力控科技 风电综合信息化系统解决方案

1 项目概述

   伴随我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的依赖程度越来越高，同时电力生产也越来越受到资源和环境的制约。为了实现可持续发展战略，提高电能使用效率已成为我国能源战略的一项重要内容。由于我国资源的严峻形势，发展可持续资源是长久之计，风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源。发展可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响，如需要有水力、风力、太阳能资源，而且最主要的是投资和维护费用高、效率低，所以发出的电成本高。现在许多国家都在积极寻找提高利用可再生能源效率的方法，相信随着地球资源的短缺，可再生能源将发挥越来越大的作用。

   为了加强对各个风电场的管理，使风电集团能够直观、动态、综合地 掌握下属各风电场生产一线的情况，杜绝风电机组运行和生产经营数据的错报、迟报、漏报，同时便于进行数据统计、分析以及提供技术支持，力控科技为许继许昌风电科技有限公司在总部建设一套风电场生产数据采集、监测、储存、分析、展现系统，以便风电集团能及时获取风电场生产及风电机组运行状态的信息，为集中监测、故障分析、技术支持、经营决策等提供及时、准确的数据基础。

2 系统整体拓扑结构介绍

2.1 集团调度中心系统建设

2.1.1 调度中心系统平台

   调度中心信息化平台由实时服务器、历史服务器、关系数据库服务器、报警服务器、GIS地理信息系统服务器、WEB服务器以及各种辅助系统组成。

1) 实时服务器

   实时数据服务器主要为系统提供实时数据管理支撑，主要负责处理、存储、管理电站采集传送来的实时数据，并为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。实时数据存放在实时数据库中，实时数据服务器中运行通信管理软件，完成与分布式光伏电站通信连接、协议转换、网络管理等任务。

   实时数据库服务器软件平台采取冗余架构，两台服务器互为热备，通过实时心跳检测监控服务器的运行状态，一旦主机发生问题从机可在最短时间内切换。

2) 历史服务器

   历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据服务。能自动恢复通信中断期间的数据。

   历史数据服务器作为应用统计分析的数据支撑，同样配备力控科技pSpace Server软件平台。历史数据库库通过磁盘阵列实现硬冗余。

3) WEB服务器

   Web服务器是实时监控系统与管理应用系统之间的衔接服务器。实时监控系统将有关信息写入Web服务器，并对其实时更新。Web服务器在管理信息网络中以网站的形式出现，它既为管理系统提供生产信息，又避免了与生产实时监控系统等无直接关系的计算机直接访问实时监控系统服务器。

4) 操作员工作站

   操作员工作站是调度、操作人员与控制中心计算机监控系统的人机界面（HMI），它在控制中心计算机监控系统中作为客户机，操作员通过它可详细了解电站的运行状况并下达命令。

5) 工程师工作站

   工程师工作站是系统工程师的操作平台。工程师可通过它们对计算机监控系统的数据库等进行维护和管理；同时还可以对系统进行二次开发，实现其所允许的功能。

Ø 网络系统

   考虑到集团各个风场的地理分布情况，本系统采用VPN的网络模式或者集团专用网络，组建大型网络的应用。虚拟私有网络VPN(Virtual Private Network)出现于Internet盛行的今天,它使企业网络几乎可以无限延伸到地球的每个角落，从而以安全、低廉的网络互联模式为包罗万象的应用服务提供了发展的舞台。

   当风场SCADA与调度中心出现通信故障时，为保证数据完整性，风场SCADA平台加装力控科技通信组件CommServer，该组件可实现断线缓存功能。通信恢复后可将故障时段缓存的数据继续上传至调度中心信息平台，从而避免了数据流失。

   CommServer组件支持力控软件以各种网络方式互相通信，比如RS232/485/422、无线电台、电话轮巡拨号、GSM、GPRS、CDMA、以太网等方式，实现与其他节点力控软件的通信。该组件具有以下特性：

