风力发电场智能监控系统设计与实现

风电场SCADA系统设计探讨

摘要：在风电场中,为使风机安全、可靠、经济地运行，使得对各风力机状态进行监控变得至关重要。通过SCADA系统来建立一个各项监控、监测数据的信息共享、交换、传输平台，实现了风电场的前端数据采集、基础信息管理、地形图管理以及远程接入等功能,较好地满足了风电场的监控管理。

关键词：风电场；SCADA；数据采集；单片机

1 风电场SCADA系统的原理及总体方案

1.1风电场SCADA系统的工作原理

数据采集监测(SCADA)系统中，广泛使用的硬件控制器主要有：工控机（上位机）、单片机（下位机），可编程控制器(PLC)和DSP。SCADA系统下位机和上位机的两者之间通讯可采用RS-422,RS-485总线及普通平行布线的混合传输方式。单片机控制构成的数据采集系统具有稳定、实时、准确等特点。

1.2系统设计总体方案

风电场SCADA系统中需要监控的数据主要有风机状态（运行、停运、故障），风速、风向，发电机转速、叶轮转速，有功功率、无功功率、功率因数，温度，电流、电压，主变压器的电流、电压，视频监控等。方案图如下:

2 风电场SCADA系统的硬件模块设计

2.1硬件选型的基本原则

在风电场SCADA系统硬件选择遵循的原则就是结合实际，适应现场。要适合风电场的外部环境指标如温度、沙尘等。在适合了外部条件后还要要把成本投入降到最低。

2.2风电场各类硬件的选型

传感器（风速风向仪、电流传感器）：将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。传感器的功能主要是把需要监测的各参数和各点电量参数统一转变为0-5V的直流电压信号，便于数据采集板对各类信号进行统一采集处理。

2.3微处理器最小系统设计

风力发电建筑工程的监测系统设计与运行

近年来，风力发电作为一种清洁能源正逐渐受到广泛关注和应用。为了确保风力发电站的正常运行和安全性，建立一个可靠的监测系统是至关重要的。本文将探讨风力发电建筑工程监测系统的设计与运行。

一、监测系统的设计

1. 功能需求分析

风力发电建筑工程的监测系统应具备以下主要功能：

a) 风速和风向监测：为了确保风力发电机能够正常运行，需要实时监测风速和风向的变化。监测系统应能准确测量风速和风向，并将数据传输给控制中心。

b) 温度和湿度监测：温度和湿度对于风力发电机组的性能和寿命有重要影响。监测系统应能定期记录并传输温度和湿度数据，以确保风力发电机组的操作环境符合要求。

c) 压力监测：监测风力发电机组的气压变化，既可以用于预测天气状况，也可以协助判断机组的性能和损坏情况。

d) 扭矩和振动监测：这些监测参数可以帮助判断风力发电机组的运行状态，以及提前发现可能的故障。

e) 能量产出监测：监测系统应具备对电量产出的实时监测和记录功能，以便分析风力发电机组的性能和效率。

2. 系统硬件设计

风力发电建筑工程的监测系统需要选择合适的硬件设备来实现各项功能需求。常见的硬件包括风速风向监测仪、温湿度传感器、气压传感器、扭矩传感器、振动传感器和电能计量仪等。在选择硬件设备时，应考虑其精度、可靠性、抗干扰能力以及适应环境的能力。

3. 系统软件设计

监测系统的软件设计是实现各项功能的关键。软件应具备数据采集、数据处理、数据传输和数据展示等功能。数据采集部分需要实时读取各传感器的数据，并进行精准的记录和统计。数据处理部分需要将采集到的数据进行计算和分析，以便提供故障诊断和性能评估。数据传输部分包括将数据传输给控制中心以及生成报告和可视化图表等。数据展示部分可以通过图表、曲线图、报告和告警信息等方式展示监测结果。

4. 系统可靠性设计

为了确保监测系统的可靠性和稳定性，应采取一系列措施，如备用电源设备、传感器的校准和定期维护等。此外，还可以考虑引入自动化监控和远程控制功能，以实现更便捷和及时的系统管理。

风电场安全监测系统设计与实现

随着环境保护意识的不断提高，新能源得到越来越多的关注和发展。其中，风能作为一种绿色能源，不仅具有广泛的应用前景，还能为减轻环境污染，保护生态环境做出贡献。如今，风电场已经成为风能利用的重要载体。但是，在风电场的建设和运行过程中，需要考虑到各种安全因素，确保风电场能够稳定运行，同时保证环境安全。因此，风电场安全监测系统的设计与实现显得尤为重要。

一、需求分析

1、实时监测要求

为了确保风电场的安全运行，需要对风电场进行实时监测，发现问题及时解决，避免发生重大事故。因此，监测系统需要能够在风电场各区域进行实时监测，并能够及时预警、报警。

2、数据分析要求

监测系统不仅需要能够实时监测，还需要能够对数据进行分析，找出存在的问题并提出解决方案。数据分析可以通过数据采集、处理和分析等多种手段实现。

3、远程监控要求 风电场通常分布在较远的地区，运营管理人员不可能一直在现场监测。因此，监测系统需要能够实现远程监控，方便管理人员随时获取数据和操作监测系统。

二、设计方案

1、监测系统构成

风电场安全监测系统主要由监测设备、数据传输系统和数据分析处理系统三个部分组成。其中，监测设备需要能够对风电场各个组成部分进行实时监测，并能够及时预警、报警；数据传输系统需要保证数据能够实时传输，确保远程监控的实现；数据分析处理系统需要能够对监测数据进行分析处理，发现问题并提出解决方案。

