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PMM过程监控产品在风电系统-行业中的应用

未知 2019-07-11 10:53

1 引言

  目前我国新能源利用技术已经取得了长足进展,并在各地形成了一定的规模,尤其在风能领域发展非常迅速。中国电力供需正由相对紧张逐步向平衡转化,2008~2010年将相对富裕,有利于电源类型结构调整。2006年风力发电量27亿千瓦时,同比增长67.4%,但只占总发电量的0.095%,对总体电力供需影响很小,只能作为常规电源类型的补充。但在边远地区,风电起到解决无电人口用电问题的重要作用。十一五期间国家大力支持风电设备走国产化和风电设备自主化道路,有利于风电行业的长远发展,但短期内会造成技术风险。近期国家出台了新能源发展规划,风力发电作为重点扶持行业,拥有了更广阔的发展前景。如何实现真正意义上的一个系统、一个平台实现全部功能,达到真正意义上的远程集控和运维成为风电场的关注的焦点。

2 系统概述

  风能资源丰富的地区一般都比较偏远,而且环境恶劣,在风电场中风电机组分布比较分散、监控参数多,这都会给风电系统的控制带来不利影响。为充分有效地利用风力进行发电,监控与数据采集(supervisorycontrol and dataacquisition,scada)系统作为自动化控制的核心具有信息完整等优点,能提高效率,正确掌握系统运行状态,有助于快速诊断系统故障状态,对提高风电场运行的可靠性、安全性与经济效益具有不可替代的作用。研祥科技一直关注风电行业的发展,结合国外主控系统,总结多年来风电行业的应用经验,开发了风电专用监控平台pmm-1083和配套的组态软件。

3 系统描述

  电监控系统有分为三层;

  第一层,现场采集:通过plc或pac采集现场各种设备信号,检测和控制一些设备的运行。

  第二层,工控机和工业交换机:通过工控机可以现场查看分机设备的运行状态,并可由工控机下达控制风叶运行状态的命令。通过工业交换机和电场服务器进行数据交换,采用高可靠的工业级的设备能保证系统的正常稳定的运行。平板电脑的使用环境温度为-30℃~50℃,具有很强的现场适应能力。它可将数据存储在工业电子盘中即时网络中断,采集数据也可以得到很好的保存。整机采用低功耗密封嵌入式平台,大大提高了在恶劣环境中的稳定性和可靠性。通过触摸屏可以现场查看、改变风机的数据。

  第三层,风场服务器:监控中心使用风场服务器同时监控风场所有风机,实时显示每个风机状态和参数,并可根据具体风量控制风机的运行速度,对风机综合管理,实时监测存储运行的数据。

  系统网络拓扑图如图1所示。

4 系统要求

  随着风力发电场的大量建设,风场信息化管理系统,风机远程监控系统业也大量应用。在这样的系统中需要可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。各种采集信号及控制信号通过工业以太网和现场总线汇集到研祥pmm-e503产品中,然后再通过另外一个以太网口将数据传送到风能检测服务器当中。在这个过程中pmm-e503充当数据网关的作用。对机组运行的状态进行时时的监控是为保证风力发电机的稳定运行,使用研祥过程监控机pmm产品可采集如下参数:

  ● 风机的主要信息:风速、功率、发电量、发电时间、温度、湿度;

  ● 叶轮/变浆系统:浆叶的角度、变浆电机的温度、叶轮对风角度;

  ● 变流器/冷却系统:温度、湿度;

  ● 电机/电网系统:电机的转速、加速度、电网的电流、电压、频率、功率;

  ● 偏航/液压系统:偏航位置、风力、风速、大气压;

  ● 运行环境监测:环境温度、湿度、机舱温度、湿度、塔基温度、湿度。

  产品需求

  (1)风电应用在北方地区环境恶劣,昼夜温差大,风沙严重,要求:工作温度:-30~50℃;存储温度:-30~85℃;存储湿度:0%~95%,无凝结。

  (2)电机控制系统电磁环境恶劣,需要控制监控产品产品具有较强的抗电磁干扰能力、较长时间的平均无故障时间。

  (3)为了保障通信的可靠性,要求冗余的网口、串口、供电系统以及方便维护和操作。

  (4)为了保证远程监控的数据的安全性,控制监控产品的系统必须稳定可靠,系统恢复时间短。

5 平台的功能描述

  pmm-1083是一款配置了10.4寸高亮显示的可触摸式自动化过程监控机,该产品板载了主频为1.6ghz的intel atomn270

  处理器和1gb内存,i/o接口方面提供了双千兆网口,4个串口(其中2个rs-232,2个rs-422/485)、3个usb2.0口(前置1个,后置2个),1个pc104接口,数据存储方面提供了外部可直接拔插式cf卡座。产品采用了dc9~36v宽范围供电。整机无风扇设计,同时具备良好的密封防尘、散热和抗振性能,以满足风场恶劣环境应用的需求。如图2、3所示。

