1 項目概述

伴隨我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的依賴程度越來越高，同時電力生產(chǎn)也越來越受到資源和環(huán)境的制約。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高電能使用效率已成為我國能源戰(zhàn)略的一項重要內(nèi)容。由于我國資源的嚴峻形勢，發(fā)展可持續(xù)資源是長久之計，風能是一種有巨大發(fā)展?jié)摿Φ臒o污染可再生能源。發(fā)展可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影響，但也受自然條件的影響，如需要有水力、風力、太陽能資源，而且最主要的是投資和維護費用高、效率低，所以發(fā)出的電成本高?，F(xiàn)在許多國家都在積極尋找提高利用可再生能源效率的方法，相信隨著地球資源的短缺，可再生能源將發(fā)揮越來越大的作用。

為了加強對各個風電場的管理，使風電集團能夠直觀、動態(tài)、綜合地 掌握下屬各風電場生產(chǎn)一線的情況，杜絕風電機組運行和生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)的錯報、遲報、漏報，同時便于進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析以及提供技術(shù)支持，力控科技為許繼許昌風電科技有限公司在總部建設(shè)一套風電場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、儲存、分析、展現(xiàn)系統(tǒng)，以便風電集團能及時獲取風電場生產(chǎn)及風電機組運行狀態(tài)的信息，為集中監(jiān)測、故障分析、技術(shù)支持、經(jīng)營決策等提供及時、準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)整體拓撲結(jié)構(gòu)介紹

2.1 集團調(diào)度中心系統(tǒng)建設(shè)

2.1.1 調(diào)度中心系統(tǒng)平臺

調(diào)度中心信息化平臺由實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、報警服務(wù)器、GIS地理信息系統(tǒng)服務(wù)器、WEB服務(wù)器以及各種輔助系統(tǒng)組成。

1) 實時服務(wù)器

實時數(shù)據(jù)服務(wù)器主要為系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)管理支撐，主要負責處理、存儲、管理電站采集傳送來的實時數(shù)據(jù)，并為網(wǎng)絡(luò)中的其它服務(wù)器和工作站提供實時數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)存放在實時數(shù)據(jù)庫中，實時數(shù)據(jù)服務(wù)器中運行通信管理軟件，完成與分布式光伏電站通信連接、協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)管理等任務(wù)。

實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件平臺采取冗余架構(gòu)，兩臺服務(wù)器互為熱備，通過實時心跳檢測監(jiān)控服務(wù)器的運行狀態(tài)，一旦主機發(fā)生問題從機可在最短時間內(nèi)切換。

2) 歷史服務(wù)器

歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器主要完成歷史數(shù)據(jù)的存儲、管理，并為網(wǎng)絡(luò)中的其它服務(wù)器和工作站提供數(shù)據(jù)服務(wù)。能自動恢復(fù)通信中斷期間的數(shù)據(jù)。

歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器作為應(yīng)用統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)支撐，同樣配備力控科技pSpace Server軟件平臺。歷史數(shù)據(jù)庫庫通過磁盤陣列實現(xiàn)硬冗余。

3) WEB服務(wù)器

Web服務(wù)器是實時監(jiān)控系統(tǒng)與管理應(yīng)用系統(tǒng)之間的銜接服務(wù)器。實時監(jiān)控系統(tǒng)將有關(guān)信息寫入Web服務(wù)器，并對其實時更新。Web服務(wù)器在管理信息網(wǎng)絡(luò)中以網(wǎng)站的形式出現(xiàn)，它既為管理系統(tǒng)提供生產(chǎn)信息，又避免了與生產(chǎn)實時監(jiān)控系統(tǒng)等無直接關(guān)系的計算機直接訪問實時監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。

4) 操作員工作站

操作員工作站是調(diào)度、操作人員與控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面（HMI），它在控制中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)中作為客戶機，操作員通過它可詳細了解電站的運行狀況并下達命令。

5) 工程師工作站

工程師工作站是系統(tǒng)工程師的操作平臺。工程師可通過它們對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫等進行維護和管理；同時還可以對系統(tǒng)進行二次開發(fā)，實現(xiàn)其所允許的功能。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

考慮到集團各個風場的地理分布情況，本系統(tǒng)采用VPN的網(wǎng)絡(luò)模式或者集團專用網(wǎng)絡(luò)，組建大型網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。虛擬私有網(wǎng)絡(luò)VPN(Virtual Private Network)出現(xiàn)于Internet盛行的今天,它使企業(yè)網(wǎng)絡(luò)幾乎可以無限延伸到地球的每個角落，從而以安全、低廉的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模式為包羅萬象的應(yīng)用服務(wù)提供了發(fā)展的舞臺。

