洮北风电场生产实时数据和安全TV监管系统
《清洁生产促进法》和《可再生能源法》的颁布,使风力发电面临大好的发展机遇.2005年12月5日中国目前一次性建成最大的5万KW洮北风力发电项目投入运行.随着洮北风电公司规模化经营,为了加强企业形象,做好对外宣传,克服原来进口风机监控系统的英文界面,以及各个系统(风机、变电站、气象站)相互独立等不利影响,树立华能良好的企业文化形象,保护保障安全生产,提高管理运行和安全防范水平,建立一套生产实时数据和安全TV大屏幕监管系统成为必须.这套系统通过采集实时生产信息和安全信息,对风电场设备运转情况有一个全面、直观实时的显示,达到降低成本,提高设备利用效率的目的.
    风力发电系统主要由风力发电机和升压变电站组成,风力发电机组是将风动能转换为机械能,再将机械能转换为电能输送到电网的机电一体化设备.升压变电站则把电能送入电网.
    根据风力发电系统设备组成,风电场集中控制室的监控系统一般为三个相互独立系统,气象站监控、风机监控和变电站监控.


系统功能目标
    构建统一的实时生产数据和安全TV监管平台,整合不同设备厂家的监控系统,在管理层建设统一的管理数据平台,实现以生产管理和安全管理为核心的自动报表功能、生产装置的监控功能、工艺指标的考核功能和安全防范、生产监督以及计量功能.建立生产实时数据监视系统平台,通过对风电场设备数据的采集和整理,为专业管理人员提供庞大的信息数据库,便于对数据进行分析,形成辅助决策系统.用统一的平台对风电场各种设备(风机和变电升压站)的生产过程数据进行采集、存储、管理和显示.从而实现企业管理层根据生产过程的实时信息快速生成管理决策,通过对过程数据和安全TV系统的集成,使生产过程信息资源能够连续、自动地与企业管理系统共享,达到统一监管的目的.系统的主要功能:实时数据采集与通讯传输、画面显示、实时曲线、历史曲线、实时报警、历史报警、各种统计报表,历史数据存储等.
    各风机和变电升压站的实时生产数据可以传递到演示画面中,为公司所举办与生产有关的会议及参观访问的领导、客户和同行提供从洮北风电场地理分布、装机容量、风电场实时气象状况和发电功率(有功功率和无功功率)、实时发电量总和、风电场日累计发电量等数据和相应的画面显示.风电厂集控室内配备一套63”大屏幕显示系统作为系统操作员站的显示终端,监视分析生产过程,系统操作员可通过大屏幕上高亮度、高分辨率的图象了解全厂的系统概貌,风电场设备的工艺控制,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.
    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.

解决方案
    目前,风电场生产实时数据监管辅助决策计算机系统技术成了先进管理的标志之一.在管理方式上,每个系统单元采用一个独立的管理控制,整个风电场的风机和升压变电站,以及气象站均由自主控制系统控制.建立一个高效的实时数据平台,把GAMESA、四方继保、安全TV监视等不同厂家的设备和系统,即把风机监控系统、变电站监控系统、气象站监控系统、安全TV监视等融合创新集合成一个系统,通过独立自主编辑不同的接口协议驱动程序,统一到一个高效的实时历史数据平台上,进行数据显示、存储、分析.实现辅助决策和实时监管,满足管理和运行要求.系统结构框图如图1.
    GAMESA风机监控系统提供了OPC(OLE for Process Control)协议,实现系统与系统之间平滑连接.OPC服务器是按目录树的方式来组织数据的.在OPC协议中,每一个数据项都有一个唯一的标识.OPC客户端可以对OPC服务器所提供的数据重新进行组织,以便于数据的输入和输出.
    四方继保提供的升压变电站监控系统是基于UNLIX操作系统的CS2000系统,通过广播协议发送数据.系统逻辑框图如如图2.


