CN211266493U - 一种风电场一体化监控平台 - Google Patents

Abstract

一种风电场一体化监控平台，所述监控平台融合风电机组监控、箱变保护测控、升压站监控、保护及故障信息、有功无功控制、风电功率预测、在线监测等系统，构建统一的数据平台，网络设置有监控主网、保护及故障信息网和卫星同步对时网。SCADA服务器等站控层设备直接与监控主网相连；升压站内保护测控单元等间隔层设备直接与监控主网相连；风机就地监控单元、箱变保护测控单元等直接或通过数据采集器连接环网交换机组成光纤环网，通过通信接口机或直接与监控主网相连。与现有技术相比，本实用新型优化了网络构架、提高了各系统设备通信兼容性，实现了监控数据实时全量共享，符合风电场生产运维管理创新发展模式。

Description

一种风电场一体化监控平台

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种风电场一体化监控平台。

背景技术

我国风电装机规模快速增长，风电已经从补充能源进入到替代能源的发展阶段，成为我国继煤电、水电之后的第三大电源。根据目前风电监控技术的发展现状，风电场监控系统主要分为两个部分，即风力发电机组计算机监控系统和升压站计算机监控系统，两套监控系统彼此独立，由不同的厂家提供，导致两套监控系统配置和数据库不同，操作方式和监控界面不统一，系统联调工作量大，不便于系统调试、运行和维护；各监控系统成为信息孤岛，缺乏技术共享平台，监控数据不能实时全量共享，使得精细化运维管理、运行分析及故障识别处理较困难，不适应风电场生产运维管理创新发展模式。

随着风电企业生产运维规模不断扩大，“两化”深度融合使得工业标准化和信息化水平不断提高，将工业控制技术、通信网络技术、计算机及信息技术等新技术应用到风电企业生产运维管理中，成为风电企业提高自动化水平、生产运维效率和经济效益的重要手段。目前，风电场配置有风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、保护及故障信息系统、有功无功控制系统、风电功率预测系统、在线监测系统等，各功能系统一般由不同厂家提供，普遍存在通信接口和协议兼容问题，因此，如何将各系统集成和功能优化，实现风电场的信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，成为风电场智能化运行的发展趋势。

实用新型内容

为解决背景技术中各系统存在的系统配置和数据库不同，操作方式和监控界面不统一、系统通信接口和协议不兼容等问题，本实用新型提供了一种风电场一体化监控平台，具体技术方案如下。

一种风电场一体化监控平台，包括：风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、保护及故障信息系统、有功无功控制系统、风电功率预测系统和在线监测系统；所述风电场一体化监控平台网络设置有监控主网、保护及故障信息网和卫星同步对时网；

所述升压站监控系统包括多个SCADA服务器、数据库服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、测控单元、保护单元、远动工作站、通信协议转换器、可选配的通信接口机和可选配的数据采集器，所述多个SCADA服务器、数据库服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、测控单元、保护单元、远动工作站、通信协议转换器和可选配的通信接口机均直接与监控主网连接；所述多个测控单元、保护单元、远动工作站还与卫星同步对时网连接；所述多个保护单元还与保护及故障信息网连接；所述可选配的数据采集器连接风机环网交换机，通过光纤环网与监控主网连接；

所述风力发电机组监控系统包括多个就地监控单元和环网交换机，所有就地监控单元均直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接；

所述箱变保护测控系统包括多个箱变保护测控单元，所有箱变保护测控单元均直接或通过选配的数据采集器连接风机环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接；

所述保护及故障信息系统包括保护及故障信息子站和故障录波装置；所述保护及故障信息子站与保护及故障信息网、卫星同步对时网连接，所述故障录波装置连接保护及故障信息子站，并与卫星同步对时网连接；

所述有功无功控制系统包括AGC/AVC工作站；所述AGC/AVC工作站是风电场能量管理平台，直接与监控主网连接；

所述风电功率预测系统包括风电功率预测工作站、风电功率预测服务器、气象数据采集处理服务器、数值天气预报系统和测风塔；所述风电功率预测工作站、风电功率预测服务器与监控主网、卫星同步对时网连接，所述气象数据采集处理服务器通过反向物理隔离接入监控主网，所述数值天气预报系统、测风塔接入气象数据采集处理服务器；

