CN111431280A - 一种跨场站广域海上风电生产集控系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种跨场站广域海上风电生产集控系统，该系统包括现场生产自动监控层、中间链路层和集控平台层，所述现场生产自动监控层包括分别设置于各个跨场站广域海上风电场的多个监控子系统，所述监控子系统通过中间链路层连接至集控平台层，所述集控平台层连接电网调度中心。该集控系统打破各个海上风电场站间的数据壁垒，兼容各个不同海上风电场的设备监控，有效地解决了跨场站广域海上风电生产中各场站监控系统孤立运行，数据不能协同高效利用、不能统一生产调度、不能开放兼容新场站接入等问题，运用集控平台后，可方便地兼容接入新建的海上风电场到平台上，实现统一调度与生产管理，减少场站监控资源重复，提高生产调度效率。

Description

一种跨场站广域海上风电生产集控系统

技术领域

本发明实施例涉及风电技术领域，具体涉及一种跨场站广域海上风电生产集控系统。

背景技术

现有海上风电生产监控通常以单体项目开发，即一个海上风电场的监控系统独立运行。例如，公开号CN209627050U的实用新型专利公开了“海上风电场一体化监控系统”，通过一体化监控子系统与海上风电机组监控子系统、海上升压站监控子系统和陆地集控中心监控子系统通信连接，以综合处理信息，实现对海上风电场的监控。但此种方式未能涉及跨场站广域的海上风电生产集控问题，由于各单体海上风电场监控系统孤立运行，对于跨多个场站广域的海上风电场，各个场站的发电生产运行数据不能协同高效利用、不能统一生产调度、不能开放兼容新场站接入，尤其对于成片并行开发、近海和远海并行开发的海上风电集群，存在场站监控资源分散及重复、跨场站生产调度不便的问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种跨场站广域海上风电生产集控系统，以解决现有海上风电场监控系统各单体孤立运行，未能对跨多个场站广域的海上风电场生产进行集控的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种跨场站广域海上风电生产集控系统，所述系统包括现场生产自动监控层、中间链路层和集控平台层，所述现场生产自动监控层包括分别设置于各个跨场站广域海上风电场的多个监控子系统，所述监控子系统通过中间链路层连接至集控平台层，所述集控平台层连接电网调度中心。

进一步地，所述监控子系统包括海上风电机组监控系统、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、电量采集监控系统、风功率预测系统、海缆综合监控系统、风电机组振动监控系统、风机配套设备在线监控系统、风机视频监控系统、站区视频监控系统以及设备视频监控系统。

进一步地，所述海上风电机组监控系统包括与海上风电机组连接的风机监控操作员站，所述监控平台层包括与所述风机监控操作员站连接的风机监控主机；所述升压站综自系统包括海上操作员站，所述监控平台层包括与海上操作员站连接的监控主机；所述电量采集监控系统包括与集控平台层连接的电量采集器；所述风功率预测系统包括与集控平台层连接的海上测风塔、自动气象站；所述海缆综合监控系统包括与集控平台层连接的海上海缆监测主机；所述风电机组振动监控系统包括设置在风电机组上的振动加速度传感器、与所述振动加速度传感器连接的在线振动监测仪。

进一步地，所述风机视频监控系统包括分别设置在每台风机机舱顶部、风机机舱内部以及塔筒内的摄像机；所述站区视频监控系统包括就地视频工作站、网络交换机、录像设备、摄像机、编码器及沿升压站围墙四周设置的电子栅栏，所述设备视频监控系统包括与重要场所和主要运行的风电设备连接的视频监控设备；各海上风电场站均设置有连接风机视频监控系统、站区视频监控系统和设备视频监控系统的视频监控分控制站，所述集控平台层设置有与视频监控分控制站连接的视频监控主控制站，所述视频监控主控制站包括网络视频集中管理服务器、监视器、电视墙服务器、网络交换机及光纤传输设备。

进一步地，所述监控平台层连接有移动设备终端。

进一步地，所述海上风电场还设置有工业机器人，所述工业机器人连接监控平台层。

进一步地，所述海上风电场还设置有巡检无人机，所述巡检无人机连接监控平台层。

进一步地，所述中间链路层包括海缆复合光纤、光纤通信设备以及网络通信设备。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，所述系统包括现场生产自动监控层、中间链路层和集控平台层，所述现场生产自动监控层包括分别设置于各个跨场站广域海上风电场的多个监控子系统，所述监控子系统通过中间链路层连接至集控平台层，所述集控平台层连接电网调度中心。该集控系统打破各个场站间的数据壁垒，兼容各个不同海上风电场的设备监控，有效地解决了跨场站广域海上风电生产中各场站监控系统孤立运行，数据不能协同高效利用、不能统一生产调度、不能开放兼容新场站接入等问题，运用集控平台后，可方便地兼容接入新建的海上风电场到平台上，实现统一调度与生产管理，减少场站监控资源重复，提高生产调度效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种跨场站广域海上风电生产集控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种跨场站广域海上风电生产集控系统的控制原理框图。

