风电场SCADA监控系统

风力发电版监控设定软件FCWP在风力发电中的应用关键词：力量控制风力版监视设定软件FCWP风力发电德国Beckhoff嵌入式PC风玫瑰图电力规约1、业界背景1.1、现状随着煤炭、石油等能源的枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用。 风力能源作为清洁的可再生能源受到世界各国的重视。 其丰富程度巨大，世界风力约为2.74X109MW，其中可利用的风力约为2X107MW，比地球上可开发利用的水力总量大10倍。 中国风能储量大，分布面广，仅陆地风能就达到2.53亿千瓦。 我国风力发电发展虽然落后，但在国家政策激励和支持下仍取得巨大进步，到2010年累计可达2000万千瓦。1.2、需求分析由于风力资源丰富的地区一般偏远且环境恶劣，风电厂风力发电机分布分散，监测参数多，对风力发电系统的控制产生不利影响。 为了有效利用风力发电，监控和数据采集(supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA )系统作为自动控制的核心具有信息完整等优点，能够提高效率、准确掌握系统运行状况、加快决策速度， 有利于系统故障状态的迅速诊断，对提高风电场运行的可靠性、安全性和经济效益具有不可替代的作用。作为国产监控设定软件的领导者，北京三维力控制技术一直关注风力发电行业的发展，结合国外着名厂家贝科菲的嵌入式PC控制器CX1020，总结了多年风力发电行业的应用经验，开发了风力发电专用版监控设定软件FCWP。2 .系统网络拓扑整个监测网络分为三个层面1 )现场监视部：配置在各风力发电机塔的控制盘内，各风力发电机的现场控制部能够监视该风力发电机的运转状态，收集产生的数据。2 )中央监视部：一般设置在风电场的控制室中。 员工可以随时根据屏幕切换控制和理解风电场相同型号风力发电机的运行和操作。3 )远程监视单元：是根据需要而安装在不同位置处的远程控制单元，并且当前通过诸如光纤或无线网络之类的通信方法来访问并控制中央控制室的主机。3 .德国BeckHoff嵌入式PC CX1020德国倍福高性能嵌入式PC CX1020采用英特尔赛扬m处理器，在超低核电压下工作，功耗低，热设计功率仅为7瓦。 设计非常紧凑，但不需要风扇。 将CF卡用作启动存储介质，因此无需在控制器内使用旋转介质，可增加系统整体的MTBF (平均无故障运转时间)。 精心的产品设计结构适合在恶劣的气候环境下正常运行，高速Ether CAT现场总线结合北京三维力控制课开发的风电专用协议，使整个控制系统具有高速控制技术和实时风场网络监控等基本特点。利用倍福嵌入式PC CX1020的强大功能和风力发电控制专用模块，实现了风力发电机各参数的收集和控制：电网参数、气象参数、机组状态参数、桨控制、发电机运行控制和管理(机舱)等。4 .力控风力发电设备SCADA监视软件FCWP力控风力发电设备SCADA监控软件FCWP具备风力发电行业专用的设备负荷专用曲线和监控组件，适合风力发电厂级监控和风力发电厂运输中心系统集成，采用核心数据库系统，实现全国相关各风力发电厂所有风力发电机、继电保护、风速、发电量、 实现对售电量等运行状况的远程监控和接收总结，使各部门能够及时了解风力发电机的运行状况和发电状况。运输中心采用实时数据库系统软件。 建立统一的大批量实时生产数据监控平台，整合不同设备厂家的监控系统，建立管理层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告功能、生产装置监控功能、过程指标评价功能和安全防范、生产监控和计量功能。 建立生产实时数据监测系统平台，通过风电场设备数据的收集与整理，为专业管理人员提供庞大的信息数据库，使数据分析更加容易，形成决策支持系统。 网络结构C/S通信效率高，容易扩展，投资少。 运输中心采用双网关通信，数据通道与用户互联网通道隔离，安全可靠。 数据传输采用VPN方案，安全可靠，性价比高，系统软件稳定可靠，可配置，易于维护和二次开发，应减少投资。5 .