  5.1 产品特点

  (1)严格的全工业级电子器件,保障恶劣环境下地安全应用;

  (2)配载凌动处理器平台,双千兆网口满足工业冗余通讯需求;

  (3)10.4寸高亮度工业一体化平板显示;

  (4)开放式pc104接口可轻松扩展现场各类i/o通道;

  (5)可内嵌自由高效的工业测控组态软件平台,极大提高现场工程师开发效率。

  5.2 研祥风电版scada监控功能的实现

  (1)显示机组的运行数据,如机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等,用风玫瑰图、曲线或图表的形式直观地显示出来。如图4所示。

  电网参数:包括电网三相电压、三相电流、电网频率、功率因数等。电压故障检测:电网电压闪变、过电压、低电压、电压跌落、相序故障、三相不对称等。

  气象参数:包括风速、风向、环境温度等。

  机组状态参数:包括:风轮转速、发电机转速、发电机线圈温度、发电机前后轴承温度、齿轮箱油温度、齿轮箱前后轴承温度、液压系统油温、油压、油位、机舱振动、电缆扭转、机舱温度等。

  (2)显示风电机组的运行状态,如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况。

  (a)主控系统检测电网参数、气象参数、机组运行参数,当条件满足时,启动偏航系统执行自动解缆、对风控制,释放机组的刹车盘,调节桨距角度,风车开始自由转动,进入待机状态。

  (b)当外部气象系统监测的风速大于某一定值时,主控系统启动变流器系统开始进行转子励磁,待发电机定子输出电能与电网同频、同相、同幅时,合闸出口断路器实现并网发电。

  (c)风力机组功率、转速调节根据风力机特性,当机组处于最佳叶尖速比运行时,风机机组将捕获得最大的能量,虽理论上机组转速可在任意转速下运行,但受实际机组转速限制、系统功率限制,不得不将该阶段分为以下几个运行区域:即变速运行区域、恒速运行区域和恒功率运行区。

  (3)显示各机组运行过程中发生的故障。在显示故障时,显示出故障的类型及发生时间,以便运行人员及时处理及消除故障,保证风电机组的安全和持续运行。如图5所示。

6 方案优势

  (1)系统稳定,抗震抗冲击研祥过程监控产品采用嵌入式低功耗芯片,整版无软连接设计,系统可靠性成倍提高。宽温工作,具有良好的抗震抗冲击性,适合恶劣工业现场的应用。

  (2)通讯智能,容量超大

  研祥过程监控产品可以自动侦测网络状态,自动调整采集数据的存储策略。在于上位数据库网络中断时,自动将采集数据存储到本地。等到网络恢复正常,自动将暂存数据记录到上位数据库中。存储数据量超大可达250g。

  (3)使用简单,驱动丰富

  研祥过程监控产品无需编程,只需要根据下位设备的类型选用相应的驱动,进行简单的参数配置,既可以完成数据的采集,暂存和续传功能。兼容主流的一百多种plc和dcs、pac系统。

  (4)开放性架构,内建server

  研祥过程监控产品是开放性的过程监控管理机。内建webserver,可以很方便的通过web了解到现场采集的状态和数据,也可以和主流的组态软件进行数据交换。系统的监控画面显示风场所有风机、电网线路、以及其他设备的运行情况,重要的运行工况画面通过一次击键调出,调出时间小于0.5s;调出任何一幅画面击键不超过三次,每幅画面能显示过程变量的实时数据和设备状态,这些数据和状态每秒更新一次,显示的颜色或图形随过程工况而变化。所供系统的画面数量、每幅画面能容纳多少图素以及每幅画面能容纳多少能实时更新和被控的过程点几乎不受限制,系统提供的标准画面显示,如风场总览显示、风机列表显示、趋势显示、成组显示、棒状图显示等标准画面显示。如图6所示。

  (5)双网隔离,数据安全

  研祥过程监控产品具有两个以太网口,这样可以做到现场控制层和数据采集层双网物理隔离。从根本上杜绝了对控制层的非法访问,保证了生产系统的安全运行。

  (6)高性价比

  目前风机使用的国外的控制系统比较多,使用其控制系统在数据的显示和设备的通讯交互上可以完全抛弃其价格昂贵的hmi产品,使用研祥过程监控产品的来代替。

7 结束语

  利用组态软件远程监控管理中心建立集中的统一数据中心,将各个风厂的相关数据都采集到该中心。采集上来的数据分为实时数据和历史数据,实时数据进行历史存储,对其中重要节点的数据进行特殊处理。系统对采集上来的数据进行统计分析。系统要提供针对不同用户的经营性报表以及技术分析功能,同时要针对大屏幕的显示方式设置专门的显示方式以及故障的声光报警等。并且要提供运维记录管理以及对电厂的产能进行预测。

  一个系统、一个平台实现全部功能,就是说单一系统即可实现风电场群所有设备的远程监控,单一平台即可实现全部风场的运行维护优化,突破风电并网的瓶颈,达到真正意义的一网融合。

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