王永平，席管龍

（中廣核哈密風(fēng)力發(fā)電有限公司，新疆哈密，839000）

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

當(dāng)前，風(fēng)電裝機(jī)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，怎樣利用信息技術(shù)，解決分散化運(yùn)維引起的人才不足、設(shè)施重置、生產(chǎn)水平低等問(wèn)題，需風(fēng)電行業(yè)給予高度重視。風(fēng)電場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)人員負(fù)責(zé)整理與收集風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維數(shù)據(jù)，在分析數(shù)據(jù)、診斷與排除故障的過(guò)程中運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)發(fā)揮了重要作用。風(fēng)電場(chǎng)一般在偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣、信息流通受阻的地點(diǎn)選址，現(xiàn)場(chǎng)人員易被工作環(huán)境限制。集控中心聯(lián)合集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與運(yùn)維管理方式，為運(yùn)行人員減輕工作壓力，在管理中彰顯人性化特點(diǎn)。我們?cè)趯?shí)時(shí)采集和處理風(fēng)電機(jī)組、升壓站、測(cè)風(fēng)塔、視頻監(jiān)控等設(shè)備的數(shù)據(jù)時(shí)，合理應(yīng)用信息技術(shù)，科學(xué)判斷故障，完成狀態(tài)檢修；集結(jié)專業(yè)技術(shù)人員，建立完整、專業(yè)性強(qiáng)的隊(duì)伍，支持現(xiàn)場(chǎng)人員開(kāi)展工作，提升風(fēng)電場(chǎng)安全生產(chǎn)水平，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.1 風(fēng)功率預(yù)測(cè)

風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法可劃分為兩類：一是基于風(fēng)速預(yù)測(cè)構(gòu)建風(fēng)速與風(fēng)電功率的關(guān)系模型，該方法不能預(yù)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率，而預(yù)測(cè)風(fēng)速為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率提供了參考，但預(yù)測(cè)采取的功率曲線忽略了雜散分布功率特點(diǎn)。二是聯(lián)系風(fēng)電功率的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建預(yù)測(cè)風(fēng)電功率模型。

1.2 風(fēng)電場(chǎng)的特性

風(fēng)電場(chǎng)的等值與風(fēng)險(xiǎn)機(jī)組的單機(jī)模型建模對(duì)比分析，其難度更大。目前，風(fēng)電場(chǎng)建模屬國(guó)際問(wèn)題。結(jié)合不同的研究對(duì)象，對(duì)模型提出不同的要求，形成大量風(fēng)電場(chǎng)等值建模的方法。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則

2.1 系統(tǒng)安全原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)從正向和縱向，分別隔離與加密認(rèn)證裝置，提高系統(tǒng)的安全水平。此外，注意培養(yǎng)內(nèi)部人員的信息安全意識(shí)，保證集控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 設(shè)計(jì)原則

2.2.1 建立穩(wěn)定安全可靠系統(tǒng)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建設(shè)冗余的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高系統(tǒng)的安全性，保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 集中控制風(fēng)電場(chǎng)

系統(tǒng)提高了工作人員操作的便捷性，對(duì)風(fēng)場(chǎng)甚至任何一臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 硬件架構(gòu)

圖1 集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)硬件架構(gòu)

集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守安全防護(hù)總體原則，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。硬件設(shè)備包括天氣預(yù)報(bào)服務(wù)裝置、主服務(wù)裝置、系統(tǒng)工作站、反向隔離設(shè)備、防火墻等。

在安全Ⅲ區(qū)布置天氣預(yù)報(bào)服務(wù)器；以主服務(wù)器采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)功率預(yù)測(cè)，且在安全Ⅱ區(qū)完成部署；系統(tǒng)Ⅱ、Ⅲ區(qū)利用反向隔離設(shè)備交換數(shù)據(jù)。外網(wǎng)以防火墻向Ⅲ區(qū)天氣預(yù)報(bào)服務(wù)器傳輸氣象文本。子站預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)借防火墻運(yùn)行數(shù)據(jù)，且與Ⅱ區(qū)主服務(wù)裝置接入。根據(jù)通信違約與協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信設(shè)計(jì)，以標(biāo)準(zhǔn)方法交換信息，且與異構(gòu)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)有效適應(yīng)。

3.2 軟件架構(gòu)

集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的軟件包括基礎(chǔ)實(shí)施層、組織功能層、應(yīng)用模塊層，利用網(wǎng)絡(luò)安全層加固系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的軟件通過(guò)B/S架構(gòu)與分層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)與運(yùn)行，通過(guò)處理邏輯以多層次分布式應(yīng)用層模型得到若干層次，每個(gè)層次由服務(wù)器組件處理計(jì)算邏輯。應(yīng)用模塊層主要在系統(tǒng)和用戶間實(shí)現(xiàn)交互，運(yùn)維人員借系統(tǒng)監(jiān)視、風(fēng)電預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析等模塊，管理訪問(wèn)系統(tǒng)的分項(xiàng)數(shù)據(jù)；組織功能層對(duì)應(yīng)用模塊層請(qǐng)求及時(shí)接收，且對(duì)組件和服務(wù)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)具體化處理，組件對(duì)基礎(chǔ)實(shí)施層檢索與處理的信息實(shí)行訪問(wèn)，接收請(qǐng)求后，向應(yīng)用模塊傳輸處理結(jié)果與數(shù)據(jù)，由應(yīng)用模塊展示。

