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風電場SCADA及AGCAVC軟件簡介
發(fā)布時間： 2024-03-30 點擊次數(shù)： 3275次風電場SCADA及AGCAVC軟件簡介
一、項目概況
風場監(jiān)控系統(tǒng)布置于風場監(jiān)控室內(nèi)，由風機監(jiān)控系統(tǒng)、風電場功率管理系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）、第三方接口系統(tǒng)組成。其主要包括風機監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、Web發(fā)布、風機管理、風場調(diào)度、安全審計等功能。
二、項目部署 風電場SCADA軟件系統(tǒng)是風電場遠程控制系統(tǒng)的組成部分，風電場遠程控制系統(tǒng)由網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)、風電場SCADA軟件系統(tǒng)組成。風電場遠程控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡通訊、服務器、操作員站、操作系統(tǒng)等由甲方提供，乙方保證在甲方提供的通訊網(wǎng)絡、服務器系統(tǒng)上能正常運行乙方所供的SCADA軟件系統(tǒng)。甲方所供網(wǎng)絡通訊及服務器部署如下圖1。 
風電場網(wǎng)絡通訊采用光纜傳輸，風機與風機之間的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用可自愈式以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，風場級拓撲結(jié)構(gòu)為多環(huán)結(jié)構(gòu)。風機機艙與塔基之間的連接光纜為多模光纜。風機與風機之間及風機與監(jiān)控中心之間的連接均為單模光纜。風場通訊網(wǎng)絡環(huán)內(nèi)采用100M光纖以太網(wǎng)絡。核心交換機與風場監(jiān)控系統(tǒng)服務器的接口采用1000M以太網(wǎng)。 硬件系統(tǒng)包括數(shù)采服務器2臺、數(shù)據(jù)服務器2臺、應用服務器2臺（應用服務器通常與數(shù)采服務器合二為一）、發(fā)布機1臺、I/O機1臺，操作員站1臺、若干安全隔離設備。其中，數(shù)據(jù)服務器存放歷史數(shù)據(jù)，具體實施過程中，甲方可根據(jù)風場規(guī)模進行服務器配置，小規(guī)模風場可將數(shù)采服務器、數(shù)據(jù)服務器、應用服務器合而為一，對于大規(guī)模風場可部署多臺數(shù)采服務器、數(shù)據(jù)服務器及應用服務器，軟件采用模塊化設計，可部署于同一臺服務器也可分別部署。 三、軟件設計說明 將軟件分為三層，其組成和框架如下圖2： 
關于該系統(tǒng)開發(fā)，軟件部署主要包括風機數(shù)采服務器程序、應用服務器程序、數(shù)據(jù)服務器程序、發(fā)布機程序、I/O機程序。 將該監(jiān)控系統(tǒng)程序根據(jù)功能結(jié)構(gòu)劃分為三層，采集層、服務層、前端網(wǎng)站，每部分均可根據(jù)服務器分布情況獨立安裝部署，程序之間均采用標準UDP或TCP協(xié)議。 I/O機主要完成協(xié)議轉(zhuǎn)換及第三方接口通訊功能，主要通訊協(xié)議均部署在該服務器，在實際應用中，各技術(shù)協(xié)議是以應用的方式呈現(xiàn)的，可根據(jù)系統(tǒng)程序框架，自由添加協(xié)議，可對每個協(xié)議進程進行添加、關閉和配置。按照程序開發(fā)架構(gòu)方式，各通訊協(xié)議均可部署至任何一臺服務器。 發(fā)布機包含了完整的網(wǎng)站服務、UI、網(wǎng)閘通訊、歷史數(shù)據(jù)記錄及查詢功能，將風機數(shù)據(jù)發(fā)布至公網(wǎng)，可遠程訪問查看該風場狀態(tài)。 根據(jù)軟件的三層結(jié)構(gòu)，軟件的設計框架如圖3所示： 
1、SCADA展示層，首先需通過“檔案管理"模塊，錄入風機模塊信息，并導入模塊點表； 2、根據(jù)模塊信息組合出風機類型，配置風機相關的通信參數(shù)； 3、數(shù)據(jù)服務的部分，根據(jù)配置的風機相關信息，生成數(shù)采所需的配置信息：如鏈路配置，IO點表信息，創(chuàng)建風機通信的模塊； 4、風機配置完成后，數(shù)采的部分開始工作：各個通信模塊通過點表信息，采集風機的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入實時數(shù)據(jù)緩存； 5、實時數(shù)據(jù)rtdb緩存將數(shù)據(jù)進行整理，分發(fā)給不同的應用模塊 