黄浩，李海

（武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084）

在生态环境问题普遍引起全球关注的今天，风电已成为最具发展潜力且技术成熟的新能源行业。而海上风电场由于其不受地形地貌影响、土地资源占用小、风力风向较陆地风场稳定、空气密度高等优势[1]，在新建装机量上呈逐年上升趋势并已显著超过陆上风电。目前中国海上风电场根据风场的分布规律，通常选址于纬度较低且远离航道的近海海域附近，或者滩涂面积较大的海滩。前者通常采用环状布置，后者则一般沿海岸线采用链状布置。与环形布置相比，链状布置方案既能够充分利用海面风场资源，减少陆地资源的占用，又无需建设专用的海上维护工作平台，可明显降低建设投入。风电场调度指挥中心设置于陆地上，调度指挥中心通过远程供电健康监控系统对各风电机组的供电系统工状进行实时监测，在岸基可以全面地观测各风电机组的实时工作数据，并实现远程操控。武汉船用机械有限责任公司通过技术研究设计了一套WMDK48C型远程供电监控系统，能够有效提高工作效率，进一步提高电力系统的“安全、经济、可靠”运行水平。

自20世纪20年代起，电力在人类能源利用领域中已经超越煤炭与燃油份额，成为人类能源的首选，并由此推动了燃煤发电、水力发电、核能发电等多个发电领域的高速发展。至20世纪末，制约电力服务的瓶颈已不再是发电量不足，而是突发性故障导致的供电缺口。自20世纪90年代始，欧美发达国家开展对发电机的健康状态监测展开了系统性的研究，并且提出以状态分析和健康状态预警为基础进行故障前健康预警检修，以降低供电的计划外停电率。国外公布的统计数据表明：采用实时健康监测技术，能够有效延长设备的检修周期，通常情况下，发电机组的大修周期可从3～5年延长到6年以上[2]。

目前，维斯塔斯、通用、华锐、金风等风电机组的主流品牌均为自己的产品提供了相应配套的健康监测系统，但是这些配套产品在出厂前都预置了排他性设计功能，仅适用于该品牌的相应型号设备，通用性较差。如果采取二次改造的方式使用又会影响质保期限和售后服务。目前针对这一现状，国内外也有供应商推出了具备一定通用性的第三方风电机组健康监测系统，如瑞思实验室（丹麦）的CleverFarm系统、赛风公司（美国）的Second-WIND-ADMS系统、卓越通讯（美国）的SCADA系统等产品[3]，但总体来看，可选择的产品种类较少且价格相对较高，因此自主研制开发风电机组的健康监测系统具有很大的意义。

2.1 供电健康监控系统结构

WMDK48C型远程供电健康监控系统由一个岸基调度指挥中心站、一个环网数据传输光端交换机站和多个分布式机组本地监控基站组成。风电机组共24台，沿海岸线采用双排链状布置，每个发电机组设置一台本地监控基站。指挥中心站、交换机站及各监控基站之间通讯手段均采用单模光缆进行以太网信号数据传输，环网数据传输光端交换机站采用环网结构串联24台机组本地监控基站，每个机组本地监控基站采用星形结构连接机组本地配置的高压、控制、安保、应急等7路配电线路的综合保护器，采用船用屏蔽双绞控制电缆实现本地RS485数据通讯。机组本地监控基站采用一台MT7000XLM海事船用不间断电源实现冗余供电，环网数据传输光端交换机站采用2台MT7000XLM海事船用不间断电源实现双冗余供电，从而进一步提升了系统的可靠性。

2.2 系统设备配置

根据某风电场的建设规划，WMDK48C型远程供电监控系统设备配置主要包括互为热备份的主机2台、WMDK48C监控运行软件1套、WMDK48C-H环网数据传输光端交换机站1个、WMJK16C机组本地监控基站24个、MT7000XLM海事船用不间断电源26台、配电综合保护器168个，如图1所示。

图1 WMDK48C型远程供电监控系统

2.3 系统主要参数指标

系统主要参数指标如表1所示。

表1 系统主要参数指标

3.1 可靠性冗余

本系统的监控对象设备为无人值守类发电机组，因此监控系统必须具备很高的工作可靠性和冗余工作能力。为避免信号在传输过程中受到发电机组的电磁场干扰，降低不良因素的影响，各机组的本地监控基站与数据交换机站之间的数据通讯使用光信号传输，数据交换机站与24个机组本地监控基站通讯采用环网结构。冗余环网具备独有的自愈合功能，如果环上的某一基站的交换机发生故障无法通讯，系统能够识别并上报故障基站点，此时该故障基站的设备为掉线状态，同时环上其余节点上的基站继续在线，能够正常通讯传递数据[4]。为提高断电工况下的系统生存能力，本地监控基站配备一台独立的不间断电源，在失去外部供电的工况下可维持工作时间不短于70 min；
数据交换机站配备2台独立的不间断电源分别布置于2个房间，在失去外部供电的工况下可维持工作时间不短于180 min，确保异常断电状况下调度指挥中心仍能具备对各机组的监控能力。