3.3 數(shù)據(jù)采集

集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)程序利用通信規(guī)約與集控中心系統(tǒng)連接，由各風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，獲得功率預(yù)測(cè)信息。

圖3 數(shù)據(jù)采集與處理流程

（1）機(jī)組數(shù)據(jù)采集。由集控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速、風(fēng)向、運(yùn)行、功率等信息實(shí)現(xiàn)采集。若風(fēng)電場(chǎng)被檢修與限電控制，則科學(xué)設(shè)計(jì)樣板機(jī)，實(shí)時(shí)采集樣板機(jī)的功率數(shù)據(jù)。對(duì)停運(yùn)、限功率機(jī)組運(yùn)行損失合理計(jì)算，在預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)。

（2）風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。利用集控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器采集風(fēng)電場(chǎng)功率、測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)等電氣參數(shù)。

（3）風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。將集控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器連接通信違約，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

（4）數(shù)據(jù)管理。規(guī)劃處理采集的數(shù)據(jù)，對(duì)全部數(shù)據(jù)以風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)建模，且統(tǒng)一存儲(chǔ)。

各測(cè)點(diǎn)類型影響了數(shù)據(jù)處理的方式，合理配置算法。檢查采集的測(cè)量值，具體方法包括數(shù)據(jù)過(guò)濾、零值處理、門限值檢查、多數(shù)據(jù)源對(duì)比等；過(guò)濾風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)，對(duì)錯(cuò)誤與可疑的數(shù)據(jù)及時(shí)排除，實(shí)行時(shí)間一致性處理；根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)間分辨率要求，采樣處理風(fēng)功率、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，傳輸至主服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.4 功能模塊

（1）綜合信息監(jiān)視

信息監(jiān)視的基礎(chǔ)是風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，且監(jiān)控區(qū)域運(yùn)行狀態(tài)。

將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、子站預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)入庫(kù)，利用過(guò)程線對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，以便查詢歷史數(shù)據(jù)，并在規(guī)定區(qū)域內(nèi)繪制歷史曲線。

子站風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)利用各種顏色顯示運(yùn)行狀態(tài)、道路情況、軟硬件運(yùn)行狀況等。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)改變運(yùn)行狀態(tài)或形成越限警報(bào)時(shí)，系統(tǒng)的軟硬件模塊出現(xiàn)故障，形成報(bào)警記錄。其中，報(bào)警內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)缺失、通訊異常。報(bào)警、預(yù)警以不同顏色對(duì)事件嚴(yán)重程度逐一顯示，有利于管理人員快速處理問(wèn)題。

利用綜合信息監(jiān)視模塊統(tǒng)一監(jiān)管各風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)確判斷子站系統(tǒng)故障，對(duì)其科學(xué)處理，提高巡檢維護(hù)工作的效率。

（2）中長(zhǎng)期發(fā)電量預(yù)測(cè)

集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新操作之一是中長(zhǎng)期發(fā)電量預(yù)測(cè)。其中，預(yù)測(cè)模型的輸入量包括天氣預(yù)報(bào)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，與多算法、多數(shù)據(jù)源組合配置，合理預(yù)測(cè)各風(fēng)電場(chǎng)的中長(zhǎng)期發(fā)電量。

結(jié)合集中采集數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，以中長(zhǎng)期發(fā)電量預(yù)測(cè)建模，采取回歸分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等聯(lián)合預(yù)測(cè)。圍繞區(qū)域氣候特征測(cè)算參考因數(shù)，如天氣變化規(guī)律，再關(guān)聯(lián)性檢查風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)結(jié)果，持續(xù)改進(jìn)模型。

對(duì)中長(zhǎng)期發(fā)電量預(yù)測(cè)時(shí)，要結(jié)合出力受限、機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修等掌握影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的情況，人工設(shè)置參數(shù)后實(shí)行預(yù)算識(shí)別和測(cè)算，評(píng)估預(yù)測(cè)曲線誤差。對(duì)置信度誤差客觀評(píng)測(cè)，避免異常情況影響模型優(yōu)化。基于管理員權(quán)限對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)調(diào)整，修正偏差。聯(lián)合預(yù)測(cè)的中長(zhǎng)期發(fā)電量狀況，對(duì)各風(fēng)電場(chǎng)制定檢修方案，安排各風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維工作，提升風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電水平。

（3）統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析是指計(jì)算和檢驗(yàn)各子站風(fēng)電場(chǎng)的歷史預(yù)測(cè)功率指標(biāo)，選擇空間維度與多時(shí)間維度計(jì)算歷史數(shù)據(jù)，比較電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，差異化考核風(fēng)電場(chǎng)，便于管理人員對(duì)比功率預(yù)測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于能源危機(jī)和環(huán)境污染的大環(huán)境，在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展過(guò)程中，風(fēng)能是非常重要的可再生的清潔能源之一。風(fēng)能的無(wú)法控制性和隨機(jī)性使電網(wǎng)產(chǎn)生了潛在風(fēng)險(xiǎn)。電網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)的比例不斷增長(zhǎng)，對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成了一定影響。而集中式風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)有效統(tǒng)計(jì)分析了全部風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)配置了資源，故對(duì)其研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。