6、實時數(shù)據(jù)模塊：指令通道，用于單獨處理SCADA下發(fā)的指令，并將指令下發(fā)給數(shù)采來控制風機；apollo主要用于SCADA頁面的實時數(shù)據(jù)訂閱/發(fā)布；redis主要用于緩存實時數(shù)據(jù)，并緩存一些統(tǒng)計信息； 7、能量管理算法模塊：處理風場本地調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度、集控調(diào)度；并將調(diào)度的過程進行記錄； 8、歷史數(shù)據(jù)的部分是通過實時數(shù)據(jù)的接口進行周期或者變位存盤；并定期做數(shù)據(jù)調(diào)度，處理統(tǒng)計信息；并需根據(jù)主控上傳的報警信息，處理報警數(shù)據(jù)的存盤； 9、SCADA展示層數(shù)據(jù)源從兩個方面獲取：實時數(shù)據(jù)主要通過訂閱的方式從實時數(shù)據(jù)區(qū)獲取；歷史統(tǒng)計信息主要從歷史數(shù)據(jù)庫中獲取； 四、軟件功能介紹 1.系統(tǒng)實時報警:點擊頁面右上角鈴鐺，即可查看系統(tǒng)當前的實時報警信息。實時告警信息根據(jù)等級、內(nèi)容分為：告警、故障和消息。每個告警信息包括：風機名稱，發(fā)生時間，恢復時間，報警代碼，內(nèi)容，確認人、確認時間。 
2.風場概覽:可以通過矩陣型、環(huán)線型、列表型、地圖行四種模式查看整個風場的運行狀態(tài)。通過不同的顯示方式，可以總觀風場的全局風場狀態(tài)和全局風場運行參數(shù)。風場狀態(tài)包括：風機數(shù)量、發(fā)電臺數(shù)、啟動臺數(shù)、故障臺數(shù)、限功臺數(shù)；全局風場運行參數(shù)包括：當前風速、總有功功率、總無功功率、總發(fā)電量、電網(wǎng)AGC、電網(wǎng)AVC、風場AGC、風場AVC等 1）矩陣型：矩陣型將整個風場風機按編號進行展示，展示內(nèi)容包括：每臺風機的運行狀態(tài)，通信狀態(tài)，總發(fā)電量、有功功率和故障碼。 
2）環(huán)線型：環(huán)線型是根據(jù)風場組網(wǎng)方式，將同一環(huán)網(wǎng)內(nèi)的風機組織到一個環(huán)線上顯示。單臺風機除顯示運行狀態(tài)，通信狀態(tài)，總發(fā)電量、有功功率和故障碼內(nèi)容外，還另外增加了對該環(huán)線的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。包括：環(huán)線內(nèi)所有風機的總發(fā)電量、總有功功率、總無功功率和風機運行狀態(tài)的統(tǒng)計。 
3）列表型：列表型是以表格并配合查詢條件進行顯示，其顯示的內(nèi)容包括：每臺風機：電網(wǎng)運行時間，人工停機時間，故障停機時間，發(fā)電時間，有效風小時數(shù)，總發(fā)電量，當前工作模式，無功設定狀態(tài)，限功運行狀態(tài)等。在列表狀態(tài)下，可以更細致的比較多臺風機的運行情況。 
4）地圖型：以地圖的方式標定每個風機和風場的地理位置信息，可以從全局上觀察每個風場和風機的運行狀態(tài)和分布情況。在地圖模式下，支持放大、縮小、設備名稱標定和快速篩選等操作，也可以通過單擊地圖上的某臺風機圖標，查看該風機的詳細運行參數(shù)。 
3.風機監(jiān)視：可以查看單個風機運行的詳細信息和對風機進行遠程控制操作。根據(jù)風機的組成和監(jiān)控內(nèi)容，劃分為：通用狀態(tài)、變流器、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、機艙、偏航等分組顯示。遠程控制包括：啟動、停機、復位、有功設置、無功設置、功率因數(shù)設置、時鐘同步等。在此功下，還提供了包括：該風機的實時告警信息和重要參數(shù)的秒級數(shù)據(jù)追蹤。 
4.風機控制：可以進行整個風場、單個環(huán)線、單個風機、多個風機集中模式的控制操作。其中，控制指令的下發(fā)支持雙重密碼驗證，避免誤觸和保證控制指令的合法操作。也支持批量操作，包括：加鎖、解鎖、復位、啟動、停機 
5.歷史數(shù)據(jù)：可查看時間段內(nèi)風機運行的狀態(tài)曲線 
6.報警記錄：可以查看風機、整個風場、系統(tǒng)的報警記錄 
7.快照記錄：可查看報警前后5分鐘的詳細運行數(shù)據(jù) 
8.日志管理：可查看系統(tǒng)日志、風機運行和控制日志 
9.報表管理：可進行自由統(tǒng)計查詢和報表導出查詢 
10.檔案管理：整個風場的初始化配置，包括風場信息、組建信息、風機類型信息、環(huán)線配置信息、風機配置信息； 
11.工程管理：可以查看風機的通信狀態(tài) 
12.系統(tǒng)設置：可進行賬號管理、角色管理、系統(tǒng)菜單設置 
五、風電場能量管理