2、监测设备选择

监测设备需要能够对风电场的安全监测进行全面覆盖，包括风机、变电站等多个组成部分。因此，需要选择多种类型的监测设备，如风机状态监测设备、变电站监测设备、电缆线路监测设备等。

3、数据传输系统选择

数据传输系统需要能够实现数据的高效传输，确保实时数据能够传输到数据分析处理系统中进行分析处理。采用无线传输技术，可以避免数据传输延迟和网络拥堵等问题。 4、数据分析处理系统设计

数据分析处理系统需要采用多种算法进行分析处理，以发现存在的问题并提出解决方案。如使用机器学习算法，能够对监测数据进行分类、识别和预测等分析处理。

第６期（总第１６３期）　２０１０年１２月　山　西　电　力　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＩ　ＥＣＴＲ１Ｃ　ＰＯＷＥＲ　ＮＯ．６（Ｓｅｔ．１６３）　Ｄｅｃ．２Ｏ１０　风电场智能化监控系统方案探讨　张峰　。，陈丽琳　（１．华北电力大学，北京　１０２２０６；　２．山西省电力勘测设计院。山西太原０３０００１；３．国核电力规划设计研究院，北京　１０００９４）　摘要：阐述了基于ＩＥＣ６１８５０标准的智能化监控系统是未来变电站和风电场升压站的发展趋势，　以及近年来智能化设备及网络技术的迅速发展，仔细分析了山西灵丘寒风岭风电场的特点，提出　了ＨＦＩ　风电场升压站采用智能化监控系统的几种方案，并且对几种方案的主要设计特点进行了　研究。　关键词：风电场；ＩＥＣ６１８５０；智能化；监控系统　中图分类号：ＴＭ６１４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０３２０（２０１０）０６—００２８—０３　Ｏ引言　１　山西灵丘寒风岭风电场概况　随着我国清洁能源发电规模的不断增大，风力　发电已占了相当比重。深入研究风电场并网技术，　完成大规模可再生能源发电运行控制、发电出力预　测、功率预测技术、电网接纳能力、对电网安全稳　定影响等关键技术已迫在眉睫，而最基础的信息来　自于风电场，建立智能化的监控系统将为风电的有　效并网及可靠运行，全面建成新能源综合监测系统　包括对风力发电相关数据的监测，实现发电出力预　测，及有功功率的实时控制，为新能源机组主要设　备工况和故障的在线监测提供坚实的基础。　目前，风电场规划容量一般在５０￣２５０　ＭＷ范围　内，升压站电气主接线大都比较简单，１１０　ｋＶ　（１（）Ｏ　Ｍｗ及以下规模）或２２０　ｋＶ（１５０　Ｍｗ及以　上规模）系统一般为１～２回出线，并且大多为一　回线变组出线而不设母线：针对风电场升压站这一　特点，通过对国网公司智能变电站已投运及正在建　设的示范工程情况的调研，以及目前智能化设备及　网络技术的发展，下面结合ＨＦＩ　风电场的设计，　对几种智能化监控系统方案进行分析研究。　收稿日期：２ＯｌＯ—Ｏ９一ｌ０，修回日期：２０１０－】０－１２　作者简介：张峰（１９７８一）．男，ｎＩ两太原人，２００１年毕业于华　北电力大学电力　Ｌ：程系。Ｊ　程师。注册电气工程师（发　输变电），长期从事发电厂电气＝二次线设计工作；　陈丽琳（１９５８），女，湖南长沙人，】９８１年毕业于太　原工业学院发电厂及电力系统专业，高级工程师。华北　电力技术院院级专家，ＬＩＩ西电力技术院专家。　・　２８　・　山西灵丘寒风岭（ＨＦＩ　）风电场规划建设１×　１００　ＭＶＡ主变，电压比为２３０±８×１．２５　／３７　ｋＶ；　２２０　ｋＶ规划为ｌ回线变组送出；３５　ｋＶ规划为单　母三分段接线方式，本期进线３回、１回站用变，　远期进线６回、１回站用变；无功补偿装置为　ＭＣＲ方式，用３回开关柜控制。　风电场２２０　ｋＶ采用常规开关设备，通过配置　智能终端进行智能化控制，互感器采用有源电子式　互感器；３５　ｋＶ采用户内开关柜，柜内互感器仍采　用常规互感器，主变套管和中性点侧电流互感器仍　采用常规互感器，但中性点电流互感器设置合并器　把常规模拟量转换成数字量。　２　ＨＦＬ风电场智能化监控方案　风电场智能化监控系统就是采用先进、可靠、　集成、低碳、环保的智能设备，以全场信息数字　化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要　求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量　和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自　动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高　级功能的风电场监控系统。　目前，智能化监控系统一般是使用常规一次设　备与符合ＩＥＣ　６１８５０标准的智能化设备结合，整站　网络建立在ＩＥＣ　６１８５０通信技术规范基础上，按分　层分布式来实现全站智能电气设备间的信息共享和　互操作性。