所述在线监测系统包括综合监测工作站、综合监测服务器、风电机组振动状态监测单元和升压站电气设备在线监测装置；所述综合监测工作站、综合监测服务器、升压站电气设备在线监测装置均与监控主网、卫星同步对时网连接，风电机组振动状态监测单元直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接。

优选地，所述SCADA服务器负责整个监控平台的协调和管理，实现风电场风电机组、箱变、升压站电气设备实时数据的全量全样本采集、处理、储存以及指令下发，配置实时数据库，能实时完整地将数据保存至实时数据库中备份，并提取各种历史数据保存到数据库服务器中；同时通过操作员工作站等人机接口设备的监控应用软件展示数据。

优选地，所述数据库服务器作为整个监控平台的数据中心，配置历史数据库，实现风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、风电功率预测系统和在线监测系统数据的存储、管理和应用。

优选地，所述可选配的通信接口机部署在升压站，对下通过环网交换机连接风机就地监控单元、箱变保护测控单元，对上连接监控主网，负责风电场风机、箱变监控数据的上送下达。

优选地，所述可选配的数据采集器部署在风机，通过约定的通信接口与风机就地监控单元、箱变保护测控单元连接，将其通信协议转换为监控主网所要求的DL/T 860、DL/T667通信协议，实现单台风机、箱变监控数据的采集通信。

优选地，所述风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统和有功无功控制系统部署在安全区Ⅰ；所述保护及故障信息系统、风电功率预测系统和在线监测系统部署在安全区Ⅱ；监控主网、保护及故障信息网在安全区Ⅰ和安全区Ⅱ之间部署硬件防火墙隔离。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型融合风电机组监控、箱变保护测控、升压站监控、保护及故障信息、有功无功控制、风电功率预测、在线监测等系统，通过优化网络构架，整合服务器资源，集中设置SCADA服务器和数据库服务器，配置实时数据库和历史数据库，构建统一的数据平台，从而解决各系统存在的系统配置和数据库不同的问题；

集中设置操作员工作站、工程师工作站、五防工作站，其中操作员工作站提供实时监控和操作的人机交互界面，能够显示风电场场区和升压站电气设备的各种运行信息、事件记录、告警信息和管理信息，查询设备状态和参数，提供遥控、遥调等操作界面；工程师工作站用于监控平台的维护和管理，完成系统参数的定义、修改，数据库的定义、修改，图表的制作、修改，以及网络维护、系统诊断等工作；五防工作站用于风电场防误操作闭锁，具有防误闭锁规则库，能够实现远方、就地操作的五防闭锁，提供操作员对风电场内五防操作进行管理，能进行模拟预演操作并产生操作票；从而实现监控平台操作方式和监控界面的统一；

当各系统通信接口和协议不兼容时，部署通信接口机或数据采集器，其中通信接口机部署在升压站，对下通过环网交换机连接风机就地监控单元、箱变保护测控单元，对上连接监控主网，负责风电场风机、箱变监控数据的上送下达；数据采集器部署在风机，通过约定的通信接口与风机就地监控单元、箱变保护测控单元等连接，将其通信协议转换为监控主网所要求的DL/T860、DL/T 667通信协议，实现单台风机、箱变监控数据的采集通信，以解决各系统通信接口和协议不兼容问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1，一种风电场一体化监控平台，分为站控层和间隔层，其中站控层包括：SCADA服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、远动工作站、AGC/AVC工作站、数据库服务器、保护及故障信息子站、风电功率预测工作站、风电功率预测服务器、气象数据采集处理服务器、综合监测工作站、综合监测服务器、站控网络设备、二次安防设备、卫星时钟同步系统、音响报警装置和打印机等；间隔层包括：测控单元、保护单元、安全自动装置、保护测控一体化单元、故障录波器、风机就地监控单元、箱变保护测控单元、风电机组振动状态监测单元、环网交换机、通信协议转换器、可选配的通信接口机、可选配的数据采集器、交直流电源系统、无功补偿控制系统、测风塔和升压站电气设备在线监测装置等。

所选的站控层和间隔层采用双以太网监控主网连接，另设置有保护及故障信息网和卫星同步对时网。

所选的风电场场区风机就地监控单元、箱变保护测控单元等直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，经场区光缆组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接。

所选的升压站测控单元、保护单元、保护测控一体化单元等采集升压站设备的实时数据通过监控主网上送站控层，并接收站控层指令或根据内部功能逻辑实施对间隔层一次设备控制和保护，实现升压站设备操作闭锁功能，且具备同期操作及其他控制功能。