◎具备分组和地址概念，不同节点力控可相互寻址；

◎支持多个客户端同时进行访问该组件的服务器；

◎具备故障恢复功能，通信中断时具备断线缓存功能；

◎直接将离开区域数据库的数据进行发送，提高系统效率；

◎第三方程序通过开放协议可以多种网络方式直接访问力控实时数据库。

Ø 安全系统

   为提高系统的稳定性，可靠性，可用性，在中心系统的建设中，构建双重网络冗余提高底层通讯的稳定性。同时考虑网络安全性，配备工业隔离安全网关pSafetyLink，所有风场SCADA均通过安全隔离装置进入到调度中心平台。pSafetylink以标准协议进行数据交换，把数据送入中心冗余数据库服务器，信息网络与控制网络实现互联时，如何保证过程控制网络的安全就变成了一个严峻的问题。一旦实现了信息网络与控制网络之间的互联，就相当于将控制网络直接暴露给外网而面临被攻击的可能。pSafetyLink是种专为工业网络应用设计的防护设施，用于解决工业SCADA控制网络如何安全接入信息网络（外网）的问题。它与防火墙等网络安全设备本质不同的地方是它阻断网络的直接连接，只完成特定工业应用数据的交换。由于没有了网络的连接，攻击就没有了载体，如同网络的“物理隔离”。由于目前的安全技术，无论防火墙、UTM等防护系统都不能保证攻击的一定阻断，入侵检测等监控系统也不能保证入侵行为完全捕获，所以最安全的方式就是物理的分开。

   力控风电场综合管理信息化平台采用完全的分布式架构体系，各种应用服务器与数据服务器相对独立运行，这种完全分布式的架构，极大的提升了系统运行的稳定可靠性。下面针对典型的决策分析服务器和报警服务器加以介绍。

Ø 决策分析服务器

   决策分析服务器是管控一体化信息平台的重要组成部分，此次在方案设计中将决策分析服务器单独设置，可以更为直观的反应集团各风电场的动态实时数据和历史数据。通过力控科技软件决策分析系统，可根据用户需求集成多种运算统计功能，并且可插入曲线、棒图、饼图种多种数据展现形式。

   对SCADA数据、关口电量数据、升压站数据、测风塔数据进行集成，并提供数据和应用整合，通过对动态数据的积累（维修数据、故障数据、备件采购供应等数据）；积累企业特有的维修技术、经验和知识。积累维修经验并形成企业知识库，供后续的人员培训与学习，对风电场设备和生产运行数据按照年、月、日设备运行报表对比分析、故障分析、设备利用率分析，对标分析。

Ø 报警服务器

   报警服务器主要用于系统报警服务及故障事件查询追溯，当系统运行过程中出现设备故障、网络故障、电力系统故障等情况时首先可通过声光、语音、弹窗等方式第一时间通知工作人员。并且可通过短信、电话方式直接将故障信息发送给相关一线维修人员，并且结合GIS地理信息系统和视频系统，在调度中心大屏幕上显示出具体的报警区域地点，可通知现场人员第一时间了解事故现场情况，做出最及时的响应。

   同时软件在运行时自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件，并且提供查询追溯功能。一旦发生事故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供坚实的基础资料。

2.2 风场SCADA系统建设

   各风场部署通讯服务器采集各风场SCADA系统各电气参数，以及其他设备运行参数，辅助系统（如气象系统）等的信息，上传至调度中心服务器。

   各风场站控级SCADA系统实现风场各电气量，及风机设备运行参数的监控。SCADA 软件通过标准协议直接与风机 PLC 进行通讯，兼容巴合曼、倍福、贝加莱、西门子等风电常用PLC。SCADA软件与风机的通讯变量满足软件功能，并根据甲方主控系统特点进行设计，包括变量的地址、数据类型、单位等。SCADA 软件将从风机 PLC 读取记录文件并分类存储在监控电脑上。

   风场SCADA系统可采用冗余服务器，负责汇总风机，变电站等的数据，通过风电场SCADA系统可以了解设备的工艺控制，如变电站和风机的工艺流程，及主要生产数据。通过监管画面，客户和管理者还可以看到风电场的气象状况，如平均风速、气温，生产情况如总发电功率，设备情况如运行机组数量，备用机组数量，故障机组数量等。还可以深入监视每一个风轮的实时风速、发电功率、设备状况（运行、备用、故障）等，以及变电升压站的各项电气数据，如母线电压、电流、功率因数等。

