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                        登錄注冊 CHEN

                        力控科技

                        管控一體化解決之道

                        風電綜合信息化系統

                        1 項目概述

                              伴隨我國國民經濟的快速發展和人民生活水平的提高,人們對電力的依賴程度越來越高,同時電力生產也越來越受到資源和環境的制約。為了實現可持續發展戰略,提高電能使用效率已成為我國能源戰略的一項重要內容。由于我國資源的嚴峻形勢,發展可持續資源是長久之計,風能是一種有巨大發展潛力的無污染可再生能源。發展可再生能源是最理想的能源,可以不受能源短缺的影響,但也受自然條件的影響,如需要有水力、風力、太陽能資源,而且最主要的是投資和維護費用高、效率低,所以發出的電成本高。現在許多國家都在積極尋找提高利用可再生能源效率的方法,相信隨著地球資源的短缺,可再生能源將發揮越來越大的作用。

                        為了加強對各個風電場的管理,使風電集團能夠直觀、動態、綜合地 掌握下屬各風電場生產一線的情況,杜絕風電機組運行和生產經營數據的錯報、遲報、漏報,同時便于進行數據統計、分析以及提供技術支持,力控科技為許繼許昌風電科技有限公司在總部建設一套風電場生產數據采集、監測、儲存、分析、展現系統,以便風電集團能及時獲取風電場生產及風電機組運行狀態的信息,為集中監測、故障分析、技術支持、經營決策等提供及時、準確的數據基礎。

                        2 系統整體拓撲結構介紹

                        2.1 集團調度中心系統建設

                        2.1.1 調度中心系統平臺

                        調度中心信息化平臺由實時服務器、歷史服務器、關系數據庫服務器、報警服務器、GIS地理信息系統服務器、WEB服務器以及各種輔助系統組成。

                        1) 實時服務器

                        實時數據服務器主要為系統提供實時數據管理支撐,主要負責處理、存儲、管理電站采集傳送來的實時數據,并為網絡中的其它服務器和工作站提供實時數據。實時數據存放在實時數據庫中,實時數據服務器中運行通信管理軟件,完成與分布式光伏電站通信連接、協議轉換、網絡管理等任務。

                        實時數據庫服務器軟件平臺采取冗余架構,兩臺服務器互為熱備,通過實時心跳檢測監控服務器的運行狀態,一旦主機發生問題從機可在最短時間內切換。

                        2) 歷史服務器

                        歷史數據服務器主要完成歷史數據的存儲、管理,并為網絡中的其它服務器和工作站提供數據服務。能自動恢復通信中斷期間的數據。

                        歷史數據服務器作為應用統計分析的數據支撐,同樣配備力控科技pSpace Server軟件平臺。歷史數據庫庫通過磁盤陣列實現硬冗余。

                        3) WEB服務器

                        Web服務器是實時監控系統與管理應用系統之間的銜接服務器。實時監控系統將有關信息寫入Web服務器,并對其實時更新。Web服務器在管理信息網絡中以網站的形式出現,它既為管理系統提供生產信息,又避免了與生產實時監控系統等無直接關系的計算機直接訪問實時監控系統服務器。

                        4) 操作員工作站

                        操作員工作站是調度、操作人員與控制中心計算機監控系統的人機界面(HMI),它在控制中心計算機監控系統中作為客戶機,操作員通過它可詳細了解電站的運行狀況并下達命令。

                        5) 工程師工作站

                        工程師工作站是系統工程師的操作平臺。工程師可通過它們對計算機監控系統的數據庫等進行維護和管理;同時還可以對系統進行二次開發,實現其所允許的功能。

                         網絡系統

                        考慮到集團各個風場的地理分布情況,本系統采用VPN的網絡模式或者集團專用網絡,組建大型網絡的應用。虛擬私有網絡VPN(Virtual Private Network)出現于Internet盛行的今天,它使企業網絡幾乎可以無限延伸到地球的每個角落,從而以安全、低廉的網絡互聯模式為包羅萬象的應用服務提供了發展的舞臺。

                        當風場SCADA與調度中心出現通信故障時,為保證數據完整性,風場SCADA平臺加裝力控科技通信組件CommServer,該組件可實現斷線緩存功能。通信恢復后可將故障時段緩存的數據繼續上傳至調度中心信息平臺,從而避免了數據流失。

                        CommServer組件支持力控軟件以各種網絡方式互相通信,比如RS232/485/422、無線電臺、電話輪巡撥號、GSMGPRSCDMA、以太網等方式,實現與其他節點力控軟件的通信。該組件具有以下特性:

                        ◎具備分組和地址概念,不同節點力控可相互尋址;