所选的SCADA服务器冗余热备用，负责整个监控平台的协调和管理，实现风电场风电机组、箱变、升压站电气设备等实时数据的全量全样本采集、处理、储存以及指令下发等功能。实时数据流分两个方向，一是实时完整地将数据保存至实时数据库中备份，并提取各种历史数据保存到数据库服务器中；一是通过操作员工作站等人机接口设备的监控应用软件展示数据。

所选的数据库服务器集群配置，作为整个监控平台的数据中心，配置历史数据库，实现风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、风电功率预测系统和在线监测系统数据的存储、管理和应用。

所选的操作员工作站提供实时监控和操作的人机交互界面，能够显示风电场场区和升压站电气设备的各种运行信息、事件记录、告警信息和管理信息，查询设备状态和参数，提供遥控、遥调等操作界面。

所选的工程师工作站用于监控平台的维护和管理，完成系统参数的定义、修改，数据库的定义、修改，图表的制作、修改，以及网络维护、系统诊断等工作。可按要求进行保护定值修改和管理等。

所选的五防工作站用于风电场防误操作闭锁，具有防误闭锁规则库，能够实现远方、就地操作的五防闭锁，提供操作员对风电场内五防操作进行管理，能进行模拟预演操作并产生操作票。

所选的远动工作站冗余热备用，用于与相关电网调度端通信，采用直采直送方式，直接通过网络采集间隔层测控单元、保护单元和各种智能设备的远动信息，经规约转换和处理后向调度端传送，同时接收调度端的控制命令，转发给相应的智能设备，完成调度端和间隔层设备的信息交互，并可对传输的数据和误码率进行监视和检查。所选远动工作站接收卫星时钟同步系统的时间同步信号，并对站控层其他设备网络对时。

所选的通信协议转换器具有以太网口、RS232/RS485/RS422串行接口等多种接口，通过约定的通信协议和接口与交直流电源系统、无功补偿控制系统等升压站内智能设备连接通信，实现数据的上送下达。

所选的通信接口机部署在升压站，对下通过环网交换机连接风机就地监控单元、箱变保护测控单元，对上连接监控主网，负责风电场风机、箱变监控数据的上送下达。

所选的数据采集器部署在风机，通过约定的通信接口与风机就地监控单元、箱变保护测控单元等连接，将其通信协议转换为监控主网所要求的DL/T860、DL/T 667通信协议，实现单台风机、箱变监控数据的采集通信。

所选的AGC/AVC工作站是风电场能量管理平台，具有风电机组单机和集群调控、自动发电控制AGC和无功电压控制AVC功能。能根据调度端或本地设置的AGC/AVC指令，采集风电机组、无功补偿装置、主变及风电场其他主要设备的运行状态数据，综合考虑风电场的控制特性和各种约束条件，采用多目标多约束优化协调控制算法确定风电机组、无功补偿装置、主变分接头等调控目标值，并下发执行，实现风电场闭环控制。

所选的保护及故障信息子站采集保护单元、安全自动装置、故障录波器等装置的运行、配置和故障信息，对这些装置进行运行状态监视、配置信息管理和动作行为分析，在风电场故障时进行快速的故障分析，为运行人员提供处理提示。

所选的卫星时钟同步系统是由主时钟、扩展时钟、卫星对时天线、信号传输介质等组成，主时钟采用双机主备方式，扩展时钟具有网络时间报文、串行口时间报文、IRIG-B码、脉冲信号等多种对时信号接口，用于监控平台各类站控层设备和间隔层设备的时间同步。

所选的风电功率预测工作站、风电功率预测服务器、气象数据采集处理服务器、数值天气预报系统、测风塔等组成风电功率预测系统，其中风电功率预测工作站、风电功率预测服务器与监控主网、卫星同步对时网连接，气象数据采集处理服务器通过反向物理隔离接入监控主网，数值天气预报系统、测风塔接入气象数据采集处理服务器。预测系统采用物理方法和统计方法建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率、数值天气预报等数据作为模型输入，结合风电场风机等设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率。具有长期(未来30天)、中期(未来7天)、短期(未来72h)、超短期(未来0h-4h)风电场输出功率预测功能。

