本發(fā)明涉及一種發(fā)電能源集中監(jiān)控系統(tǒng)，具體講涉及一種基于區(qū)域性的風(fēng)電為主的多種發(fā)電能源集中監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

開發(fā)和利用可再生能源，如風(fēng)力、太陽能和水能，是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的有效途徑，但需要規(guī)避其隨機(jī)性對電網(wǎng)帶來的影響，如何優(yōu)化各種能源，實(shí)現(xiàn)有效互補(bǔ)，增強(qiáng)對風(fēng)電、水電的聯(lián)合控制、調(diào)度能力，這就需要研究如何進(jìn)行區(qū)域性火電、風(fēng)電、水電等能源形式的合理資源調(diào)配并通過區(qū)域內(nèi)能源的有效互補(bǔ)和聯(lián)合，為電網(wǎng)調(diào)度提供穩(wěn)定的出力，進(jìn)而平抑風(fēng)電出力的不連續(xù)、不穩(wěn)定給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來的困難，提高風(fēng)能、水能等清潔能源的利用效率，降低供電成本。當(dāng)下，迫切需要技術(shù)手段對提供區(qū)域性綜合的能源服務(wù)提供支撐。目前的風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)直接通過agc子站與電網(wǎng)調(diào)度端agc主站相連接，接收電網(wǎng)調(diào)度主站下發(fā)的發(fā)電計(jì)劃。通常情況下，基于電網(wǎng)安全考慮，電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)先考慮可靠性高的火電，而水電一般只是參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，風(fēng)電更是邊緣化，大量棄風(fēng)，大大降低了清潔能源的利用率。

當(dāng)前，區(qū)域中心調(diào)度的多種能源系統(tǒng)中，火電、水電的控制技術(shù)相對成熟，火電出力穩(wěn)定，系統(tǒng)成熟；水電站已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)系統(tǒng)的集成，且水電站受國家防汛辦的管理，汛期(4月-9月)需要現(xiàn)場人員的及時(shí)響應(yīng)，人員可后撤范圍不大；而風(fēng)電場的問題較為突出，一方面現(xiàn)場多套系統(tǒng)并存，廠家通信協(xié)議不統(tǒng)一，另一方面風(fēng)電場大都地處偏遠(yuǎn)，環(huán)境惡劣，現(xiàn)場人員工作生活非常不便；所以風(fēng)電場迫切需要建立一套區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)統(tǒng)一，并通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理人員后撤；尤其風(fēng)電的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)也成為沖擊電網(wǎng)穩(wěn)定性的因素。如何在區(qū)域內(nèi)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的有效控制，對于降低整體輸出功率的波動，提高整個(gè)區(qū)域供電的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。

按照監(jiān)控對象區(qū)域性風(fēng)電區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)可基本劃分為針對區(qū)域中心、針對風(fēng)電場的監(jiān)控和針對風(fēng)機(jī)的三部分監(jiān)控，區(qū)域集控中心具有原風(fēng)電場與電網(wǎng)調(diào)度的agc功能，同時(shí)又將電網(wǎng)調(diào)度的部分功能納入，從而具備綜合調(diào)度的 高級功能。還可以不斷加強(qiáng)區(qū)域集控中心的功能，并通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行輔助決策。

因此，建立區(qū)域集控中心的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過建立標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場不同類型機(jī)組信息的集中監(jiān)視和跨廠家的統(tǒng)一控制；通過系統(tǒng)分析整合風(fēng)機(jī)相關(guān)的全局?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對不同廠家單臺風(fēng)機(jī)功率的控制；合理調(diào)度區(qū)域內(nèi)各種能源，實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)，徹底消除風(fēng)電對電網(wǎng)的不利影響；通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理人員的后撤。

目前，風(fēng)機(jī)配套的風(fēng)機(jī)控制器多由知名廠商(德國beckoff、奧地利巴赫曼、日本恒河、丹麥米塔等)提供，風(fēng)電場配套的scada系統(tǒng)多為風(fēng)機(jī)制造廠家配套提供，系統(tǒng)多是基于scada系統(tǒng)的二次開發(fā)，風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)對外提供的通訊協(xié)議不統(tǒng)一，主要是opc、modbus或者廠家的自有協(xié)議。由于風(fēng)電場內(nèi)各種風(fēng)電機(jī)組的傳感器和執(zhí)行元件來自不同廠商，連接方式和通信協(xié)議不盡相同，分期建設(shè)的風(fēng)電場存在一個(gè)風(fēng)電場內(nèi)具有多套風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)的情況，廠家通信協(xié)議和接口的不統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理，給現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)和人員管理帶來困難等問題。對于風(fēng)電場的生產(chǎn)運(yùn)行管理極為不便，同時(shí)由于通信協(xié)議和接口問題，造成風(fēng)電場監(jiān)控尚無法實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度部門的交互，包括數(shù)據(jù)上傳及調(diào)控指令的接收。此外，目前各風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)通常只具有風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的采集和簡單管理功能，不具備輔助風(fēng)電場生產(chǎn)運(yùn)行管理的高級應(yīng)用功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種區(qū)域集控中心的模式下，以風(fēng)電為主、水電、火電為輔的多種發(fā)電能源遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：