图中：现场生产自动监控层100、中间链路层200、集控平台层300、海上风电场400。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提出了一种跨场站广域海上风电生产集控系统，如图1和图2所示，该系统包括现场生产自动监控层100、中间链路层200和集控平台层300，现场生产自动监控层100包括分别设置于各个跨场站广域海上风电场400的多个监控子系统，监控子系统通过中间链路层200连接至集控平台层300，集控平台层300连接电网调度中心。

中间链路层200包括海缆复合光纤、光纤通信设备以及网络通信设备等。中间链路层200是联结生产现场和控制中心的信息高速通道和交互桥梁，使各种数据和各种信息均能有序、高效、快速地传递到目的地，也是平台实现远程监控的关键所在。集控平台和各个海上风电场之间设置有海底光电复合缆，用于信息传输。

集控平台层300是以中间链路层200构筑的网络通讯系统和现场生产自动监控层100(即上述各海上风电场监控系统)为构建基础，结合电网调度管理等信息，对各种数据和信息加以规约统一规范化处理后形成的开放兼容式数据信息平台，各种类型的子系统均可共享这个平台中的所有资源，建立生产、调度、控制、管理全局构架。

具体的，监控子系统包括海上风电机组监控系统、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、电量采集监控系统、风功率预测系统、海缆综合监控系统、风电机组振动监控系统、风机配套设备在线监控系统、风机视频监控系统、站区视频监控系统以及设备视频监控系统等，是整个集控系统的基础。

(1)海上风电机组监控系统

海上风电机组监控系统包括与海上风电机组连接的风机监控操作员站，监控平台层包括与风机监控操作员站连接的风机监控主机。

海上风力发电机组的保护和监控设备随风力发电机组配套提供，采用集中监控方式，设置风机计算机监控系统，用于风力发电机组的自动监视和控制,可以实现对海上风力发电机组进行遥控、遥测、遥信。

各场站的风机监控系统接入平台，运行监控功能由平台实现。风机监控系统主机设置在控制中心，在各海上风电场站设置1台操作员站，满足海上运行监控的要求。

(2)升压站综自系统

升压站综自系统包括海上操作员站，监控平台层包括与海上操作员站连接的监控主机。

各海上风电场站分别配置一套升压站综自系统，该系统作为子系统接入平台。平台可以对各海上风电场站设备实时监控。在各海上风电场站分别设置一套操作员站，在控制中心设1台主机兼操作员站。为满足电网调度要求，平台将升压站综自系统按电网调度要求，通过远动主机将升压站监控信息点与国网调度中心联网。

(3)机组配套升压设备监控系统

机组配套升压设备监控系统用于监控机组配套升压设备各运行状态，实现箱变及开关柜的远程监控，和对塔筒内设备运行环境的数据监测等功能。

机组配套升压设备监控系统，作为子系统纳入升压站计算机监控系统，相关数据信息通过升压站计算机监控系统传输至控制中心的平台上，供运行人员实行远方监视及控制。

(4)升压站配套电气设备监控系统

升压站配套电气设备监控系统用于监控升压站配套电气设备各运行状态，实现主变压器、220kVGIS、公用系统的测控，35kV开关柜的保护测控，主变压器、线路的保护，以及直流、UPS、SVG系统的远程监控等功能。

升压站配套电气设备监控系统，作为子系统纳入升压站计算机监控系统，相关数据信息通过升压站计算机监控系统传输至控制中心的平台上，供运行人员实行远方监视及控制。

(5)电量采集监控系统

电量采集监控系统包括与集控平台层300连接的电量采集器。

各海上风电场站均配置一套电量采集器，通过光纤将电量数据直接传送至国网调度中心，同时电量采集接入平台，实现远方抄表计量。

(6)风功率预测系统

风功率预测系统包括与集控平台层300连接的海上测风塔、自动气象站。

为满足电网调度要求，设置风功率预测系统及测风塔、自动气象站装置，测风塔、自动气象站装置设在海上，测风数据通过光纤送至控制中心平台的风功率预测系统，并按电网调度要求将实时气象信息、短期及超短期功率预测信息等，通过网关机与国网调度中心联网。

(7)海缆综合监控系统

海缆综合监控系统包括与集控平台层300连接的海上海缆监测主机。

海上风电场集海事预警、海缆扰动监测与温度监测于一体的海缆在线综合监测系统，实时监测海缆遭受的锚害、海缆温度异常、海缆遭受的应力、应变等事件，配合电子地图，并结合海事系统动态跟踪船只信息，监测海缆的外部入侵事件，协助工作人员进行及时处理危害事件，确保海缆安全。

