大规模风电场监控智能通信管理终端

第44卷第6期2010年6月电力电子技术POWERELECTRONICSVO144，NO6JUNE2010大规模风电场监控智能通信管理终端白永祥，房大中，侯佑华，贺旭伟1天津大学，天津300072；2冲国电力科学研究院，北京100192摘要介绍了内蒙古西部电网调度中心用于大规模风电场信息采集和监控的FR1智能通信管理终端的相关技术和功能。FR1基于OPC接13与风电场本地监控系统通信，完成风电数据采集任务，使用扩展IEC608705102规约通过调度数据网络或专线通道将风电场历史数据和实时数据上传到内蒙古西部电网调度中心。调度中心可以通过FR1向风电场下发功率控制和电压控制设点值，在线控制风电场有功功率和升压站母线电压关键词风电场；电网调度；控制；数据采集中图分类号TM614文献标识码A文章编号1000100X201006002603INTELLIGENTCOMMUNICATIONMANAGEMENTTERMINALFORLARGESCALEWINDFARMSMONITORINGANDCONTROLBAIYONGXIANG，FANGDAZHONG，HOUYOUHUA，HEXUWEI1TIANJINUNWERSITY，TIANJIN300072，CHINA；2CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE，BEIJING100192，CHINAABSTRACTTHETECHNOLOGYANDFUNCTIONOFFR1INTELLIGENTCOMMUNICATIONMANAGEMENTTERMINALAREINTRODUCED，WHICHISUSEDFORDATAACQUISITIONANDMONITORINGFORTHELARGESCALEWINDFARMSINTHEWESTERNPOWERGRIDDISPATCHINGCENTEROFINNERMONGOLIABASEDONTHEOPCINTERFACE，FR1COMMUNICATESWITHTHELOCALWINDFARMMONITORINGSYSTEMTOGETTHEWINDFARMDATA，WHICHINCLUDESREALTIMEDATAANDHISTORICALDATAUSINGTHEEXPANDEDIEC608705102PROTOCOL，THESEDAMSAREUPLOADTOPOWERGRIDDISPATCHCENTERTHROUGHTHEDISPATCHINGDATANETWORKORGREENCHANNE1BYFR1，THEMASTERSYSTEMINDISPATCHINGCENTERCANISSUESETPOINTVALUESOFWINDPOWERCONTROLANDVOLTAGECONTROLTOTHEWINDFARMMONITORINGANDCONTROLSYSTEMTOCONTROLTHEWINDFARMACTIVEPOWERANDBUSVOLTAGEOFSTEPUPSTATIONKEYWORDSWINDFARMS；POWERGRIDDISPATCHING；CONTROL；DATAACQUISITION1前言近几年随着大规模风电场不断接入内蒙古西部电网220KV网络风电场运行对电网的影响越来越大使电网实时运行调度和联络线交换功率控制难度越来越大。电网调度中心能否对大规模风电场进行实时监视和控制，直接关系到电网和风电场的安全稳定经济运行。获取风电场基础数据是实现对大规模风电场监视和控制的前提。负责采集风机信息的风电场本地监控系统独立运行，且不同风机生产厂家的风电场监控技术和通信规约一般都互不兼容，无法直接实现与风电场其他监控系统和电网调度中心SCADA系统的通信。目前，国内对风电问题的研究仍主要集中在风力发电可靠性、功率预测、安全并网等方面，对风电场中不同类型风电机组的统一监控与管理则缺乏有效研”。在此介绍了基于OPC接口规范的FR1风电场智能综合通信管理终端，可实现风电场风机监控系统与调度中心SCADA系统和其他控制系统的无缝连接和信息集成。从而可实现电网调度中心对大规模风电场的集中监控和管理。定稿日期20100510作者简介白永祥1964一，男，内蒙古呼和浩特人，高级工程师，研究方向为EMS能量管理系统运行管理等。262风电场监控信息集成技术常规风电场不同监控系统集成采用通信协议转换器来实现，但协议转换器接口具有专用性和复杂性导致通信协议转换器的设计和开发工作极其复杂。