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風電場SCADA及AGCAVC軟件簡介
發布時間： 2024-03-30 點擊次數： 3012次風電場SCADA及AGCAVC軟件簡介
一、項目概況
風場監控系統布置于風場監控室內，由風機監控系統、風電場功率管理系統（能量管理系統）、第三方接口系統組成。其主要包括風機監控、數據采集、數據存儲、數據查詢、數據呈現、Web發布、風機管理、風場調度、安全審計等功能。
二、項目部署 風電場SCADA軟件系統是風電場遠程控制系統的組成部分，風電場遠程控制系統由網絡通訊系統、風電場SCADA軟件系統組成。風電場遠程控制系統的網絡通訊、服務器、操作員站、操作系統等由甲方提供，乙方保證在甲方提供的通訊網絡、服務器系統上能正常運行乙方所供的SCADA軟件系統。甲方所供網絡通訊及服務器部署如下圖1。 
風電場網絡通訊采用光纜傳輸，風機與風機之間的網絡拓撲結構采用可自愈式以太環網結構，風場級拓撲結構為多環結構。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控中心之間的連接均為單模光纜。風場通訊網絡環內采用100M光纖以太網絡。核心交換機與風場監控系統服務器的接口采用1000M以太網。 硬件系統包括數采服務器2臺、數據服務器2臺、應用服務器2臺（應用服務器通常與數采服務器合二為一）、發布機1臺、I/O機1臺，操作員站1臺、若干安全隔離設備。其中，數據服務器存放歷史數據，具體實施過程中，甲方可根據風場規模進行服務器配置，小規模風場可將數采服務器、數據服務器、應用服務器合而為一，對于大規模風場可部署多臺數采服務器、數據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： 
關于該系統開發，軟件部署主要包括風機數采服務器程序、應用服務器程序、數據服務器程序、發布機程序、I/O機程序。 將該監控系統程序根據功能結構劃分為三層，采集層、服務層、前端網站，每部分均可根據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協議。 I/O機主要完成協議轉換及第三方接口通訊功能，主要通訊協議均部署在該服務器，在實際應用中，各技術協議是以應用的方式呈現的，可根據系統程序框架，自由添加協議，可對每個協議進程進行添加、關閉和配置。按照程序開發架構方式，各通訊協議均可部署至任何一臺服務器。 發布機包含了完整的網站服務、UI、網閘通訊、歷史數據記錄及查詢功能，將風機數據發布至公網，可遠程訪問查看該風場狀態。 根據軟件的三層結構，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、根據模塊信息組合出風機類型，配置風機相關的通信參數； 3、數據服務的部分，根據配置的風機相關信息，生成數采所需的配置信息：如鏈路配置，IO點表信息，創建風機通信的模塊； 4、風機配置完成后，數采的部分開始工作：各個通信模塊通過點表信息，采集風機的數據，并將數據寫入實時數據緩存； 5、實時數據rtdb緩存將數據進行整理，分發給不同的應用模塊 6、實時數據模塊：指令通道，用于單獨處理SCADA下發的指令，并將指令下發給數采來控制風機；apollo主要用于SCADA頁面的實時數據訂閱/發布；redis主要用于緩存實時數據，并緩存一些統計信息； 7、能量管理算法模塊：處理風場本地調度、電網調度、集控調度；并將調度的過程進行記錄； 8、歷史數據的部分是通過實時數據的接口進行周期或者變位存盤；并定期做數據調度，處理統計信息；并需根據主控上傳的報警信息，處理報警數據的存盤； 9、SCADA展示層數據源從兩個方面獲取：實時數據主要通過訂閱的方式從實時數據區獲取；歷史統計信息主要從歷史數據庫中獲取； 四、軟件功能介紹 1.系統實時報警:點擊頁面右上角鈴鐺，即可查看系統當前的實時報警信息。實時告警信息根據等級、內容分為：告警、故障和消息。每個告警信息包括：風機名稱，發生時間，恢復時間，報警代碼，內容，確認人、確認時間。 
2.風場概覽:可以通過矩陣型、環線型、列表型、地圖行四種模式查看整個風場的運行狀態。通過不同的顯示方式，可以總觀風場的全局風場狀態和全局風場運行參數。風場狀態包括：風機數量、發電臺數、啟動臺數、故障臺數、限功臺數；全局風場運行參數包括：當前風速、總有功功率、總無功功率、總發電量、電網AGC、電網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，展示內容包括：每臺風機的運行狀態，通信狀態，總發電量、有功功率和故障碼。 
2）環線型：環線型是根據風場組網方式，將同一環網內的風機組織到一個環線上顯示。單臺風機除顯示運行狀態，通信狀態，總發電量、有功功率和故障碼內容外，還另外增加了對該環線的統計數據。包括：環線內所有風機的總發電量、總有功功率、總無功功率和風機運行狀態的統計。 