各海上场站均设置一套海缆监测主机，并通过海缆复合光纤将监测数据送至控制中心，将海缆监测数据传送至平台。

(8)风电机组振动监控系统

风电机组振动监控系统包括设置在风电机组上的振动加速度传感器、与振动加速度传感器连接的在线振动监测仪。

风力发电机组振动监测系统由风力发电机组配套提供，由加速度振动传感器、在线振动监测仪、信号传输及通信系统辅助设施、振动分析与管理软件等组成，对风力发电机组的运行状态进行有效的在线健康监测并做出评估，对异常状态及时报警，并为进一步的故障分析、设备性能评估等提供信息和数据基础。

风机振动监测系统信息与风机监控系统共用传输通道，相关的机组在线监测数据通过风机监控系统传送至平台。

(9)风机配套设备在线监控系统

海上风电场针对风机防腐、基础沉降等配置在线监测系统，进行实时在线监测，对各种反馈信号进行实时分析，若发现故障信号或故障趋势，则及时处理，保障设备在限定的疲劳和磨损范围内工作，一旦达到极限就及时更换。

各在线监测系统将监测数据上传平台，充分利用平台的网络结构，能与全场的监控系统共享所有设备的信息，为海上风电场智能告警及故障信息综合分析决策提供数据支撑。

(10)升压站配套电气设备在线监测系统

各海上风电场站相关电气设备设置一套设备在线状态监测系统，监测范围包括主变油色谱、GIS(气体绝缘开关设备)气体密度和微水等，系统由现地监测单元、网络设备及监测主站组成，并通过网络把监测数据传送到站端主机。

站端在线监测主机与控制中心的平台建立连接，将电气设备的在线监测数据传送至该系统。平台数据监测工作站获取在线监测实时采集数据后，实现数据整合、监测预警、故障诊断、状态评价、风险评估、维修策略等高级服务功能。

(11)风机视频监控系统

风机视频监控系统包括分别设置在每台风机机舱顶部、风机机舱内部以及塔筒内的摄像机。

风机的视频监控系统由风力发电机组配套提供，用于监视各风机的实时运行状态，在每台风机机舱顶部设置摄像机，用于监控近海平面上各风机的运行状况及海平面上安全状况；在每台风机机舱内、塔筒内设置摄像机，用于监视机舱和塔茼内各设备的运行状况。

视频数据上传至平台，纳入平台的视频监控模块。

(12)站区视频监控系统

站区视频监控系统包括就地视频工作站、网络交换机、录像设备、摄像机、编码器及沿升压站围墙四周设置的电子栅栏等。

海上各场站的视频监控作为子系统接入平台的视频监控工作站，满足远方监视的功能。

平台的视频监控主站满足整个风电场最终规模配置，海上升压站视频监控信号通过复合海缆光纤纳入本系统。监制主站的主要设备有：网络视频集中管理服务器、监视器、电视墙服务器、网络交换机及光纤传输设备等。

(13)设备视频监控系统

各海上风电场站、风机及机组升压设备现场均设置视频监控系统，对重要场所和主要运行设备实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，实现海上风电场运行的可视化监控和调度，使发电运行更为安全、可靠。

设备视频监控系统包括与重要场所和主要运行的风电设备连接的视频监控设备；各海上风电场站均设置有连接风机视频监控系统、站区视频监控系统和设备视频监控系统的视频监控分控制站，集控平台层300设置有与视频监控分控制站连接的视频监控主控制站，视频监控主控制站包括网络视频集中管理服务器、监视器、电视墙服务器、网络交换机及光纤传输设备。

在各海上场站设置视频监控分控制站，在控制中心的平台设置视频监控主控制站，所有视频图像均能在两个监视点进行实时显示，动态存储，历史画面回放和监控报警。

海上升压站所连接前端设备的视频信号和控制信号通过千兆网络交换机、光纤通信设备提供的网络接口与控制中心的主控制站组成点到点远程视频监控网；网络视频传输至控制中心的视频集中管理服务器(带存储服务器功能)进行存储。

在控制中心设置平台电视墙，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，显示在电视墙监视器上。基于平台的视频监控模块，遥控操作在远程监控系统系统中执行时，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。