协议转换器的开发者难于应对众多风机厂家各种不同的接口规范工程应用开发周期较长给风力发电厂监控系统集成带来极大不便圆，也不利于不同系统厂家集成技术标准的统一。目前风电场本地监控系统通信主要有IEC6140025和用于过程控制的OPCOLEFORPROCESSCONTRO1两套规范。21IEC6140025M标准IEC6140025标准是面向风电厂监控系统通信的技术标准，共规划为6部分IEC61400251200612，风力发电厂监控通信原理和模型概述，包括整个标准的介绍和概貌IEC61400252200612，风力发电厂监控通信的信息模型，包括风电厂信息模型的建模方法和逻辑节点、公用数据类的介绍；IEC61400253200612，风力发电厂监控通信的信息交换模型，包括信息交换的功能模型和抽象通信服务接口的描述IEC6140025420088。风力发电厂监控通信中面向通信协议的映射，包括映射通信协议描述和映射方法介绍；IEC61400255200612风力发电厂监控通信的一致性测试IEC61400256，风力发电厂监控通信大规模风电场监控智能通信管理终端中用于状态监测的逻辑节点类和数据类。图1示出IEC6140025系列标准中各部分之间的关系。IEC6140025标准适用于风电厂的组件和外部监控系统之间的通信。风力发电厂组件的内部通信不在IEC6140025标准的适用范围内。一卢一服务器信息交换I映射至通信LI信息交换模规定LH录于1ECIJ61400254JI61400253监控0一一一1一一一L系统皇旦风力发电JL风力发电JE信息模块IL信息垡块用范规定于IECI规定于IEC目之外61400252L61400252图1IEC6140025通信模型IEC6140025标准仅定义了如何对信息、信息交换和映射到特定通信协议进行建模，但没有定义如何以及在何处应用通信接口、应用程序的接口以及实施需要的全部服务参数。目前大多数已投运风电场的风机厂商的监控系统均不支持IEC6140025标准，实现有相当难度，国内尚无实际应用的产品。22OPC标准OPC是为过程控制专门设计的OLE技术，现已被工控领域大多数厂商接受，并成为工控软件的技术标准0基于组件对象模型分布式组件对象模型COMDCOM的OPC技术，支持TCPIP网络协议，提供了一个统一的通讯标准。不同厂商只要遵循OPC技术标准即可实现软硬件的互操作性。OPC提出了一套统一的标准采用典型的客户服务器模式，针对硬件设备的驱动程序由硬件厂商或专门的公司完成，提供具有统一OPC接口标准的服务器程序。软件厂商只需按照OPC标准编写客户程序访问服务器程序，即可实现与硬件设备的通信。OPC由OPC服务器和OPC客户程序两大部分组成。OPC服务器收集现场设备的数据信息，然后通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用OPC客户端则通过标准的OPC接口接收数据信息。在实现过程中，用户可根据需要挑选相应的规范来使用。OPC客户程序调用OPC服务器提供的符合OPC规范的COM接口和对象实现数据的读写。目前OPC规范主要有数据访问规范DA、报警和事件规范AE、历史数据访问规范HDA等。绝大多数风机生产厂家的风机监控系统均支持通过OPC服务器接口访问风机数据。因此其他系统只要开发符合OPC规范的客户端程序，使用OPC服务器接口即可与使用不同通讯机制和通讯规约的风机监控系统通信，以获取风机监控信息，从而实现对大规模风电场的信息管理与监控23监控信息集成技术研究情况目前国内对基于IEC6140025标准的监控信息集成技术研究很少，且主要局限于对标准本身、建模软件设计思路或实现方法的探讨，离实际应用相差太远而OPC标准在工业自动化控制领域早已得到广泛应用。由于风电产业是近几年才在我国部分风资源丰富的地区得到大规模发展，国内有关通过大规模风电场风机数据采集以实现电网调度中心对风电场进行集中远方监控的研究还未见报道，研究主要局限于对风电场本地风机数据的采集和运行监控并未提出电网调度中心与大规模风电场通信和集中监控的实际可行的解决方案。3FR1智能通信管理终端由我国研制开发的FR1风电场智能通信管理终端基于OPCDA。