海上风电多场站跨系统智能综合监测控制平台研究

林超峰

福建中闽海上风电有限公司，福建 莆田 351100

近年来，我国日益加强生态环境保护，大力发展清洁能源，风力发电尤其是海上风电作为一种绿色环保、技术可靠、可大规模替代传统化石能源的清洁能源，迎来开发建设的高峰期。但海上风电场智能综合监测控制平台的研究应用较少，各个风电场及其升压站各自为政，场站内各生产监控系统亦分别孤立运行，生产运行数据不能协同高效利用，加之各场站、设备之间距离遥远，人员在海上作业及生活条件恶劣，生产运营成本高昂。

海上风电多场站跨系统智能综合监测控制平台的研究开发，旨在打破数据壁垒，通过智能综合监测控制平台实现多场站跨系统全数据融合，由平台对各场站、各设备系统远程集中监测、诊断、预警、控制。

1 平台功能

智能综合监测控制平台应实现升压站、风电机组、变压器、海缆、风功率预测、故障诊断、状态监测等所有场站监测控制功能的综合，并兼容不同厂家不同品牌的风电机组、电气设备等系统监测控制，同时具备可扩展性[1]。

一是实现主控对各场站、各设备系统的集中监测控制；

二是实现对大型海上风电场的“遥信”“遥测”“遥控”“遥调”“遥视”“遥操”等功能；

三是实现对风机等设备的状态监测、诊断及预警；

四是各子系统间通过智能综合监测控制平台实现全数据融合；

五是海上风电场各期设备系统具备无人值守远程监测控制能力，由控制中心负责完成运行工作；

六是可扩展移动应用、机器人维护、无人机巡检等功能。

2 平台架构

平台架构设计如图1 所示。主网络采用双网结构，各期风电场区组建单环网，海上风电环网经海底光缆连接至控制中心，海底光缆采用双路通道，以提高可靠性。

平台分三级控制：第一级为各风机、断路器、主变压器等生产设备就地控制，第二级为海上各个场站的监控系统工作站（子站）控制，第三级为智能综合监测控制平台的远程控制。级别依次为第一级优先，第二级次之，第三级再次之[2]。

平台主要有三个功能层：现场生产自动监控层（各场站的生产子系统），中间链路层和控制中心智能综合监测控制平台层（海上风电控制中心监控主站）。

图1 平台架构设计图

2.1 现场生产自动监控层

海上风电场各场站均设置有风力发电机组计算机监控系统、升压站计算机监控系统（含AGC、AVC）、机组配套升压设备监控系统、直流系统、视频监控系统、海底电缆在线监测系统、风电预测系统、配电系统设备状态在线监测系统等，构成了现场生产自动监控层，也是控制中心智能综合监测控制平台的基础[3]。

2.2 中间链路层

中间阶段是连接生产现场和控制点的高速公路和桥梁，以便将所有类型的数据和信息有序、高效、快速地传输到目的地。控制中心和各个场站之间设置有海底光电复合缆，用于信息传输。

2.3 智能综合监测控制平台层

网络通信系统和开放式系统平台是总构架的中坚支托。平台由网络通信系统和现场生产自动化子系统共同支撑，对各种数据和信息加以规范化处理后形成的开放式数据信息大平台，各子系统均可共享这个平台中的所有资源[4]。

智能综合监测控制平台是在现场生产自动化和国网调度管理的信息数据基础上，对各种数据进行整合而成的，其智能综合监控软件建立调度、控制、管理关键要素的相关模型。

3 平台组网

平台构架划分为3 个安全区，安全Ⅰ区、安全Ⅱ区间装设可靠。

3.1 平台Ⅰ区

各场站风机监控系统、升压站综自系统、机组配套升压设备监控系统、升压站配套电气设备监控系统等实时系统组于智能综合监测控制平台安全Ⅰ区。升压站综自系统通过远动主机将升压站监控信息点与电网调度中心联网。

3.2 平台Ⅱ区

各场站风功率预测系统、电能量采集系统、海缆综合监测系统、风力发电机组振动监测系统、风机配套设备在线监测系统、升压站配套电气设备在线监测系统等组于平台安全Ⅱ区[5]。风功率预测系统将实时气象信息、短期及超短期功率预测信息等通过网关机与电网调度中心联网，电能量采集系统通过光纤将电量数据传送至电网调度中心。通过这个平台，我们可以“搜索”整个区域的风电场状态，实时确定现场的船舶、船员和运营商的数量和位置，以及每个风电场的具体状态。每艘未经海事部门批准注册、检验不合格的船舶，将在监管水域发出红色警报，海事部门可以通过适当手段迅速处理[6]。

