风电场监控系统硬件架构设计.doc

1风电场监控系统硬件架构设计李闯（中能电力科技开发有限公司）摘要风电场监控系统可以实现风场数据采集、传输、存储、分析和输出，监控系统的硬件架构是实现上述功能的基础。本文介绍了风场监控系统的主要功能，设计了系统的硬件架构，包括系统硬件组成和网络拓扑结构，并将设计方案应用于某风电场，实现了该风场两种机型风电机组的统一监控、报警、信息展示和查询等功能。关键词风电场监控系统；硬件组成；网络拓扑；SCADA1概述风电场监控系统主要完成数据采集、网络构建、集中监控等功能。采集系统通过多种通用接口，实现各厂商的风机、变电站、测风塔等前端传感器中信息的接入采集。网络构建通过组建光纤环网或者星型网络将风场各风机、测风塔等前端传感器与中央监控系统形成以太网络互联。集中监控主要是对场内各个机组的监视与控制，历史数据的存储，现场实时数据报表打印、分析、处理和图形显示界面，以及对整个风电场发电量、运营维护和经济效益相关数据的计算与查询。风电场监控系统硬件架构是实现上述功能的基础，监控系统的硬件基本包括实时数据服务器、历史数据服务器、应用服务器、操作员站、通讯服务器及网络设备等。风电场监控系统的硬件架构如图1所示。2历史数据服务器客户机1客户机2风机型号A风机型号B风机型号C实时数据服务器风机就地控制风机就地控制风机就地控制升压站升压站综自系统测风塔高速物理隔离通道高速物理隔离通道光纤专线至省级中心光纤专线至省级中心千兆以太网交换机冗余通讯服务器（A）冗余通讯服务器（B）冗余应用服务器图1风电场监控系统硬件架构2系统硬件组成及功能风电场监控系统采用B/S结构设置，支持分布式多服务器结构，系统配置3台服务器、两台操作站（一台可兼工程师站）及相应的冗余网络设备。（1）服务器本系统配置的服务器分三类，共设置3台，包括实时数据服务器、应用服务器和历史数据服务器。实时数据库服务器实时数据服务器负责采集、处理、管理数据源（风机、升压站、测风塔、电能采集系统等）实时数据，并为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。实时数据存放在实时数据库中。实时数据服务器中运行相关应用程序，完成与3数据源的通信链接、协议转换、网络管理等任务。实时数据服务器的软、硬件按满足本系统标签量规模20万点的要求配置，全部数据刷新时间不超过1秒。实时数据库的对外通讯接口按冗余配置。内网采用1000MBPS冗余配置。应用服务器应用服务器主要完成对实时数据进行分类、统计、报警、性能指标计算、分析、发布等任务。应用服务器网络冗余配置。历史数据服务器历史数据服务器主要完成历史数据的存储、管理，并为网络中的其它服务器和工作站提供数据。历史数据服务器提供开放软件接口和标准物理接口，以满足用户数据分析、转储等应用需求。历史数据服务器的软、硬件按满足本系统标签量规模20万点、20年的海量数据存储的要求配置，数据存储和采样的时间分辨率为1秒。（2）操作站操作站选用主流配置品牌商用机，其性能及可靠性应满足系统及风电场现场环境等要求。操作站通过人机交互界面对风机、升压站、测风塔等数据的实时监视、状态检测、数据查询以及远程控制。具备工程师站功能的操作站还兼备监控画面维护、数据库维护、报表系统维护、用户权限管理、系统维护等功能。操作站采用标准、可靠、先进、稳定性高的操作系统。并采用1000MBPS冗余网络配置以提高系统的可靠性。操作站、工程师站等均作为系统局域网上的一个节点，共享各服务器的资源。4（3）通讯接口通讯接口包括风电场监控系统与各类型风机、变电站、测风塔、关口表等风电场发电和电网设备的数据交换接口。此外还有系统对外提供的数据服务接口，包括对电网系统、集团公司以及其他需要风场实时或者历史监测和控制数据的系统。3网络拓扑结构为提高系统的可靠性，监控系统通过两台高性能的千兆交换机为风电场监控系统提供网络冗余配置，如图1所示。网络内所有设备均可交互访问支持TCP/IP协议，网络媒介采用6类双绞线。获取风机底层数据一般通过OPC/MODBUS等接口或直接与控制器/PLC进行通信，两者可独立完成，也可混合完成，如图2和图3所示。图2OPC/MODBUS方式5图3直接访问控制器/PLC方式4系统实例某风电场装机容量99万千瓦，目前包括金风1500千瓦33台，GE1500千瓦33台。本系统对上述两种类型风机SCADA及其远程控制功能进行了整合。图4和图5分别为研制的该风场监控系统工作站和系统屏柜，风机数据采集通过直接访问控制器/PLC方式。图4系统工作站图5系统屏柜系统实现的主要功能包括风电场基本信息展示和查询，多种机型风电机组的信息展示和查询，变电站信息展示和查询，测风塔信息展示和查询，风电机6组控制，报警信息展示和查询，数据汇总和分析，实时数据和历史数据查询，功率曲线展示和查询，操作员日志等。5结论根据风电场监控系统的功能需求，设计了统一的风电场监控系统的硬件架构，并在某风场实现了两种类型风机SCADA及其远程监控功能的整合，系统主要功能包括两种机型风电机组的监控、报警、数据存储、分析和查询等。