當風場SCADA與調(diào)度中心出現(xiàn)通信故障時，為保證數(shù)據(jù)完整性，風場SCADA平臺加裝力控科技通信組件CommServer，該組件可實現(xiàn)斷線緩存功能。通信恢復(fù)后可將故障時段緩存的數(shù)據(jù)繼續(xù)上傳至調(diào)度中心信息平臺，從而避免了數(shù)據(jù)流失。

CommServer組件支持力控軟件以各種網(wǎng)絡(luò)方式互相通信，比如RS232/485/422、無線電臺、電話輪巡撥號、GSM、GPRS、CDMA、以太網(wǎng)等方式，實現(xiàn)與其他節(jié)點力控軟件的通信。該組件具有以下特性：

◎具備分組和地址概念，不同節(jié)點力控可相互尋址；

◎支持多個客戶端同時進行訪問該組件的服務(wù)器；

◎具備故障恢復(fù)功能，通信中斷時具備斷線緩存功能；

◎直接將離開區(qū)域數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行發(fā)送，提高系統(tǒng)效率；

◎第三方程序通過開放協(xié)議可以多種網(wǎng)絡(luò)方式直接訪問力控實時數(shù)據(jù)庫。

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，可用性，在中心系統(tǒng)的建設(shè)中構(gòu)建雙重網(wǎng)絡(luò)冗余提高底層通訊的穩(wěn)定性。同時考慮網(wǎng)絡(luò)安全性，配備工業(yè)隔離安全網(wǎng)關(guān)pSafetyLink，所有風場SCADA均通過安全隔離裝置進入到調(diào)度中心平臺。pSafetylink以標準協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，把數(shù)據(jù)送入中心冗余數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)時，如何保證過程控制網(wǎng)絡(luò)的安全就變成了一個嚴峻的問題。一旦實現(xiàn)了信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，就相當于將控制網(wǎng)絡(luò)直接暴露給外網(wǎng)而面臨被攻擊的可能。pSafetyLink是種專為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計的防護設(shè)施，用于解決工業(yè)SCADA控制網(wǎng)絡(luò)如何安全接入信息網(wǎng)絡(luò)（外網(wǎng)）的問題。它與防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備本質(zhì)不同的地方是它阻斷網(wǎng)絡(luò)的直接連接，只完成特定工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的交換。由于沒有了網(wǎng)絡(luò)的連接，攻擊就沒有了載體，如同網(wǎng)絡(luò)的“物理隔離”。由于目前的安全技術(shù)，無論防火墻、UTM等防護系統(tǒng)都不能保證攻擊的一定阻斷，入侵檢測等監(jiān)控系統(tǒng)也不能保證入侵行為完全捕獲，所以最安全的方式就是物理的分開。

力控風電場綜合管理信息化平臺采用完全的分布式架構(gòu)體系，各種應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器相對獨立運行，這種完全分布式的架構(gòu)，極大的提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性。下面針對典型的決策分析服務(wù)器和報警服務(wù)器加以介紹。

決策分析服務(wù)器

決策分析服務(wù)器是管控一體化信息平臺的重要組成部分，此次在方案設(shè)計中將決策分析服務(wù)器單獨設(shè)置，可以更為直觀的反應(yīng)集團各風電場的動態(tài)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。通過力控科技軟件決策分析系統(tǒng)，可根據(jù)用戶需求集成多種運算統(tǒng)計功能，并且可插入曲線、棒圖、餅圖種多種數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式。

對SCADA數(shù)據(jù)、關(guān)口電量數(shù)據(jù)、升壓站數(shù)據(jù)、測風塔數(shù)據(jù)進行集成，并提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用整合，通過對動態(tài)數(shù)據(jù)的積累（維修數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、備件采購供應(yīng)等數(shù)據(jù)）；積累企業(yè)特有的維修技術(shù)、經(jīng)驗和知識。積累維修經(jīng)驗并形成企業(yè)知識庫，供后續(xù)的人員培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，對風電場設(shè)備和生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)按照年、月、日設(shè)備運行報表對比分析、故障分析、設(shè)備利用率分析，對標分析。

報警服務(wù)器

報警服務(wù)器主要用于系統(tǒng)報警服務(wù)及故障事件查詢追溯，當系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)故障、電力系統(tǒng)故障等情況時首先可通過聲光、語音、彈窗等方式第一時間通知工作人員。并且可通過短信、電話方式直接將故障信息發(fā)送給相關(guān)一線維修人員，并且結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)，在調(diào)度中心大屏幕上顯示出具體的報警區(qū)域地點，可通知現(xiàn)場人員第一時間了解事故現(xiàn)場情況，做出最及時的響應(yīng)。

