风力发电机组监控系统设计应用

宋莉君，张 娜，杨阿满（陕西省电力设计院,西安 710054）

风力发电机组监控系统设计应用

宋莉君，张 娜，杨阿满
（陕西省电力设计院,西安 710054）

摘 要：本文论述了风力发电机组监控系统的配置和功能。

关键词：风力发电机组;监控系统;设计

近几年，在国家可再生能源法等相关政策的支持引导下，我国风电产业迅速发展，各风电场装机容量日益增加。有效地对风电场风力机状态进行监控，保证风电机组并网运行的电能质量，保证电网的稳定、安全和经济运行，使整个风力发电机组监控系统变得至关重要。

目前，风力发电机组监控分为就地控制和远端集中控制两种控制方式，实现风力发电机组的控制、保护、测量和信号采集以及与电网同期。远端集中控制由中控室运行人员通过风力发电机组计算机监控系统的人机接口，对风电场内所有风力发电机组进行集中、远方监视和控制。

1　风力发电机组监控系统监控范围

风力发电机组监控系统监控范围主要包括以下各项：（1）风力发电机组。包括风力发电机组叶轮转速、机舱振动、发电机转速、机组偏航情况、风速、环境温度、风力发电机组温度、功率、电流、电压、电气负载的连接、起动及停机过程、电网或负载丢失时的事故或故障、事故位置及事故机组数量等运行参数、安全保护信号、各设备的状态和异常运行信号以及设备的控制等；（2）箱式变电站。包括箱式变高压侧负荷开关、熔断器以及低压侧断路器等元件的运行参数、保护动作信号、各设备的状态信号和异常运行信号以及设备的投退控制等。

2　风力发电机组监控系统构成

风力发电机组监控系统作为风电场监控系统子系统之一，一般由上位监控工作站（包括工控PC机和服务器）、下位机系统、通讯网络组成。（1）上位监控工作站。上位监控工作站是指布置在风电场中控室的工控PC机和服务器。一台上位监控工作站可同时接收、处理多台从下位机传过来的风电机组状态数据，经上位监控工作站分析处理后，以图文、报表等形式实时显示到人机界面，供工作人员查看，并且及时保存到数据库中，作为历史记录文件，供以后查询使用；（2）下位机系统。下位机系统指风机的现场监控系统，可独立于上位监控工作站在各种异常工况下单独处理风电机组故障，保证风电机组安全稳定运行的能力。每台风电机组的下位机系统均可与上位机进行实时数据交换，使上位监控工作站能随时了解下位机的运行状态并对其进行管理和控制。下位机系统具有与上位机通讯联系的专用通讯接口。

下位机系统由下位机、现场单元、通讯网络组成。

下位机控制系统结构示意图见图1。

3　风力发电机组监控系统功能

风力发电机组监控系统应能实现风电机组正常的启动、停机、故障报警停机控制；运行状态的监测及各分系统正常运行控制；紧急状态下机组安全控制等。（1）风电场监控系统上位监控工作站功能。风电场监控系统上位监控工作站主要实现读取并显示每台风电机组的瞬时运行和运行统计数据；发送远程控制命令如启机、停机，左/右偏航，复位等；远程查看并修改风电机组运行设置参数；自动生成风电机组的日运行报表、月运行报表、年运行报表；与风电场下位机系统的通讯；（2）风电场下位机系统功能。下位机系统应按照风机控制的工艺要求，实现风机运行过程中的各种数据的实时检测、风机系统保护、通讯等功能，保证每台风机的安全运行。

4　风力发电机组监控系统技术要求

（1）站控层设备。风力发电机组监控系统站控层设备为上位监控工作站，包括工控PC机和服务器，其中风力发电机组监控系统服务器与风电场监控系统合用，不单独配置。工控PC机选用性能优秀的主流工控机，采用中文Unix或Linux操作系统。操作员站应能实现事件记录及报警状态显示和查询，图形文件及报表显示，设备状态和参数的查询，操作控制命令的下达等。当配置两台互为热备用的操作员站时，当主机故障，备用机自动提升为主机、实现无扰动切换，不影响系统的实时性；（2）下位机。下位机采用DCS或可编程控制器（PLC），由风电机组厂家成套供货。由于大型风力发电机组下位机控制系统的输入输出点数在300点左右，在故障检测、自动复位及数据记录功能的应用时，使得数据计算量很大，因此下位机对同一时间、不同优先级事件的发生，应按照事件的重要程度执行不同的扫描周期；（3）安全保护系统功能。风电机组控制系统是风力发电机组重要核心部件，是风力发电机组安全运行的根本保证，所以为了提高风力发电机组的运行安全性，控制系统中必须具有安全保护功能，以提高风力发电机组控制系统的安全可靠性。安全保护系统功能由风电机组安全保护系统现场单元实现；（4）并网控制功能。风力发电机组监控系统应具备并网控制功能，完成风力发电机组与系统的并网。大型风力发电机组宜采用晶闸管软并网技术，由大功率晶闸管和有关控制驱动电路组成，通过不断监测机组的三相电流和发电机的运行状态，调节并网单元，以控制发电机的端电压，在电机转速接近同步转速时，旁路接触器动作，将主回路晶闸管断开，并网成功；（5）通信网络。下位机控制系统接入风电场监控系统光纤环网中。上位监控工控PC机直接从风电场监控系统站控层网络中采集风电场数据并下发控制指令等，完成风力发电机组的监控。

5　结语

风力发电机组监控系统可以实时监控机组的运行参数，对机组运行进行控制，并存储信息，还可以根据风速与风向的变化，提高机组的运行效率和发电量。

参考文献：

[1]杨文华.风电场监控系统现状和发展趋势综述[J].宁夏电力,2011(04):51-56.

[2]陈永祥.关于我国大型风力发电机组发展与现状的分析[C].第78场工程科技论坛暨第五届长三角科技论坛——能源安全与可持续发展论文集.2008:111-116.