所选的综合监测工作站、综合监测服务器、风电机组振动状态监测单元、升压站电气设备在线监测装置等组成风电场在线监测系统。其中综合监测工作站、综合监测服务器、升压站电气设备在线监测装置均与监控主网、卫星同步对时网连接，风电机组振动状态监测单元通过风电场光纤环网接入监控主网。风电机组振动状态监测单元可包括：风电机组振动在线监测、叶片状态在线监测、塔筒安全在线监测等；升压站电气设备在线监测装置是变压器、电抗器、断路器、GIS、电容型设备、金属氧化物避雷器等一次设备的在线监测装置，可包括：GIS室SF6气体泄漏在线监测、GIS设备SF6气体密度及微水在线监测、主变压器油色谱在线监测、铁芯接地电流在线监测、局部放电在线监测、金属氧化物避雷器在线监测等。风电场在线监测系统具备风电机组及升压站主要电气设备的运行状态综合监测、诊断、预警等功能，通过综合监测工作站和服务器，管理状态监测数据库，管理数据的采集和通信并向数据库登录数据，提供分析诊断工具，通过报警信息、各种监测报告、诊断图表等手段判断设备状态，识别诊断设备故障。实现对运行设备的健康状况智能分析和故障诊断预警，并将诊断结果、处理方案自动、手动输出故障处理工单，实现高效运维诊断，并可与备件供应平台对接。

所选监控平台根据电力监控系统安全防护要求划分为安全区Ⅰ、安全区Ⅱ和管理信息区。

安全区Ⅰ站控层设备包括SCADA服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、远动工作站、AGC/AVC工作站等，均与安全区Ⅰ监控主网交换机直接连接；安全区Ⅰ间隔层设备包括测控单元、保护单元、安全自动装置、保护测控一体化单元、风机就地监控单元、箱变保护测控单元、环网交换机、通信协议转换器、可选配的通信接口机、可选配的数据采集器、交直流电源系统、无功补偿控制系统等，其中测控单元、通信协议转换器、可选配的通信接口机等与安全区Ⅰ监控主网和卫星同步对时网相连，其中保护单元、安全自动装置、保护测控一体化单元等与安全区Ⅰ监控主网、保护及故障信息网和卫星同步对时网相连，其中风机就地监控单元、箱变保护测控单元等直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，经场区光缆组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与安全区Ⅰ监控主网。

安全区Ⅱ站控层设备包括数据库服务器、保护及故障信息子站、风电功率预测工作站、风电功率预测服务器、综合监测工作站、综合监测服务器等，均与安全区Ⅱ监控主网交换机直接连接；安全区Ⅱ间隔层设备包括故障录波器、风电机组振动状态监测单元、升压站电气设备在线监测装置等，其中故障录波器连接保护及故障信息网和卫星同步对时网，其中风电机组振动状态监测单元直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，组成光纤环网，与安全区Ⅰ监控主网相连，经防火墙接入安全区Ⅱ监控主网，升压站电气设备在线监测装置与安全区Ⅱ监控主网相连。

管理信息区站控层设备包括气象数据采集处理服务器，其通过反向物理隔离装置与安全区Ⅱ监控主网交换机连接；管理信息区间隔层设备包括测风塔，测风塔通过光纤或无线通信连接气象数据采集处理服务器。

所选的二次安防设备按照“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证、综合防护”的基本原则配置，安全区Ⅰ与安全区Ⅱ之间配置横向逻辑隔离防火墙；安全区Ⅱ与管理信息区(数值天气预报系统、测风塔系统、调度运行管理系统等)通过电力专用单向物理隔离装置隔离；管理信息区与外部网络之间应采取防火墙、VPN和专线等方式，保证边界与数据传输的安全；安全区Ⅰ和安全区Ⅱ统一部署1套网络入侵检测系统和1套漏洞扫描装置；安全区Ⅰ和安全区Ⅱ监控系统的关键应用系统主服务器以及网络边界处的通信接口机等采用主机加固的安全操作系统；安全区Ⅰ与安全区Ⅱ的监控系统应当具备安全审计功能。安全区Ⅰ和安全区Ⅱ与管理信息大区分别部署1套恶意代码防范系统，安全区Ⅰ和安全区Ⅱ分别配置1套网络安全监测装置。