同時軟件在運行時自動記錄系統(tǒng)狀態(tài)變化、操作過程等重要事件，并且提供查詢追溯功能。一旦發(fā)生事故，可就此作為分析事故原因的依據(jù)，為實現(xiàn)事故追憶，提供堅實的基礎(chǔ)資料。

2.2 風場SCADA系統(tǒng)建設(shè)

3.2基于地理背景的監(jiān)視圖

可以直觀地顯示風電公司下屬的所有風電場、各風場設(shè)備設(shè)施（如風機、測風塔、變電廠等）的地理分布示意圖，用戶可以在地理圖上直接顯示各風電場的主要運行數(shù)據(jù)，可以通過選擇特定風電場節(jié)點對該風電場的主要數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，并可以作為導(dǎo)航節(jié)點直接進入指定風電場進行更進一步的操作。

3.3數(shù)據(jù)存儲和查詢

風電運維中心軟件歷史數(shù)據(jù)庫采用獨特的壓縮技術(shù)和二次過濾技術(shù)，使進入到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)經(jīng)過了最有效的壓縮，極大地節(jié)省了硬盤空間。選擇變化保存并加上二次過濾條件，每秒1萬點數(shù)據(jù)存儲一年，僅需要6G的空間，即一只普通硬盤也可存貯五到十年的數(shù)據(jù)。同時實時數(shù)據(jù)庫pSpace采用獨特的查詢方式，可以很快捷的從數(shù)據(jù)庫中查詢歷史數(shù)據(jù)，方便用戶管理和分析。

3.4控制功能

風電場綜合管理信息系統(tǒng)可以遠程監(jiān)控現(xiàn)場，如值班人員在現(xiàn)場控制風電機的狀態(tài)。遠程控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)，將不同編號風電機的控制指令送到不同風電場中控室不同的主機上，再通過不同風電機系統(tǒng)的主機將控制信號送到所控制的風電機中。

3.5決策與分析

可以搭建數(shù)據(jù)總結(jié)分析和輔助決策工具平臺，可以進行歷史趨勢分析，如年月、日各氣象趨勢和發(fā)電量曲線，設(shè)備質(zhì)量和運行壽命，如單機生產(chǎn)和配套廠家、檢修后運行時間、設(shè)備可利用率等的統(tǒng)計。從而為與生產(chǎn)指標相關(guān)的各項計劃、采購、檢修等活動提供和費用控制提供統(tǒng)計依據(jù)。通過分析風速與風機發(fā)電量的關(guān)系，即風機實時功率曲線，判斷風機的能量轉(zhuǎn)化效率，探索影響風力發(fā)電效率的各項因素，如結(jié)冰、霧、雨水、溫度、風速、風向等環(huán)境因素的影響。

3.6報警與事件管理

支持傳統(tǒng)的聲光報警，語音文件報警，支持操作人員報警確認管理機制；

報警具有容易引起警覺的聲響輸出，具有語音提示功能；報警顯示可由操作員抑制或消除；對過程變量超限數(shù)值應(yīng)給出警告、危險二級報警。

3.7風玫瑰圖組件

根據(jù)用戶輸入的開始時間和結(jié)束時間，統(tǒng)計這一時間段內(nèi)的風速，頻率，功，風速立方的情況，并根據(jù)數(shù)據(jù)在刻度盤上畫扇形。反映某一地點，某一時間段內(nèi)，風速、頻次、風速立方和功率情況的圖形顯示。

3.8風電設(shè)備管理

通過系統(tǒng)設(shè)備管理信息統(tǒng)計，顯示優(yōu)化機組運行降低機組壽命損耗有助于減少設(shè)備更換費用、維持機組可靠性和發(fā)電產(chǎn)出。量化機組當前運行工況下的壽命損耗率。評估運行工況變化對設(shè)備壽命的影響。優(yōu)化運行是降低延長設(shè)備壽命風險的最佳方法。監(jiān)測溫度、壓力、負荷，并將實時信息轉(zhuǎn)換成蠕變、疲勞損傷系數(shù)。

用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判斷方法，結(jié)合設(shè)備的歷史和現(xiàn)狀，考慮環(huán)境的因素，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行評估，判別其是否處于正常、異常和故障狀態(tài)，并對狀態(tài)進行顯示和記錄，對異常狀態(tài)作出報警，以便及時處理，為設(shè)備的故障分析提供數(shù)據(jù)和信息。

3.9用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)提供了完備的安全保護機制，以保證生產(chǎn)過程的安全可靠，力控的用戶管理具備多個級別，并可根據(jù)級別限制對重要工藝參數(shù)的修改，以有效避免生產(chǎn)過程中的誤操作；系統(tǒng)運行過程中，常會提出在遠程對整個系統(tǒng)的用戶進行管理的需求，并且要求可以隨時增加和刪除用戶，對此信息平臺軟件提供了遠程用戶登陸和管理功能。