                        ◎支持多個客戶端同時進行訪問該組件的服務器;

                        ◎具備故障恢復功能,通信中斷時具備斷線緩存功能;

                        ◎直接將離開區域數據庫的數據進行發送,提高系統效率;

                        ◎第三方程序通過開放協議可以多種網絡方式直接訪問力控實時數據庫。

                         安全系統

                        為提高系統的穩定性,可靠性,可用性,在中心系統的建設中,構建雙重網絡冗余提高底層通訊的穩定性。同時考慮網絡安全性,配備工業隔離安全網關pSafetyLink,所有風場SCADA均通過安全隔離裝置進入到調度中心平臺。pSafetylink以標準協議進行數據交換,把數據送入中心冗余數據庫服務器,信息網絡與控制網絡實現互聯時,如何保證過程控制網絡的安全就變成了一個嚴峻的問題。一旦實現了信息網絡與控制網絡之間的互聯,就相當于將控制網絡直接暴露給外網而面臨被攻擊的可能。pSafetyLink是種專為工業網絡應用設計的防護設施,用于解決工業SCADA控制網絡如何安全接入信息網絡(外網)的問題。它與防火墻等網絡安全設備本質不同的地方是它阻斷網絡的直接連接,只完成特定工業應用數據的交換。由于沒有了網絡的連接,攻擊就沒有了載體,如同網絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術,無論防火墻、UTM等防護系統都不能保證攻擊的一定阻斷,入侵檢測等監控系統也不能保證入侵行為完全捕獲,所以最安全的方式就是物理的分開。

                        力控風電場綜合管理信息化平臺采用完全的分布式架構體系,各種應用服務器與數據服務器相對獨立運行,這種完全分布式的架構,極大的提升了系統運行的穩定可靠性。下面針對典型的決策分析服務器和報警服務器加以介紹。

                        決策分析服務器

                        決策分析服務器是管控一體化信息平臺的重要組成部分,此次在方案設計中將決策分析服務器單獨設置,可以更為直觀的反應集團各風電場的動態實時數據和歷史數據。通過力控科技軟件決策分析系統,可根據用戶需求集成多種運算統計功能,并且可插入曲線、棒圖、餅圖種多種數據展現形式。

                        SCADA數據、關口電量數據、升壓站數據、測風塔數據進行集成,并提供數據和應用整合,通過對動態數據的積累(維修數據、故障數據、備件采購供應等數據);積累企業特有的維修技術、經驗和知識。積累維修經驗并形成企業知識庫,供后續的人員培訓與學習,對風電場設備和生產運行數據按照年、月、日設備運行報表對比分析、故障分析、設備利用率分析,對標分析。

                        報警服務器

                        報警服務器主要用于系統報警服務及故障事件查詢追溯,當系統運行過程中出現設備故障、網絡故障、電力系統故障等情況時首先可通過聲光、語音、彈窗等方式第一時間通知工作人員。并且可通過短信、電話方式直接將故障信息發送給相關一線維修人員,并且結合GIS地理信息系統和視頻系統,在調度中心大屏幕上顯示出具體的報警區域地點,可通知現場人員第一時間了解事故現場情況,做出最及時的響應。

                        同時軟件在運行時自動記錄系統狀態變化、操作過程等重要事件,并且提供查詢追溯功能。一旦發生事故,可就此作為分析事故原因的依據,為實現事故追憶,提供堅實的基礎資料。


                        2.2 風場SCADA系統建設

                        各風場部署通訊服務器采集各風場SCADA系統各電氣參數,以及其他設備運行參數,輔助系統(如氣象系統)等的信息,上傳至調度中心服務器。

                        各風場站控級SCADA系統實現風場各電氣量,及風機設備運行參數的監控。SCADA 軟件通過標準協議直接與風機 PLC 進行通訊,兼容巴合曼、倍福、貝加萊、西門子等風電常用PLCSCADA軟件與風機的通訊變量滿足軟件功能,并根據甲方主控系統特點進行設計,包括變量的地址、數據類型、單位等。SCADA 軟件將從風機 PLC 讀取記錄文件并分類存儲在監控電腦上。

                        風場SCADA系統可采用冗余服務器,負責匯總風機,變電站等的數據,通過風電場SCADA系統可以了解設備的工藝控制,如變電站和風機的工藝流程,及主要生產數據。通過監管畫面,客戶和管理者還可以看到風電場的氣象狀況,如平均風速、氣溫,生產情況如總發電功率,設備情況如運行機組數量,備用機組數量,故障機組數量等。還可以深入監視每一個風輪的實時風速、發電功率、設備狀況(運行、備用、故障)等,以及變電升壓站的各項電氣數據,如母線電壓、電流、功率因數等。