所选的风电场一体化监控平台的主要功能包括：生产实时监测(数据采集和处理、运行监测、人机接口、事件报警处理、事件记录及事故追忆、数据库、时钟同步、数据通信、软件维护与开发、系统自诊断和自恢复等)；生产实时控制(控制和调节、防误操作等)；经济运行(风电功率预测、发电优化运行等)；智能分析诊断(设备运行状态综合监测、状态评估、故障预警诊断、专家辅助决策、大数据分析、专题统计与分析、统计报表、趋势分析、后评价分析等)。优选的扩展功能可涵盖风电场各业务板块，如，生产管理：运行管理(智能两票、设备台账、缺陷管理、维修计划、检修计划、巡检管理、交接班管理、技改计划、定期工作等)、安全管理、备件管理、项目管理等，经营管理，绩效管理等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种风电场一体化监控平台，其特征在于，包括：风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、保护及故障信息系统、有功无功控制系统、风电功率预测系统和在线监测系统；所述风电场一体化监控平台网络设置有监控主网、保护及故障信息网和卫星同步对时网；

所述升压站监控系统包括多个SCADA服务器、数据库服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、测控单元、保护单元、远动工作站、通信协议转换器、可选配的通信接口机和可选配的数据采集器，所述多个SCADA服务器、数据库服务器、操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、测控单元、保护单元、远动工作站、通信协议转换器和可选配的通信接口机均直接与监控主网连接；所述多个测控单元、保护单元、远动工作站还与卫星同步对时网连接；所述多个保护单元还与保护及故障信息网连接；所述可选配的数据采集器连接风机环网交换机，通过光纤环网与监控主网连接；

所述风力发电机组监控系统包括多个就地监控单元和环网交换机，所有就地监控单元均直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接；

所述箱变保护测控系统包括多个箱变保护测控单元，所有箱变保护测控单元均直接或通过选配的数据采集器连接风机环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接；

所述保护及故障信息系统包括保护及故障信息子站和故障录波装置；所述保护及故障信息子站与保护及故障信息网、卫星同步对时网连接，所述故障录波装置连接保护及故障信息子站，并与卫星同步对时网连接；

所述有功无功控制系统包括AGC/AVC工作站；所述AGC/AVC工作站是风电场能量管理平台，直接与监控主网连接；

所述风电功率预测系统包括风电功率预测工作站、风电功率预测服务器、气象数据采集处理服务器、数值天气预报系统和测风塔；所述风电功率预测工作站、风电功率预测服务器与监控主网、卫星同步对时网连接，所述气象数据采集处理服务器通过反向物理隔离接入监控主网，所述数值天气预报系统、测风塔接入气象数据采集处理服务器；

所述在线监测系统包括综合监测工作站、综合监测服务器、风电机组振动状态监测单元和升压站电气设备在线监测装置；所述综合监测工作站、综合监测服务器、升压站电气设备在线监测装置均与监控主网、卫星同步对时网连接，风电机组振动状态监测单元直接或通过选配的数据采集器连接环网交换机，组成光纤环网，通过选配的通信接口机或直接与监控主网连接。

2.根据权利要求1所述的风电场一体化监控平台，其特征在于，所述SCADA服务器负责整个监控平台的协调和管理，实现风电场风电机组、箱变、升压站电气设备实时数据的全量全样本采集、处理、储存以及指令下发，配置实时数据库，能实时完整地将数据保存至实时数据库中备份，并提取各种历史数据保存到数据库服务器中，同时通过操作员工作站等人机接口设备的监控应用软件展示数据。

3.根据权利要求1所述的风电场一体化监控平台，其特征在于，所述数据库服务器作为整个监控平台的数据中心，配置历史数据库，实现风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统、风电功率预测系统和在线监测系统的数据存储、管理和应用。

4.根据权利要求1所述的风电场一体化监控平台，其特征在于，所述可选配的通信接口机部署在升压站，对下通过环网交换机连接风机就地监控单元、箱变保护测控单元，对上连接监控主网，负责风电场风机、箱变监控数据的上送下达。

5.根据权利要求1所述的风电场一体化监控平台，其特征在于，所述可选配的数据采集器部署在风机，通过约定的通信接口与风机就地监控单元、箱变保护测控单元连接，将其通信协议转换为监控主网所要求的DL/T 860、DL/T 667通信协议，实现单台风机、箱变监控数据的采集通信。

6.根据权利要求1所述的风电场一体化监控平台，其特征在于：所述风力发电机组监控系统、箱变保护测控系统、升压站监控系统和有功无功控制系统部署在安全区Ⅰ；所述保护及故障信息系统、风电功率预测系统和在线监测系统部署在安全区Ⅱ；监控主网、保护及故障信息网在安全区Ⅰ和安全区Ⅱ之间部署硬件防火墙隔离。

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