新能源集控中心一体化平台关键技术的探究

万 宏

（国能长源恩施水电开发有限公司，湖北 恩施 445000）

0 引 言

在世界范围内能源问题日趋严重的背景下，我国正在大力发展低碳经济，并将风电、光伏等新能源发电产业列为中长期能源发展的主要战略性产业。但大部分新能源电站都位于偏远的山区和高海拔的地方，工作环境也十分恶劣，构建一个拥有远程新能源集中控制中心与综合监控平台的“现场无人、少人值守”的新型发电站，并对其进行统一的运行、维护、运营与后勤管理，从而达到减少工作人员数量、提高效率的目的。这是新能源开发的一个重要方向，也是最大限度发挥新能源开发效益的保证。本文以水电站监控系统研究的理论和实践为基础，着重对新能源集控数据传输、设备接入、特色监控应用等实际问题进行了研究，并对建立新能源集控中心综合平台的关键技术进行了分析。

1 新能源系统建设思路

为了实现对新能源厂站的远程集中监控，最关键的问题就是如何将水力发电计算机监测系统和新能源计算机监测系统相结合，从而实现对新能源发电站的远程集中控制。具体实施步骤为：首先，在新能源发电系统中，安全Ⅰ区与安全Ⅱ区共用调度数据网双通道A/B 网络，系统采用新能源厂站通信设备，完成有关数据的收集和处理；其次，根据水力发电集中控制中心的调度数据网架构，构建了新能源系统的通信链路，在已有同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）传送装置的基础上增设以太网接口板卡及光学模块[1,2]；再次，根据集中控制中心的实际情况，对新系统的接入方案进行了优化，并利用已有的平台，将新系统与已有的水力发电计算机监测系统相融合；最后，扩展集控制中心计算机监测系统和集控制中心数据平台之间的数据通信接口，使之能够和集控制中心的数据通信。

2 新能源集控中心一体化平台关键技术

针对水电、风电、太阳能等多个电站在运行过程中的实时监控与状态监控需求，本项目拟采用基于分布式总线的业务导向体系结构，实现对各类业务的统一化、通用化。在风电、光伏发电系统中，包含了大量的二次配电系统，因此需要由前端处理单元对其进行收集，并将其传送至新能源调度中心，以便降低维修工作的压力与成本，提升经济运行水平。一体化平台的技术架构如图l 所示。

图1 一体化平台的技术架构

2.1 实时库一体化建模

新能源电站的集控中心与风能、光伏等多种形式的新能源子站相连，其装置与收集模式各不相同。在新能源集中控制一体化综合防错系统中，提出了一种基于面向对象的模型，并对其进行抽象与封装。（1）公共信息模型（Common Information Model，CIM）是一种用来对电力系统中基本目标进行描述的综合性标准，它对电力系统中的一次设备及其拓扑状态进行了界定。例如，IEC 61400-25 标准在IEC61850 标准的基础上对风电场的监测与通信进行了定义，建立了新能源管理系统中的发电设备、升压站设备、防错系统3 个模块。（2）升压站装置的建模元素包括电压水平、时间间隔和开关刀闸，通过集成化建模，将防错模型中的防错目标与新能源发电装置、升压站等设备模型相关联。（3）在集控中心统一综合防误系统实时库模型中，每一个子站都有多个防误对象，按照其在发电设备模型、升压站设备模型之间的联系，可以将其定义为：风机、风机柜门、开关、刀闸、网门、地线等。每一个防错目标都有若干条防错规则，其中有风机检修规则、升压站装置拆装规则等。本工作单主要包含了用于机组大修的变序单和用于机组大修的顺序单2部分。计算机密钥包含了计算机密钥通信界面的组态资料，如串口，网络，蓝牙等；计算机键通信协定包括各种通信协定，其操作票中包括了多个操作步骤。

2.2 特色技术

为了降低集控中心运行人员监控和操作的难度，集成平台在高层应用中进行了一些实用功能的开发，这对提高管理能力、实现经济运行具有积极的作用。（1）风扇对标分析：实现全场预测分析、全场对标分析、单机对标分析、单机弃风电量分析以及单元功率对比等功能[3]。（2）群体控制功能：在风电场中，要求整片区域或某条集电线上的风机同时起停；在光伏发电系统中，要求将整个系统或部分平面单轴运动方向统一控制。为此，本系统在集成平台上设计了群控制功能，实现了一键多重命令的要求，并给操作者带来了方便。（3）移动监控功能：使用移动监控软件，可以查看集中监控中心的实时数据、实时报警等，还可以查看每个子站点的具体情况。（4）水风光互补优化调度计算：可以按照水电、热能等方式，自动或人工确定参与最优调配的新能源机组的范围，并将其作为一个虚拟电站加以处理。通过对风光预测结果的分析，结合集控中心的调度方案以及实际观测到的风能输出数据，对风能、水电机组进行自动发电控制（Automatic Generation Control，AGC）控制。

