整个风电场、整体上下网电量、线损等生产数据做出详细的日、周、月、季、年度报表；监视记录各测风塔的风速、风向数据；根据测风数据以及发电量信息做出风电场风功率曲线，考核风电机组性能，对前期可行性研究报告作出后评估。

-3-华锐监控系统实现了对各风电机组的实时在线监控和管理，控制各风电机组的启动与停机，进行定值修正，实现控制操作的画面显示、报表生成、打印、事件记录、报警、事故追忆、分析等功能，具备系统故障的自动诊断恢复功能；在通讯中断情况下，不丢失技术数据。数据传输采用光缆，光缆采取环网的方式进行联接。监控系统可以显示下列信息：当前有功功率；电压；频率；电流，三相有效值；叶轮的转速；发电机转速；运行时间；风电机组的状态；实际有效发电量；当地风速；发电机的温度；齿轮箱温度油温；机舱环境温度；机械刹车状态；过去所有时间每台风电机组的日、月、年发电量和所有风电机组合计日、月、年发电量，以及每台风电机组和所有风电机组的总发电量；20年内的故障及停机记录；功率曲线统计，可进行月、年统计或可指定时间区间；以MkWh为单位的总发电量等。远程监控装置能实时异地监测每台风力发电机组的运行情况。通过远程监控装置可以调节设备的某些部件，设置某些参数，可以通过电话线来存取发电设备数据，并设有密码防护。远程监控系统为风电场主控室的监控系统提供参数、运行情况及故障报警，各种运行状态可用不同颜色表明，并发出声音报警。监控系统具有相应等级的抗电磁干扰能力，所有控制和保护系统的元件，认真选择和布置，以避免来自电力系统内的电磁干扰。

东汽监控系统可以实现运行参数设置、风机状态监测、故障记录查询、事件日志查询。该系统可以检测气象参数，如风速、风向；风机桨叶参数，如桨叶位置、状态；增速齿轮箱状态参数；偏航系统状态参数；发电机状态参数；变频器状态参数；以及电网（风机接入处）的参数。该系统提供有监控的通讯接口以及远程监测通讯的能力。

3风电监控体系

风电生产运营监控体系由风电机组监控系统、风电场监控系统、风电场远程监控系统组成。风电机组监控系统实现风电机组的监测和控制，包括风电机组控制系统和风电机组安全保护系统。风电场监控系统实现对一个风电场内多台风电机组的监测、控制及管理，目前一般是一种机型的一期或几期使用一套风电场监控系统。风电场远程监控系统实现对某个区域内多个风电场的监测、控制及管理，区域监控涉及全国、省或地区，根据管理职能确定范围。

-4-图1风电生产运营监控体系风电机组

风力发电的最小独立个体，利用自身的风电机组控制策略进行电力生产。在预先设定的工作模型下，自动进行偏航、顺浆、待机、切机、加热、冷却等工作，能够有效保障电能质量，并能在就地对历史运行数据进行存储。

机组本身运行可不完全依赖于监控系统，但无法对机组的运行参数进行远程集中式监控，无法实施远程启停机、复位、限功率等操作。运行人员需要进行就地的操作和监测。

相当于火电厂的DCS系统。

风电场监控系统

位于风电场内，利用光纤通道对场内的风电机组实施集中式管理，监测各台机组的运行参数和发生的故障、告警等信息。可对单台机组、单条线路或全站的机组进行控制。

监控系统配置实时数据库，能够长期、高分辨率的存储全场内机组的历史运行数据，对机组的运行性能进行关键指标的计算和数据分析。

通过生产数据，生成相关风电场报表，上传至省级监控中心。

-5-风电场监控系统通过专线或互联网络向省级监控中心上送风电机组的生产数据，以及历史运行数据。

相当于火电厂的SIS系统。

省级监控中心

位于省级监控管理中心，利用专线或互联网络，接入省内各风电场监控系统，实施集中式、有效管理。

省级监控中心可以对省内的风电机组实施远程控制，以实现风电场无人值守的能力。

在核心机房部署省级数据中心，可长期、高分辨率的存储全省内机组的历史运行数据，并对全省机组进行关键指标的计算和数据分析。

通过生产数据，生成相关省级报表，上传至集团级监控中心。省级监控中心可独立于集团级监控中心，独立运行。

省级监控中心将实现风机控制、数据上送至电网、风资源数据监测、变电站监控等新功能。

相当于电网的省级调度中心。

集团监控中心

位于集团的监控中心，利用专线或互联网络，接入全国各省级监控中心，实施精细化、有效管理。

在核心机房部署集团级数据中心，形成集团化管理的数据报表。

集团监控中心可独立于省级监控中心，独立运行，数据由各风电场中控系统直接上送。

相当于数据中心、信息中心，主要侧重于宏观数据管理、经济性分析和决策支持。

4结论

目前已有的风电场监控系统存在以下问题：（1）风电生产管理要求进一步提高；（2）风电机组运行安全和数据安全存在隐患；（3）各主机厂商监控平台不统一；（4）主机厂商数据传输规约千差万别；（5）某些机型监控系统较薄弱或不存在；（6）对风电机组或风电场的运行和评估分析不完善。

风电生产运营监控体系由风电机组监控系统、风电场监控系统和区域风电监

-6-控系统组成。必须加强对具有自主知识产权的风电生产运营监控体系研究，促进风电又好又快发展。

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