3.3 平台Ⅲ区

平台通过动态感知、气象监视、视频监控、移动互联网、智能分析等手段，实现风电场建设和运营过程中对船舶、人员信息和环境安全信息的实时记录、动态监测和预警，进行船舶及其周围船舶的建造、运行和维护，并全面控制建造、运行和维护作业。各场站视频监控系统以及WEB 发布、移动应用、机器人系统、无人机巡检等系统组于安全Ⅲ区。控制中心电视墙配置的专用服务器获取视频集中管理服务器内的视频信号，基于智能综合监测控制平台的视频监控模块，遥控操作在远程监控系统中执行时，同时在遥视系统中联动切换遥视图像，提高自动化水平和远方操作的便捷性和准确性[7]。

3.4 平台监控主机

智能综合监测控制平台解决海上风电各设备厂家配置标准各异，信息交互性差，运行维护效率低下的问题。各场站及控制中心的智能综合监测控制平台监控主机配置如表1 所示。监控主机应用显示屏、键盘、鼠标操作，也可应用手持平板或者全息投影。

平台软件基于跨系统架构设计，具有大容量数据处理能力及丰富完备管控功能，包括系统管理、网络管理、消息管理、服务管理以及安全加固管理等。基于可扩展的应用框架实现桌面端及浏览器端的数据可视化，以及面向专业应用的功能逻辑算法、大数据存储与应用分析。多层通信体系结构的数据、设备和系统接入可以实现垂直多层数据采集和处理系统接入，也可以实现横向数据集成和交互式系统通信。

表1 控制中心主机配置

4 综合程序设置

4.1 数据采集与处理

信号类型为模拟量和开关量，模拟量包括电压、电流等模拟量以及实际测量的转速、风速、风向、油状态、振动、位移、温度等模拟量大小各一个。其中移位值包括干扰量，如干扰信号、开关量触发信号和重要继电保护、各种干扰信号、开关量信号和隔离开关量、装置状态信号等[8]。

4.2 运行安全监视

实时监测风电场的生产状态，实时显示风电机组和升压站的主要运行参数和安装状态。包括电气主接线图、设备运行状态与参数、风机矩阵图、单台风机图、定时报表、趋势曲线等。

4.3 控制操作

对于每个风电场的控制，在智能综合监测控制平台、风电场监控子系统及就地均能实现开关/断开开关遥控；动功率补偿（SVG）的开、关遥控；负荷步进开关的遥控；各风机的远程启、停、复位、变桨、限电；群风机远程启停控制；单个风场远方启动、停机；整个海上风电场各期场站的远方功率控制等[9]。

4.4 可视化监控和调度

实现对海上风电场环境（如防盗、防火、防爆、防渍、防水气泄漏等）实时“遥视”。

4.5 防误闭锁

实现电力系统“五防”功能：防止误拉、合断路器，防止带负荷拉、合刀闸，防止带电挂接地线，防止带地线送电，防止误入带电间隔。对电气设备操作步骤进行控制、判断和分析，对不当操作进行闭锁，并显示信息。

4.6 报警处理

报警编辑将在事故报警中首先包括断路器条带的操作和保护装置的释放信号，最后包括一般设备状态变化、异常状态信息和模拟超限值。

4.7 事件顺序记录及事故追忆

当设备出现故障时，事件顺序记录功能应将事件过程中各设备动作顺序，带时标记录、存储、显示、打印，生成事件记录报告，供查询。事故追忆记录分析在事故前后的一段时间里的重要实时参数、事件顺序记录、在特定时刻的变化情况等，并存入追忆报告文本中，按要求输出。

4.8 运行日志及报表

运行日志包含每台风电机组的运行参数，自主设置报表形式、参数，显示实时报表、日报表、月报表、年报表并按需输出。

4.9 数据分析

对所有并网风电场的生产数据进行全面的处理和分析。根据需要向其他应用系统提供过程数据、计算和分析结果，以满足应用系统或制造部门快速、高效地获取数据的要求，并在提出优化系统的分析和比较后进行查询和比较，以提高系统的运行效率。

5 总结

海上风电多场站跨系统智能综合监测控制平台打通各场站、各系统的数据壁垒，兼容不同厂家不同品牌的各类设备监控，建立跨系统的协同通信和协同优化控制，以及智能化设备状态诊断、预警，高度集成“遥信”“遥测”“遥控”“遥调”“遥视”“遥操”等功能，实现控制中心对海上风电各场站、各设备系统的集中智能综合监测控制，提高生产运营管理效率。

平台具有安全实用、开放共享、先进扩展等特点，对海上风电以及大规模陆上风电、光伏发电、分布式能源发电、区域水力发电等类似项目的建设有积极的推广应用意义。随着无线信息技术及其安全水平的不断发展，可基于无线通信进一步构筑大区域、跨系统、全电网的智能综合监测控制平台。