                        生產監控系統和集團綜合信息化系統之間加裝網絡隔離裝置(俗稱網閘),隔離生產網絡和信息網絡。杜絕網絡風暴,網絡惡意程序等的危害,同時啟用交換機的訪問控制,防火墻等功能,為計算機的訪問設定相應的權限。


                        3 系統功能

                        3.1 生產數據實時采集

                        每個風電場的數據采集部分可以分為風機、電控、變電站、測風塔部分。遠程控制系統的主機通過通訊系網關將各類風電機的運行狀態,運行數據,報警代碼等內容采集并匯總到遠程控制系統中,通過遠程控制系統的軟件處理,將風電機運行狀態,運行數據,報警代碼等內容在同一個畫面顯示。

                        3.2 基于地理背景的監視圖

                        可以直觀地顯示風電公司下屬的所有風電場、各風場設備設施(如風機、測風塔、變電廠等)的地理分布示意圖,用戶可以在地理圖上直接顯示各風電場的主要運行數據,可以通過選擇特定風電場節點對該風電場的主要數據進行監控,并可以作為導航節點直接進入指定風電場進行更進一步的操作。

                         

                        3.3 數據存儲和查詢

                        風電運維中心軟件歷史數據庫采用獨特的壓縮技術和二次過濾技術,使進入到數據庫的數據經過了最有效的壓縮,極大地節省了硬盤空間。選擇變化保存并加上二次過濾條件,每秒1萬點數據存儲一年,僅需要6G的空間,即一只普通硬盤也可存貯五到十年的數據。同時實時數據庫pSpace采用獨特的查詢方式,可以很快捷的從數據庫中查詢歷史數據,方便用戶管理和分析。

                        3.4 控制功能

                        風電場綜合管理信息系統可以遠程監控現場,如值班人員在現場控制風電機的狀態。遠程控制系統根據預設的參數,將不同編號風電機的控制指令送到不同風電場中控室不同的主機上,再通過不同風電機系統的主機將控制信號送到所控制的風電機中。

                         

                         

                        3.5 決策與分析

                        可以搭建數據總結分析和輔助決策工具平臺,可以進行歷史趨勢分析,如年月、日各氣象趨勢和發電量曲線,設備質量和運行壽命,如單機生產和配套廠家、檢修后運行時間、設備可利用率等的統計。從而為與生產指標相關的各項計劃、采購、檢修等活動提供和費用控制提供統計依據。通過分析風速與風機發電量的關系,即風機實時功率曲線,判斷風機的能量轉化效率,探索影響風力發電效率的各項因素,如結冰、霧、雨水、溫度、風速、風向等環境因素的影響。

                         

                         

                         

                        3.6 報警與事件管理

                        支持傳統的聲光報警,語音文件報警,支持操作人員報警確認管理機制;

                        報警具有容易引起警覺的聲響輸出,具有語音提示功能;報警顯示可由操作員抑制或消除;對過程變量超限數值應給出警告、危險二級報警。

                         

                        3.7 風玫瑰圖組件

                        根據用戶輸入的開始時間和結束時間,統計這一時間段內的風速,頻率,功,風速立方的情況,并根據數據在刻度盤上畫扇形。反映某一地點,某一時間段內,風速、頻次、風速立方和功率情況的圖形顯示。

                         

                        3.8 風電設備管理

                        通過系統設備管理信息統計,顯示優化機組運行降低機組壽命損耗有助于減少設備更換費用、維持機組可靠性和發電產出。量化機組當前運行工況下的壽命損耗率。評估運行工況變化對設備壽命的影響。優化運行是降低延長設備壽命風險的最佳方法。監測溫度、壓力、負荷,并將實時信息轉換成蠕變、疲勞損傷系數。

                        用各種檢測、測量、監視、分析和判斷方法,結合設備的歷史和現狀,考慮環境的因素,對設備的運行狀態進行評估,判別其是否處于正常、異常和故障狀態,并對狀態進行顯示和記錄,對異常狀態作出報警,以便及時處理,為設備的故障分析提供數據和信息。

                         

                         

                        3.9 用戶權限管理

                        系統提供了完備的安全保護機制,以保證生產過程的安全可靠,力控的用戶管理具備多個級別,并可根據級別限制對重要工藝參數的修改,以有效避免生產過程中的誤操作;系統運行過程中,常會提出在遠程對整個系統的用戶進行管理的需求,并且要求可以隨時增加和刪除用戶,對此信息平臺軟件提供了遠程用戶登陸和管理功能。






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