现场监测部现场监视部有下位数据收集处理系统德国Beckhoff嵌入式PC CX1020和上位监视设定软件输出控制风力发电设备SCADA监视软件FCWP。5.1、嵌入式beckhoff PC CX 1020控制实现主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，实现了自动启动、自动转向、自动调速、自动同时连接、自动解列、故障自动停止、自动电缆解卷、自动记录和监控等重要控制、保护功能。 对外三个主要接口系统是监控系统、叶片控制系统和逆变器系统(逆变器)，完成监控系统接口和风机实时数据和统计数据的交换，完成叶片控制系统接口和叶片控制，最大桨控制系统：结合主系统，控制叶片俯仰角，实现了最大风能捕获和定速运行，提高了风力发电机组运行的灵活性。 目前桨控制系统的叶片驱动有液压和电两种方式，电驱动方式采用交流电机和直流电机两种不同的方式。 采用什么样的方式主要取决于制造商多年形成的技术路线和传统。逆变器系统(逆变器)器与主控制系统接口，与发电机、电网连接，直接承担保证供电质量、提高电力要素、满足电网兼容性标准等重要作用。5.2、风力发电版SCADA的现场监视功能的实现1 .显示单元的瞬时发电功率、累积发电量、发电时间、风车和电机的转速和风速、风向等单元的运转数据，以风玫瑰图、曲线或曲线图形式进行视觉显示。电网参数包括电网三相电压、三相电流、电网频率、功率因数等。 电压故障检测：电网电压闪烁、过电压、低电压、电压降、相序故障、三相不对称等。气象参数：包括风速、风向、环境温度等。单元状态参数：包括风车转速、发电机转速、发电机线圈温度、发电机前后轴承温度、齿轮箱前后轴承温度、液压系统油温、液压、油位、机舱振动、电缆扭转、机舱温度等。2 .显示风力发电机的运行状态。 例如接通电源、停车、转向、手/自动控制及大/小发电机动作等。(1)主系统检测电网参数、气象参数、机组运行参数，满足条件时，启动偏航系统执行自动电缆解除、风控制，释放机组制动盘，调节桨距角度，风车自由旋转，进入待机状态。(2)外部气象系统监视的风速达到某一定值以上时，主控制系统启动变流器系统，开始转子励磁，直到发电机定子输出与电网相同频率、同相、同幅度的电力为止，接通出口断路器，实现同时发电。(3)风力单元的功率、转速的调节根据风力单元的特性，在单元以最佳芯片变速比运转时，鼓风机单元能够捕获最大的能量，理论上单元的转速能够以任意的转速运转，但是由于实际的单元转速的限制、系统功率的限制额定功率内的运行状态为变速运行区(最佳)和恒速运行区。3 .显示各单元运行过程中发生的故障。 显示故障时，显示故障的类型和发生时间，运行者及时处理和消除故障，保证风力发电机组的安全和持续运行。5.3、风力发电版SCADA现场监测系统的优点力控风电版监控设置软件FCWP总结了北京三维力控科技公司多年风电行业的应用经验，精心构建了符合国内风电行业应用的风电监控软件。1、全中文的操作界面，符合中国人的操作习惯。2 .对风电场场地风况特点及风力资源进行了分析与评价。力控风电版监控设定软件具有强大的绘图功能，通过简单的绘图制作风速频率曲线和风向频率玫瑰图，制作月平均风速变化和年平均风速日(024小时)变化曲线，根据各单元的输出功率曲线，结合年检修计划，制作年、月(季度)和日预报发电计划和次日风速和发电预报，电网管理部门1 )与风场测风塔同步的长期气象站风速年变化直方图2 )相关长期气象站从20年到30年连续风速的年度变化直方图3 )风电场观测所的年风速和风电密度的日变化图表4 )风电场观测所的年风速和风电密度的年变化图表5 )风电场观测所的年风速和风力频度分布的直方图6 )风电场观测站的年度风向玫瑰图7 )风电场观测所年风力玫瑰图8 )风电场观测站各月风向玫瑰图9 )风电场观测所各月风力玫瑰图10 )风电场观测所各月的风速和电力密度的日变化曲线通过直观的图表、曲线和实时数据为风电场建设与维护提供了有效依据。3 .高效、快速、稳定的数据收集处理能力力控制和Beckhoff控制器的通信方式如下所示OPC通信方式beckhoff twincat系统软件可以通过连接一个或多个PLC来提供OPC服务器。 