(14)扩展移动应用

监控平台层连接有移动设备终端。

平台通过运营商网络、移动终端安全接入环境与移动运维设备连接，在智能综合监控应用系统和移动终端设备上，分别部署服务端软件和终端软件，协作完成移动应用功能。

采用移动技术，使用手持移动终端设备与平台进行双向互动，实现对全系统运行数据和报警信息的远程掌控，并且通过移动技术可进行运行工作的全过程跟踪和指导。

(15)扩展机器人系统

海上风电场还设置有工业机器人，工业机器人连接监控平台层。

工业机器人为海上风电场进行海上风机和电气设备的运行操作、常规维护、一般性故障复位的高度可能性，而平台为机器人在海上风电场的应用提供广阔的平台。

(16)扩展无人机巡检

海上风电场还设置有巡检无人机，巡检无人机连接监控平台层。

平台可接入无人机飞行巡检系统，发挥无人机的快速、机动特性，结合视频监控和激光雷达技术，进行风电机组叶片表面状态采集。

无人机巡检可实现自动巡检叶片状态，巡检全面无死角，且安全高效，成本低廉，从根本上解决了人工巡检的效率低下、安全风险和高昂费用等问题。同时，平台视频服务器及工作站整合无人机巡检数据，实现叶片运维数据记录及跨系统分析。

该监控系统的总体构架是以多个现场生产自动化子系统和信息管理子系统为基础，通过中间链路层200构建的网络通讯系统和开放式系统平台，统一各种规约类型数据，构成一个智能化功能逐层提升的综合性生产集控平台。在生产控制层面上分三级控制：第一级为各风机、断路器、主变压器等生产设备就地控制，第二级为各个海上风电场的监控系统工作站(子站)控制，第三级为跨场站广域海上风电生产集控平台的远程控制。级别依次为第一级优先，第二级次之，第三级再次之。

本发明实施例提出的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，在集控平台上对所有接入的各跨场站广域海上风电场进行统一监视与控制，并可对设备综合信息、故障分析与预测、设备参数综合统计、设备定期维修维护检测等各类数据进行统一管理，建设与电网调度中心的传输通道，将各海上风电场的远动信息上送电网调度中心，接受电网调度中心的统一调度指令(包括AGC、AVC控制)，进行所有接入的各海上风电场整体出力控制，从而实现跨场站开发的各个海上风电场的开放接入与兼容集控。

该集控系统打破各个场站间的数据壁垒，兼容各个不同海上风电场的设备监控，有效地解决了跨场站广域海上风电生产中各场站监控系统孤立运行，数据不能协同高效利用、不能统一生产调度、不能开放兼容新场站接入等问题，运用集控平台后，可方便地兼容接入新建的海上风电场到平台上，实现统一调度与生产管理，减少场站监控资源重复，提高生产调度效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述系统包括现场生产自动监控层、中间链路层和集控平台层，所述现场生产自动监控层包括分别设置于各个跨场站广域海上风电场的多个监控子系统，所述监控子系统通过中间链路层连接至集控平台层，所述集控平台层连接电网调度中心。

2.根据权利要求1所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述监控子系统包括海上风电机组监控系统、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、电量采集监控系统、风功率预测系统、海缆综合监控系统、风电机组振动监控系统、风机配套设备在线监控系统、风机视频监控系统、站区视频监控系统以及设备视频监控系统。

3.根据权利要求2所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述海上风电机组监控系统包括与海上风电机组连接的风机监控操作员站，所述监控平台层包括与所述风机监控操作员站连接的风机监控主机；所述升压站综自系统包括海上操作员站，所述监控平台层包括与海上操作员站连接的监控主机；所述电量采集监控系统包括与集控平台层连接的电量采集器；所述风功率预测系统包括与集控平台层连接的海上测风塔、自动气象站；所述海缆综合监控系统包括与集控平台层连接的海上海缆监测主机；所述风电机组振动监控系统包括设置在风电机组上的振动加速度传感器、与所述振动加速度传感器连接的在线振动监测仪。

4.根据权利要求2所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述风机视频监控系统包括分别设置在每台风机机舱顶部、风机机舱内部以及塔筒内的摄像机；所述站区视频监控系统包括就地视频工作站、网络交换机、录像设备、摄像机、编码器及沿升压站围墙四周设置的电子栅栏，所述设备视频监控系统包括与重要场所和主要运行的风电设备连接的视频监控设备；各海上风电场站均设置有连接风机视频监控系统、站区视频监控系统和设备视频监控系统的视频监控分控制站，所述集控平台层设置有与视频监控分控制站连接的视频监控主控制站，所述视频监控主控制站包括网络视频集中管理服务器、监视器、电视墙服务器、网络交换机及光纤传输设备。

5.根据权利要求1所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述监控平台层连接有移动设备终端。

6.根据权利要求1所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述海上风电场还设置有工业机器人，所述工业机器人连接监控平台层。

7.根据权利要求1所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述海上风电场还设置有巡检无人机，所述巡检无人机连接监控平台层。

8.根据权利要求1所述的一种跨场站广域海上风电生产集控系统，其特征在于，所述中间链路层包括海缆复合光纤、光纤通信设备以及网络通信设备。

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