一種基于區(qū)域性的風(fēng)電為主的多種發(fā)電能源集中監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：相繼設(shè)置的采集層、站控層、集控層和總控層。

進(jìn)一步的，所述采集層采集的數(shù)據(jù)包括：風(fēng)機(jī)、風(fēng)電場、升壓站、儲能設(shè)備和功能預(yù)測風(fēng)電場設(shè)備信息。

進(jìn)一步的，所述采集層處理風(fēng)電機(jī)組故障，保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步的，所述站控層包括風(fēng)電站端子系統(tǒng)、水電站端子系統(tǒng)、火電站端子系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))、功率預(yù)測系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)箱變系統(tǒng)和五防系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)電站端子系統(tǒng)用于完成整個(gè)風(fēng)電場內(nèi)的系統(tǒng)整合和數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

進(jìn)一步的，所述站控層將匯總的整個(gè)風(fēng)電場的信息實(shí)時(shí)發(fā)送到所述集控層；位于所述站控層的站端子系統(tǒng)接收位于所述集控層的區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)下發(fā)的控制調(diào)節(jié)命令，并給所述集控層發(fā)送信息。

進(jìn)一步的，位于區(qū)域控制中心內(nèi)的集控層與所述站控層通信；所述集控層將區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電場的信息實(shí)時(shí)發(fā)送到所述總控層；所述集控層監(jiān)視和控制本區(qū)域內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。

進(jìn)一步的，所述總控層接收各個(gè)區(qū)域中心的風(fēng)電場的運(yùn)行信息，并向所述集控層發(fā)送各種控制、調(diào)節(jié)以及數(shù)據(jù)召喚命令；所述總控層用于控制調(diào)度公司分散在全國的所有風(fēng)電場和匯集全國所有風(fēng)電場的主要信息。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)包括：站端子系統(tǒng)，區(qū)域中心的區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)和集團(tuán)總部的總部總控端子系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)包括：

(1)站端子系統(tǒng)通信模塊：接受站端子系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，對所轄區(qū)域內(nèi)風(fēng)場、風(fēng)機(jī)情況進(jìn)行管理，保留部分歷史數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)分析。包括水電、火電等其他能源的站端子系統(tǒng)模塊。

(2)總部總控端子系統(tǒng)通信模塊：向總部總控端發(fā)送區(qū)域內(nèi)風(fēng)場和風(fēng)機(jī)的基本運(yùn)行情況，便于總部進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(3)epr(企業(yè)資源計(jì)劃)系統(tǒng)通信模塊：與集團(tuán)的erp系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主要是靜態(tài)信息，包括設(shè)備銘牌信息等。

(4)功率分配模塊：現(xiàn)階段與電網(wǎng)調(diào)度直接對風(fēng)場下發(fā)功率分配值，增加了區(qū)域中心后，將通過區(qū)域中心與調(diào)度連接，調(diào)度對區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)下發(fā)總的功率分配值，區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)根據(jù)各風(fēng)場風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況和氣象條件等，根據(jù)功率分配算法進(jìn)行功率分配；

所述區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程的控制和瀏覽。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明中所介紹的系統(tǒng)表明，發(fā)電企業(yè)通過增加區(qū)域集控中心、總部總控中心，使得發(fā)電企業(yè)可以在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，在滿足電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電要求的情況下，綜合考慮發(fā)電成本、可靠性、設(shè)備檢修等因素，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)籌調(diào)度， 加大電網(wǎng)對清潔能源的使用程度，達(dá)到區(qū)域發(fā)電公司發(fā)電量的穩(wěn)定增長。