風電場能量管理是對風電場中的風力發(fā)電機組進行有功功率、無功功率控制，實 現(xiàn)整個風電場的總有功功率、總無功功率快速跟隨電網(wǎng)或風電場調(diào)度目標值，達到自動調(diào)節(jié)上網(wǎng)功率的目的。同時，包括風電場限電損失統(tǒng)計、風電場理論功率、風電場可用功率，以及大風、小風、待風等機組狀態(tài)的推算功能，并且提供OPC 、Modbus TCP標準協(xié)議接口。 能量管理平臺提供通信接口(如:協(xié)議、地址)、通信速率、分辨率、展示數(shù)量等預設參 數(shù)的自定義配置功能，提供有功功率或無功功率控制模式、調(diào)節(jié)比例、閉環(huán)參考點、調(diào)度周期、速率限制等系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)配置功能。 
1）系統(tǒng)提供實時監(jiān)控功能， 可在能量管理平臺主界面上顯示風場的實時運行數(shù)據(jù)， 能夠在主界面上顯示有功控制及無功控制的投退狀態(tài)，并可在主界面上進行有功控制及無功控制功能的投退。 2）可根據(jù)當前風電機組的運行情況和設定的接收調(diào)度情況，計算出風場有功功率 設定上限、 風場有功功率可調(diào)上限、風場無功功率設定上限/下限值、總有功功率/無功功率設定值等。 3）可實現(xiàn)風電場功率變化率的設置，對風場無功控制上下限進行設置。 4）可對單臺或多臺機組設置為樣板機、禁止有功調(diào)節(jié)、禁止無功調(diào)節(jié)等狀態(tài)，在 機組詳細界面實時顯示機組工作模式、通信狀態(tài)風速、有功功率等運行參數(shù)的展示。 5）可對部分參數(shù)進行參數(shù)配置，如閉環(huán)參考點、閉環(huán)參考模式、控制死區(qū)、控制偏移量等常用參數(shù)。 6）可自動保存接收到的全場功率指令、下發(fā)的單機功率指令、風速、當前功率、風機狀態(tài)、調(diào)度狀態(tài)等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可導出。 7）可上傳給調(diào)度中心基本風機運行數(shù)據(jù)：風速、有功功率、風機狀態(tài)、無功功率、全場理論功率、全場可用功率等。 8）有功功率自動控制：根據(jù)接收到的電網(wǎng)有功功率設定值自動調(diào)節(jié)風電場機組的有功輸出， 使有功功率控制在限定值，控制誤差小于 3%。 9）無功功率自動控制：在接收電網(wǎng)調(diào)度時， 系統(tǒng)根據(jù)無功功率調(diào)節(jié)方式（接收總無功功率、接收單臺無功功率、接收功率因數(shù)）進行無功功率調(diào)節(jié)。 六、總結(jié) 風電跨平臺SCADA監(jiān)控系統(tǒng)按照靈活的部署設計，可部署于Windows Sever 2016、Linux（CentOS 7）、Unix、中標麒麟國產(chǎn)操作系統(tǒng)，采用B/S網(wǎng)絡架構(gòu)，支持Chrome、Safari、Firefox、IE11瀏覽器，支持時鐘同步等功能； 該系統(tǒng)滿足監(jiān)控風機數(shù)量不低于300臺，且適用于不同機組混裝、不同組件混裝，可在一套監(jiān)控軟件上實現(xiàn)不低于300機組的監(jiān)控，但允許服務器軟件實現(xiàn)分布式布置，可配置多套單臺服務器，同時單臺可監(jiān)控機組數(shù)量可達到100臺（單臺監(jiān)控機組數(shù)量可根據(jù)具體項目進行數(shù)量調(diào)整），數(shù)據(jù)采集、顯示刷新頻率不高于1秒； 該系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)存儲采用秒級及分鐘級存儲，其中，故障前后5分鐘內(nèi)的秒級數(shù)據(jù)要求長期保存，其余秒級存儲數(shù)據(jù)要求在數(shù)據(jù)庫中保留3個月，以便數(shù)據(jù)分析使用；布爾量數(shù)據(jù)采用逢變則存的方式。秒級存儲數(shù)據(jù)查詢及報表根最小顆粒度為1秒，可根據(jù)不同時間步長查詢顯示模擬量數(shù)據(jù)；分鐘級存儲的數(shù)據(jù)查詢及報表最小顆粒度為1分鐘，可根據(jù)不同時間不長查詢顯示模擬量數(shù)據(jù)；布爾量獨立查詢，不與模擬量一起混合查詢； 該系統(tǒng)滿足為風功率預測、上級調(diào)度系統(tǒng)、業(yè)主自建監(jiān)控中心、甲方數(shù)據(jù)中心、在線振動監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動消防系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)、空氣密度儀、升壓站等第三方系統(tǒng)預留通訊數(shù)據(jù)接口，上傳風力發(fā)電機組相關信息并接收相關指令。
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