   生产监控系统和集团综合信息化系统之间加装网络隔离装置（俗称网闸），隔离生产网络和信息网络。杜绝网络风暴，网络恶意程序等的危害，同时启用交换机的访问控制，防火墙等功能，为计算机的访问设定相应的权限。

3 系统功能

3.1 生产数据实时采集

   每个风电场的数据采集部分可以分为风机、电控、变电站、测风塔部分。远程控制系统的主机通过通讯系网关将各类风电机的运行状态，运行数据，报警代码等内容采集并汇总到远程控制系统中，通过远程控制系统的软件处理，将风电机运行状态，运行数据，报警代码等内容在同一个画面显示。

3.2 基于地理背景的监视图

   可以直观地显示风电公司下属的所有风电场、各风场设备设施（如风机、测风塔、变电厂等）的地理分布示意图，用户可以在地理图上直接显示各风电场的主要运行数据，可以通过选择特定风电场节点对该风电场的主要数据进行监控，并可以作为导航节点直接进入指定风电场进行更进一步的操作。

3.3 数据存储和查询

   风电运维中心软件历史数据库采用独特的压缩技术和二次过滤技术，使进入到数据库的数据经过了最有效的压缩，极大地节省了硬盘空间。选择变化保存并加上二次过滤条件，每秒1万点数据存储一年，仅需要6G的空间，即一只普通硬盘也可存贮五到十年的数据。同时实时数据库pSpace采用独特的查询方式，可以很快捷的从数据库中查询历史数据，方便用户管理和分析。

3.4 控制功能

   风电场综合管理信息系统可以远程监控现场，如值班人员在现场控制风电机的状态。远程控制系统根据预设的参数，将不同编号风电机的控制指令送到不同风电场中控室不同的主机上，再通过不同风电机系统的主机将控制信号送到所控制的风电机中。

3.5 决策与分析

   可以搭建数据总结分析和辅助决策工具平台，可以进行历史趋势分析，如年月、日各气象趋势和发电量曲线，设备质量和运行寿命，如单机生产和配套厂家、检修后运行时间、设备可利用率等的统计。从而为与生产指标相关的各项计划、采购、检修等活动提供和费用控制提供统计依据。通过分析风速与风机发电量的关系，即风机实时功率曲线，判断风机的能量转化效率，探索影响风力发电效率的各项因素，如结冰、雾、雨水、温度、风速、风向等环境因素的影响。

3.6 报警与事件管理

   支持传统的声光报警，语音文件报警，支持操作人员报警确认管理机制；

报警具有容易引起警觉的声响输出，具有语音提示功能；报警显示可由操作员抑制或消除；对过程变量超限数值应给出警告、危险二级报警。

3.7 风玫瑰图组件

   根据用户输入的开始时间和结束时间，统计这一时间段内的风速，频率，功，风速立方的情况，并根据数据在刻度盘上画扇形。反映某一地点，某一时间段内，风速、频次、风速立方和功率情况的图形显示。

3.8 风电设备管理

   通过系统设备管理信息统计，显示优化机组运行降低机组寿命损耗有助于减少设备更换费用、维持机组可靠性和发电产出。量化机组当前运行工况下的寿命损耗率。评估运行工况变化对设备寿命的影响。优化运行是降低延长设备寿命风险的最佳方法。监测温度、压力、负荷，并将实时信息转换成蠕变、疲劳损伤系数。

   用各种检测、测量、监视、分析和判断方法，结合设备的历史和现状，考虑环境的因素，对设备的运行状态进行评估，判别其是否处于正常、异常和故障状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态作出报警，以便及时处理，为设备的故障分析提供数据和信息。

3.9 用户权限管理

   系统提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠，力控的用户管理具备多个级别，并可根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作；系统运行过程中，常会提出在远程对整个系统的用户进行管理的需求，并且要求可以随时增加和删除用户，对此信息平台软件提供了远程用户登陆和管理功能。