3.2 人机交互友好

调度指挥中心站配备监测数据的实时观测管理平台依据现场办公区域规划，值班室通过系统输出端口外联加装显示大屏幕用于实时显示监测对象的各项数据。指挥中心站采用双主机冗余热备份配置，一台主机在工作状态下时，另一台则作为冗余机随时处于热备份状态，当工作主机瘫痪时，处于备份状态的冗余机自动转化为主机。控制系统还具备数据处理功能，监测数据按照采样时间根据规定的字段定义实时写入数据库，相关职能部门的人员可通过访问数据库获取监测数据，掌控无人值守现场的各线路运转动态，保证整体运行的安全性能。

3.3 唯一控制策略

在控制权限结构设计方面，任一控制对象在一个时间节点上只存在唯一控制位，控制位的权限转移必须采用询问—回令的模式进行交接并在数据库中记录，除此以外的所有控制位只能观测设备状态数据，从而预防冲突的指令出现，以免影响系统的平稳性。

3.4 权限分级管理

将各操作终端按照管理体系需求进行分层授权，系统根据预设的登录人员名单进行授权，非名单人员不允许登入系统。名单内人员通过密码登录系统后，系统按照预设的权限范围向其自动开放相应的部分功能。每次登录的时间、人员信息及其操作指令均在系统数据库内留存记录。

3.5 可扩展性的模块化

现方案中每个本地基站采用星形结构并行连接7路本地配电线路的综合保护器，可利用其备用端口将监控对象扩展至不超过12路配电线路；
交换机站与各机组监控基站之间采用环形数据结构，因此基站数量不受交换机站的端口数量限制。本系统有24个本地监控基站，后续可在环网中添加基站，实现机组数量的延展。

4.1 远程控制功能

岸基调度指挥中心可直接控制任一机组的各配电线路开关柜远程分闸、合闸及复位操作。

4.2 远程监测功能

岸基调度指挥中心可对任一机组配电线路进行数据实时监测，主要观测对象包括电压数据、电流数据、过载整定参数以及越级跳闸状况等。

4.3 远程参数调校

岸基调度指挥中心可对任一机组配电线开关设备的动作整定值进行远程调整，同时为避免人为事件，参数调整功能设置有权限分配策略。参数调整指令必须在本系统内设置授权操作位置，以防止现场维修人员与指挥中心站发生指令冲突。当参数调整指令发出位置与指挥中心的授权操作位置不一致时，则认定出现人为操作事故，机组本地与调度指挥中心的系统界面会同时提示指令失效，并作为险肇事故记录在系统数据库中供管理人员分析处置。

4.4 数据处理与报表

系统内所有数据均按照规定的字段格式记录在数据库中，并可按照文字表格和二维曲线2种方式输出，职能部门可以按时间段对各类数据导出，以供分析调查之用。

系统主要优点主要包括：①系统的结构同时具备扩展性与标准性，设计合理。各监控基站采用模块化设计，不仅便于实现系统统型，减少备件数量，同时也具备设计移植的优点，可应用其他类似的控制系统。②系统数据采用主流数据库进行汇总处理，具备广域网外接能力。本系统目前在局域网的条件下使用，其数据采用主流数据库进行汇总处理，可导入大数据云网盘，符合现代工业智能化控制、物联化网络的发展总方向。③可靠性高。本系统采用光缆作为远距离数据传输载体，采用环形网络实现数据通讯，系统指令及时性高、数据采样周期短、抗干扰能力强，满足海上风电场的远程配电监控的需求。④人机界面友好。本系统的管控平台能够使岸基管理人员远程观测各机组配电设备的实时工作状态数据，对现场故障进行远程快速处理，一键式同步修改多台设备各项参数，省去了现场巡查维保的人力投入，在提高工作效率的同时可减少人员配置。⑤系统软件可自行生成使用日志和系统运行数据汇总报表，从而减少人为事故隐患。

WMDK48C海上风电场远程供电健康监控系统实现了海上风电场岸基远程供电监测监控、岸基对配电设备四遥等功能，有效提高了海上风电场配电岸基调度技术水平及信息化管理水平，提高了海上风电场配电管理效率，保证了海上风电场的安全稳定性。

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