辅助决策支持层
    辅助决策支持层对综合管理信息系统的所有业务数据和管理数据进行多角度的分析和统计,为企业领导和管理人员提供管理手段和数据支持;该层由综合查询分析、报表管理功能模块构成,除提供用户标准格式的查询分析、报表,还提供用户定义格式、计算公式、统计图形分析等通用化功能,满足各级用户不同的业务数据需求.
    业务处理层
    业务处理层是综合管理信息系统的直接业务处理过程,建立管理体制和运行机制,强化监督管理;业务处
理层包括班报、日报、月报、年报、生产数据、成本核算等功能模块.
系统管理层
    系统管理层是信息系统良好运行的支撑模块,是系统正常运转的枢纽;主要完成用户管理、数据备份恢复、流程定义、数据接口、系统参数设置等功能.
    系统功能功能如下:
    ■ 用户权限管理:平台支持基于角色的用户权限管理,确保其只能进行权限范围内的操作.
    ■ 数据组态:单独或者批量组态数据点:创建、更新、删除、查询数据点以及相关属性.
    ■ 运行管理:设置系统参数和系统运行监视.
    ■ 备份与恢复:通过手工方式或者自动方式备份数据库系统配置信息和历史归档数据,并可从备份文件恢复数据.由于数据库软件费用十分高,数据分析和各种数据曲线等功能由于费用问题,此功能现在实施有些困难.
    ■ 审计功能:记录和追踪数据库配置信息与数据修改.

    ■ 日志功能:记录数据库系统运行中的操作信息、警告信息、错误信息等.
    ■ 提供具备图形化的应用开发界面,实现生产流程图动态再现、关键性能指标参数动态计算、趋势显示与分析工具.
    安全TV电视监控系统
    如图3.


图3:安全TV监视组成
■ 安全TV电视监控系统具有以下主要功能:
    ■ 实时图像监控,图象信号偏差报警,图象远传;
    ■ 具有数字硬盘录像及其回放功能和自维护功能;
    ■ 与现场的红外报警设备实现联动.支持基于TCP/IP的网络互连,与实时数据系统接口,保证操作员通过LCD操作能够实现闭路电视画面的切换和监视.

远程监视
    通过固定电话连接到监控中心,使得只要有电话的地方就可以监视到当前风电场的运行情况.通过固定电话进行通讯的网络结构图如图4.


图4:通过固定电话通讯的网络结构图


这种结构可为出差在外或不在办公区域的相关领导提供及时准确了解公司总体生产状况,为把一个风电场变成为总公司的一个生产车间成为可能.该系统的最终发展目标是在发电公司总部建立统一的监管中心,提供风电场生产实时数据采集和上传,为将来总公司掌握其众多风电场的生产实时状况和进行高端应用管理提供了高效、准确的平台.
    软件功能
    网络通讯、数据采集:通过底层数据库在现有技术基础上加入报表、趋势功能,提高响应速度与精度.自动生成生产管理报表,提高发电公司的管理效率.存储生产动态数据,进行统计分析比较,指导生产调度工作.
    数据同步显示,及时了解发电厂的运行和检修情况.
    可在线组合的积木式控制,为后续建设工程提供预留接口.
    运行状态监测,将各检测点信号通过通信端口送入,在上位机中进行相应运算,实现运行状态的自动监测.比照不同风机的运行参数,分析经济性能的差异的原因多个系统动态组合技术,由于采用计算机底层数据通讯,各个系统的数据的融合与共生,各个系统统一到一个平台上的,保证在动态显示的精度和系统的稳定性.
专家控制系统,形成各种曲线显示,如功率曲线显示.
    实现风电场所有设备,而不仅仅是风机,还有变电站、气象站设备信息的远方显示、故障诊断.
    实现厂区安全监视TV的一体化监视,安全TV信息存储.
    分析运行的关键参数,对相关设备的检修计划提供决策参考、准确计量发电公司的重要生产数据,如发电量、设备停运时间等,比照不同风机运行参数.分析经济性能差异原因.


结束语
    生产实时数据监管计算机系统国内外正处于起步阶段.该系统为国内第一家风力发电公司的生产实时监管系统.华能生产实时监管系统建成以后,具有变电站和风机的实时数据、实时性好、信息全、数据处理功能强大等特点.具有较好的历史数据存储功能,易于维护;报表系统功能强大,易于维护,该报表管理系统查询速度响应快,制表功能齐全.具有非常丰富的演示功能,报表、曲线、实时画面和报警查询均可方便浏览.成为华能管理电厂高效、准确、有力的管理工具.
作者介绍:
    杜雨,华能吉林洮北风力发电公司;李飞,中国华能集团公司安全监督与科技环保部;
    吴小洪、魏伏华、储成钢,北京华能新锐控制技术有限公司

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