3）列表型：列表型是以表格并配合查詢條件進行顯示，其顯示的內容包括：每臺風機：電網運行時間，人工停機時間，故障停機時間，發電時間，有效風小時數，總發電量，當前工作模式，無功設定狀態，限功運行狀態等。在列表狀態下，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。 
3.風機監視：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。根據風機的組成和監控內容，劃分為：通用狀態、變流器、電網數據、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的秒級數據追蹤。 
4.風機控制：可以進行整個風場、單個環線、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.歷史數據：可查看時間段內風機運行的狀態曲線 
6.報警記錄：可以查看風機、整個風場、系統的報警記錄 
7.快照記錄：可查看報警前后5分鐘的詳細運行數據 
8.日志管理：可查看系統日志、風機運行和控制日志 
9.報表管理：可進行自由統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 
12.系統設置：可進行賬號管理、角色管理、系統菜單設置 
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電機組進行有功功率、無功功率控制，實 現整個風電場的總有功功率、總無功功率快速跟隨電網或風電場調度目標值，達到自動調節上網功率的目的。同時，包括風電場限電損失統計、風電場理論功率、風電場可用功率，以及大風、小風、待風等機組狀態的推算功能，并且提供OPC 、Modbus TCP標準協議接口。 能量管理平臺提供通信接口(如:協議、地址)、通信速率、分辨率、展示數量等預設參 數的自定義配置功能，提供有功功率或無功功率控制模式、調節比例、閉環參考點、調度周期、速率限制等系統參數的動態配置功能。 
1）系統提供實時監控功能， 可在能量管理平臺主界面上顯示風場的實時運行數據， 能夠在主界面上顯示有功控制及無功控制的投退狀態，并可在主界面上進行有功控制及無功控制功能的投退。 2）可根據當前風電機組的運行情況和設定的接收調度情況，計算出風場有功功率 設定上限、 風場有功功率可調上限、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、禁止有功調節、禁止無功調節等狀態，在 機組詳細界面實時顯示機組工作模式、通信狀態風速、有功功率等運行參數的展示。 5）可對部分參數進行參數配置，如閉環參考點、閉環參考模式、控制死區、控制偏移量等常用參數。 6）可自動保存接收到的全場功率指令、下發的單機功率指令、風速、當前功率、風機狀態、調度狀態等數據，數據可導出。 7）可上傳給調度中心基本風機運行數據：風速、有功功率、風機狀態、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：根據接收到的電網有功功率設定值自動調節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：在接收電網調度時， 系統根據無功功率調節方式（接收總無功功率、接收單臺無功功率、接收功率因數）進行無功功率調節。 六、總結 風電跨平臺SCADA監控系統按照靈活的部署設計，可部署于Windows Sever 2016、Linux（CentOS 7）、Unix、中標麒麟國產操作系統，采用B/S網絡架構，支持Chrome、Safari、Firefox、IE11瀏覽器，支持時鐘同步等功能； 該系統滿足監控風機數量不低于300臺，且適用于不同機組混裝、不同組件混裝，可在一套監控軟件上實現不低于300機組的監控，但允許服務器軟件實現分布式布置，可配置多套單臺服務器，同時單臺可監控機組數量可達到100臺（單臺監控機組數量可根據具體項目進行數量調整），數據采集、顯示刷新頻率不高于1秒； 該系統模擬量數據存儲采用秒級及分鐘級存儲，其中，故障前后5分鐘內的秒級數據要求長期保存，其余秒級存儲數據要求在數據庫中保留3個月，以便數據分析使用；布爾量數據采用逢變則存的方式。秒級存儲數據查詢及報表根最小顆粒度為1秒，可根據不同時間步長查詢顯示模擬量數據；分鐘級存儲的數據查詢及報表最小顆粒度為1分鐘，可根據不同時間不長查詢顯示模擬量數據；布爾量獨立查詢，不與模擬量一起混合查詢； 該系統滿足為風功率預測、上級調度系統、業主自建監控中心、甲方數據中心、在線振動監測系統、視頻監控系統、自動消防系統、箱變監控系統、空氣密度儀、升壓站等第三方系統預留通訊數據接口，上傳風力發電機組相關信息并接收相關指令。