2.3 安全Ⅲ区应用功能

将人机交互界面转化成网页，再经由网络传送至网络伺服器。Web 包含但不局限于以下功能：（1）历史曲线的展示，可以根据用户的要求，将其重叠在一起；（2）报告检视；（3）报警信息查询，对数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系统中出现的各类报警信息进行查询；（4）使用了浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）结构，利用https 实现数据的传递，并支持各种类型的用户在浏览器中访问网络服务；（5）对数据库进行镜像处理，增加了系统的可靠性；（6）网页的内容可以进行配置，可以方便、直观地进行实时和历史的查询；（7）信息公布不需要维护，在改变了屏幕和自动系统的信息后，不需要对网络服务器和数据服务器进行更多的工作；（8）三权分离的原则，规定只有一个系统管理人员和一个审核人员，由运行人员根据不同的使用者设定相应的监控和操作权限，避免未经授权的使用者进入，以保证监控系统的安全和保密。

2.4 大批量数据的处理和智能化预警技术

针对大规模数据，本项目提出如下解决方法。（1）采用分布式Client/Server 体系结构，通过开放独立的存储空间，实现实时数据的高效存取；支持关系描述、快速存储及即时资料存取，并以位址标签与地址指针为基础，向用户提供一种高速本地访问接口、远方服务访问接口以及一个良好的人机接口。对实时库的访问可以采用提问方式和发布预订方式，还可以获得并保存一些时间序列的实时数据，达到满足生产管理需要的实时性[4]。（2）历史数据库支持Oracle、MysQL、MongoDB、达梦等商业数据库，并提供一个统一的、抽象的数据库界面，使得数据的添加、删除、修改、查找等对应用程序是透明的。大量的仿真数据存储，实现了每个月的自动建立，以及每天的自动划分，便于数据的存储、查询、删除。针对需要长期保存的、数据量大的、需要处理的问题，采用创建表空间、创建索引表的方法，将数据划分为不同的区域，从而提高了查询、存储的效率。本项目的研究成果将极大地提升新能源集控中心的历史数据存取效率，缓解其在短期内对海量数据的存储和处理压力。

此外，风电场和光伏电站等大规模的电力系统的运行还能给新能源调度中心带来大量的报警信息。该集成平台以大量的警报信息为基础，为其提供了智能警报技术，并对其进行了多个警报信息的过滤，以保证在面对大量的警报信息时，值班人员不会错过任何一个关键的警报信息，同时利用智能的分析报告对设备的运行情况进行更完整的认识。该智能报警后台分析技术的运用，可将开关量、模拟量、模式、等级进行量化，达到对各点的处理；实现对新事件、人为干预后事件、信号回复事件的区分，保证整个网络事件的状态是一致的，对已确定的事件，可以从界面中删除，也可以保留；通过对事件进行分级、分页的显示和处理，对重要事件进行优先处理和重点显示。在新能源发电站的预警信息显示中，因其运行状态的复杂性，使得关联参数之间的预警策略更为复杂。

3 一体化平台在新能源集控中的应用分析

针对目前新能源集中控制中存在的二次系统互不连通、控制难度大、维护难度大、智能决策不准确、重复投资少等问题，部分新能源发电企业通过上述关键技术研发了iP9000 一体化平台，并将其用于集中控制中心监控系统、信保主站系统、风能预测系统、电能系统、水光互补分析系统、视频监控系统等多个自动化系统与管理信息系统。目前，iP9000 集成平台已经在全国多家中、大型新能源集中控制中心得到了成功应用，并获得了较好的效果，如表1所示[5]。其中，对7座光伏电站和5座风电场进行了统一调度与管理，包括2 977 组光伏逆变器、449 台风力发电机以及它们的箱变、升压站等。本课题所涉及的控制装置数量多、分布广泛，对系统的实时数据进行单线程存取，可以达到每秒钟百万次的速率。

表1 一体化平台在国内新能源集控中心的应用效果

4 结 论

总之，随着新能源系统的集中控制能够实现远程监控，对于相似的企业管理而言，远程控制能够明显降低企业的运行成本，提升电站控制水平，持续优化新能源生产。与此同时，还可以建立一个相似的信息和数据交换平台，将其应用到对整个电站运行数据的管理中，并对这些数据展开合理的分析和研究，达到对电站进行远程集控、对管理系统进行优化的目的，从而使生产管理的效率得到极大的提升。新能源集控中心一体化平台拟以SOA 架构为基础，针对新能源集控中心存在的集控数据量大且分散、异构设备厂家多且差异大、新能源运行管理高级应用功能不足等问题，开展了大规模数据处理与智能预警、新能源特色技术等关键技术的研究。在关键技术方面，利用分布式Client/server 体系结构，通过优化的历史存库方案与智智能报警后台分析技术，实现了对海量数据的访问、分析警报。随着该平台的逐步完善，在很多国家重大新能源集中控制工程中均获得了较好的应用成果，并形成了一套合理、稳定、高效的新能源集中控制系统。