力控制作为OPC客户机进行连接。 通信效率一般，不支持冗馀，适用于小型通信任务。调用动态库DLL进行通信Beckhoff的TwinCAT系统软件可以连接到一台或多台PLC，提供DLL用于外部系统调用。 力控制提供相应的驱动器。 通信效率好，支持冗馀，适合中型通信任务。成批装箱传送这是一个定制的驱动程序。 使用方法是在Beckhoff的控制器中编制程序，打包数据，通过以太网统一传输。 在力控制中执行并接收对应的驱动程序。 通信效率高，支持冗馀，适合大型通信任务。 例如，SCADA系统同时管理50台以上的控制器。 该方案解决了上述两个方案易发生的非常重要的问题：数据采集统计滞后，产量统计值小于实际值，在客户看来是严重的损失，不能接受。 新方案比传统方案获取的数据实时性强，数据偏差小。6 .中央监测中心6.1中央监测中心的职能概览在中央控制室，相互设置热实时数据库服务器，收集并保存所有现场数据，同时根据警报服务器和事件服务器的需要，作为操作站设置一定数量的客户端节点，为了构成和维护而设置工程站风电场中央监视中心设在风电场控制室。 工作人员能够根据画面的切换随时控制并理解风电场同一型号风力发电机的运行和操作。 风电场监视中心通过风电场光纤网络环路与定位控制室的系统通信。SCADA实时数据历史数据库服务器采用北京三维力控制自主开发的分布式实时数据库pSpace3.6，负责处理、存储和管理控制系统发送来的实时数据，同时与网络上的其他服务器实现工作站的连接SCADA实时历史数据库服务器是控制网络中的报警、趋势、报告等的数据服务器，也是本系统的数据处理中心，负责存储和处理整个系统的实时数据，向远程监视中心发送实时数据实时数据历史数据库服务器通过冗馀的通信网络从控制层收集实时数据，并且依据变化的存储或实时存储算法压缩、处理、和存储数据。 数据保存期为10年以上。 服务器能够自动地实现通信冗馀功能，即自动地切换到冗馀a网和b网。6.2实时数据库pSpace3.6无力控制技术特征企业级实时数据库pSpace的控制是一种高性能、高速、高吞吐量、可靠的跨网络开放式实时数据库系统，产品具有完整的分布式结构，可以任意创建应用模型C/S和B/支持s应用程序提供丰富的企业级信息系统客户端应用程序和工具大容量支持企业级应用程序，内部提供高数据压缩率，历史数据大容量存储，灵活扩展结构多平台的支持请选择Unix/Linux/Windows。 pSpace采用稳定高效的跨平台开发环境，从核心到周边、从基础到上层，整个系统在Windows、Unix和Linux环境中运行，在各个平台上的运行和使用完全相同，完全消除了操作系统限制带来的不便。支持32位/64位操作系统pSpace为32位/64位操作系统发布了pSpace的32位版本和pSpace的64位版本。 能够充分满足用户的应用需求。无与伦比的I/O事务处理能力pSpace性能非常高，生产信息处理和存储性能可达300，000点/秒。 回收过去生产信息的性能将达到200，000小时/秒。 另外，系统整体的运转负荷可以稳定在30%以下。高效的二次压缩技术pSpace采用高效的辅助压缩技术(主逻辑压缩、辅助物理压缩)，分析原始数据、删除冗馀信息、保留有效信息、有效节省存储空间、提高查询效率(数据压缩率高达40:1 )并快速恢复原始信息。基于ACE的网络通信协议由于pSpACE采用高级ace网络体系结构并设计了有效的应用协议，因此pSpACE能够有馀地应对所有网络环境。灵活实用的数据库变量层次结构多层次的数据库变量结构改变了以往的数据库变量的平面管理和有限层次的管理方式，使企业能够根据工厂的运营状况完全模型化数据库变量的管理。 保持对象与对象之间的关系。全面的数据类型支持pSpace可以收集和存储所有可能的数据类型，包括浮点类型、整数类型、布尔类型、字符串类型和任意类型。灵活的分布式系统体系结构pSpace分布式收集、分布式存储和分布式应用程序完全消除了用户对系统扩展和升级的不安。 此外，方差特征使系统维护更加方便灵活。广泛标准的开放性Base-API、COM-SDK、OPC Server、OlE D