2、本發(fā)明通過在區(qū)域控制中心建立一套區(qū)域風(fēng)電區(qū)域遠(yuǎn)程集控端子系統(tǒng)，對風(fēng)電場不同類型機(jī)組信息進(jìn)行集中監(jiān)視和跨廠家統(tǒng)一控制，在區(qū)域性管理方式下將多個(gè)風(fēng)電場作為一個(gè)單獨(dú)的發(fā)電單元，對區(qū)域內(nèi)風(fēng)電場之間進(jìn)行分配調(diào)節(jié)，達(dá)到較高的可靠性，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的安全穩(wěn)定與優(yōu)化運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)和事故報(bào)警、預(yù)測等功能，并提供數(shù)據(jù)接口支持與上級調(diào)控中心協(xié)調(diào)運(yùn)行，本方法可以大大減少了現(xiàn)場值班人員，提高了集約化管理水平。通過對區(qū)域內(nèi)各種能源的合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)，消除風(fēng)電對電網(wǎng)的不利影響。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖；

圖2為區(qū)域性多種發(fā)動能源集中監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖；

圖3為跨廠家風(fēng)機(jī)統(tǒng)一控制；

圖4為功率分配圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式對發(fā)明提供的技術(shù)方案做詳細(xì)說明。

1、跨廠家的風(fēng)機(jī)控制方法

a)控制指令可以在區(qū)域集控中心集中統(tǒng)一調(diào)度下達(dá)，區(qū)域集控子系統(tǒng)根據(jù)功率分配方案下達(dá)控制指令到站級子系統(tǒng)前置機(jī)。屏蔽了廠家和機(jī)組類型差異。

b)經(jīng)站級子系統(tǒng)處理后，調(diào)用站內(nèi)各廠家風(fēng)機(jī)的指令分配模塊。

c)站級子系統(tǒng)前置機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集交換機(jī)及協(xié)議轉(zhuǎn)換，下發(fā)至風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)前置機(jī)。

d)廠家scada系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)plc進(jìn)行通訊，即站級子系統(tǒng)通過風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)采集風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)向plc主控系統(tǒng)發(fā)送啟動、停止等控制指令。

見圖3跨廠家的風(fēng)機(jī)統(tǒng)一控制。

2、功率分配方法

a)功率分配可以在區(qū)域集控中心進(jìn)行，區(qū)域集控子系統(tǒng)從電網(wǎng)調(diào)度獲取區(qū)域總的功率；

b)經(jīng)計(jì)算分配后，直接通過站級子系統(tǒng)下發(fā)至風(fēng)機(jī)廠家scada系統(tǒng)進(jìn)行站內(nèi)風(fēng)機(jī)的功率分配；

c)風(fēng)機(jī)各廠家scada將功率值下發(fā)到環(huán)網(wǎng)上各風(fēng)機(jī)plc主控系統(tǒng)。

d)從區(qū)域控制中心下發(fā)功率值指令到水電站模塊、火電站模塊，步驟同上。

見圖4功率分配圖。

通信過程主要包括3步驟，見圖3，其中所用到的通信協(xié)議：

(1)區(qū)域子系統(tǒng)與站端子系統(tǒng)的通信

通過以太網(wǎng)，基于tcp/ip協(xié)議，采用iec60870-5-104通信協(xié)議向區(qū)域子系統(tǒng)傳輸重要的信息，例如報(bào)警信息、故障信息、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，接收下達(dá)的調(diào)控指令。

(2)站端子系統(tǒng)前置機(jī)到廠家scada系統(tǒng)前置機(jī)的通信

采用10/100/1000m自適應(yīng)雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)將各個(gè)設(shè)備連接起來，增加了系統(tǒng)可靠性?，F(xiàn)在廠家采用modbus協(xié)議、opc技術(shù)等，需要經(jīng)過通信規(guī)約轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的通信接口。

(3)廠家scada前置機(jī)與風(fēng)機(jī)控制器之間的通信

目前風(fēng)電場所采用的風(fēng)電機(jī)組都是以大型并網(wǎng)型機(jī)組為主，各單個(gè)機(jī)組有各自的控制系統(tǒng)(多數(shù)是plc控制器)，用來采集機(jī)組數(shù)據(jù)及狀態(tài)，通過計(jì)算、分析、判斷而控制機(jī)組的啟動、停機(jī)、調(diào)向、剎車和開啟油泵等一系列控制和保護(hù)動作。多采用廠家內(nèi)部協(xié)議、modbus協(xié)議、opc技術(shù)等。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用于說明本申請的技術(shù)方案而非對其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對本申請進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請?zhí)嘏臋?quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。