XMLDA接口技术与风电场本地监控系统通信，实现风机信息采集，可实现对风机运行的监视和控制，同时也支持IEC6140025标准FR1与无功补偿装置的通信可采用MODBUS、部颁CDTIEC608705101IEC608705104规约，也实现了信息上传和监视控制。目前FR1智能通信管理终端设备通过一些风机监控厂商提供的OPC接口实现了对27个风电场1800多台风机信息的采集。在国电龙源巴音包头风电场与金风监控系统配合实现了风电场的自动发电控制AGC，目前该风电场AGC功能已能投入运行，其他风电场的接入工作正在进行中。31功能特点FR1终端是风机信息上传的专用设备，兼备远动RTU和通信网关的功能。FR1终端可同时与8个风机监控系统进行通信，支持OPCDAOPCXMLDA和IEC6140025标准，同时也支持MODBUSIEC608705101，IEC608705104规约；在与无功补偿装置通信时，支持MODBUS、部颁CDT，IEC608705101，IEC608705104规约支持与至少3个主站通信，除IEC608705101规约、IEC608705104规约和IEC608705102通信规约外，特别制定了风电场综合信息传输规约来满足信息上传、功率预测、监视控制、配置维护等应用要求，并应用于与内蒙中调主站的通信，取得了良好效果。FR1设备内有至少4GB存储空间，存储容量可根据扩充用于存储临时和暂存风电场历史数据文件。防止由于与主站通信故障导致历史数据缺失等。FR1终端可通过网络或拨号方式在远程对设备进行配置维护和程序更新，且具有终端运行工况事件记录功能。时钟对时功能支持主站对时和GPS对时。电源采用交直流冗余的双电源设计，保证供电的可靠性。通讯接口的配置为以太网接口为48个10MLOOM自适应网口，RS232接口有2个，内置拨号MODEM有12个，内置专线MODEM有12个27第44卷第6期2010年6月电力电子技术POWERELECTRONICSVO144NO6JUNE201032与风电场监控系统通信由于较大型风电场有上百台风机运行，实时采集的数据量相当大，遥测量可达数千个。为保证数据采集的实时性，FR1智能通信管理终端采用32位CPU为核心处理器，使用多线程的程序设计，与风电场风机监控系统连接采用多个独立的物理网口48个独立网口，实现并行采集。FR1可通过网络集线器HUB交换机或采用交叉网线直接网口相连的方式与风电场风机监控系统连接，通过监控机上的OPC服务器软件读取风机监控信息并写入调节指令。在风电厂监控系统种类多于两种时，应采用HUB交换机连接，否则采用交叉网线直接网口相连的方式如图2所示FRI智能通信管理终端客户端蚤星兰L一L串I直连L或交换机L甲II莹殛蔓蔓JIJ蔓JLL堡茎至L_疯蓝弪系LII_疯砺弪泵IIL监控机II监控机L图2连接方式FR1智能通信管理终端作为OPC客户端，通过内嵌客户端应用程序。在风机监控系统厂商开放OPC服务器接口前提下，基于OPCDA和XMLDA规范使用TCP仃P协议与不同生产厂家风电场风机监控系统OPC服务器通信，采集风电场监控信息。33与调度中心的通信FR1智能通信管理终端采用四线专线模拟通道或通过路由器使用电力调度数据网两种方式将风机监控信息上送给内蒙西部电网调度中心风电场监控系统并接收主站下发的自动发电控制AGC、自动电压控制AVC调节指令和气象预报信息以及风电场功率预测结果等。专线通道和电力调度数据网的网络通道互为备用，且后者为主通道。为满足正在开发建设的风电场功率预测系统对风机历史数据的需求，并兼顾风电场实时监控和智能通信管理终端系统远程配置维护升级的需要，FR1风电场智能通信管理终端与调度中心监控系统的通信。在参考IEC608705系列规约的基础上制定了风电场综合信息传输规约圈。该规约与GBT1865712002GBT1865752002定义的标准保持最大限度的兼容，也根据实际需求作了扩展和补充。34上行与下行信息调度中心监控系统与风电场监控系统信息交换包括上行与下行信息。监控数据流如图3所示。上行信息主要是风机运行信息、风机运行状态信息、风电场升压站高压侧母线电压和有功功率无功功率信息及无功补偿装置运行和状态信息，这些信息可根据实际需要进行增减，具备灵活配置的功能同时也可上传风电场发电计划。28内蒙古电网调度中心风电场监控系统制议真僵LL风机信息气雾数值趣攒信息LL无坜补谣信息风电场功率预报结果LL升压站量测信息LFR1智能通信管理系统I二二二二二一II匦可圃杰参考文献1段斌，邹吉昌，苏永新，等风电场监控软件集成服务模