《清潔生產促進法》和《可再生能源法》的頒布，使風力發電面臨大好的發展機遇。2005年12月5日中國目前一次性建成最大的5萬KW洮北風力發電項目投入運行。隨著洮北風電公司規模化經營，為了加強企業形象，做好對外宣傳，克服原來進口風機監控系統的英文界面，以及各個系統（風機、變電站、氣象站）相互獨立等不利影響，樹立華能良好的企業文化形象，保護保障安全生產，提高管理運行和安全防范水平，建立一套生產實時數據和安全TV大屏幕監管系統成為必須。這套系統通過采集實時生產信息和安全信息，對風電場設備運轉情況有一個全面、直觀實時的顯示，達到降低成本，提高設備利用效率的目的。
風力發電系統主要由風力發電機和升壓變電站組成，風力發電機組是將風動能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能輸送到電網的機電一體化設備。升壓變電站則把電能送入電網。
根據風力發電系統設備組成，風電場集中控制室的監控系統一般為三個相互獨立系統，氣象站監控、風機監控和變電站監控。
系統功能目標
構建統一的實時生產數據和安全TV監管平臺，整合不同設備廠家的監控系統，在管理層建設統一的管理數據平臺，實現以生產管理和安全管理為核心的自動報表功能、生產裝置的監控功能、工藝指標的考核功能和安全防范、生產監督以及計量功能。建立生產實時數據監視系統平臺，通過對風電場設備數據的采集和整理，為專業管理人員提供龐大的信息數據庫，便于對數據進行分析，形成輔助決策系統。用統一的平臺對風電場各種設備（風機和變電升壓站）的生產過程數據進行采集、存儲、管理和顯示。從而實現企業管理層根據生產過程的實時信息快速生成管理決策，通過對過程數據和安全TV系統的集成，使生產過程信息資源能夠連續、自動地與企業管理系統共享，達到統一監管的目的。系統的主要功能：實時數據采集與通訊傳輸、畫面顯示、實時曲線、歷史曲線、實時報警、歷史報警、各種統計報表，歷史數據存儲等。
各風機和變電升壓站的實時生產數據可以傳遞到演示畫面中，為公司所舉辦與生產有關的會議及參觀訪問的領導、客戶和同行提供從洮北風電場地理分布、裝機容量、風電場實時氣象狀況和發電功率（有功功率和無功功率）、實時發電量總和、風電場日累計發電量等數據和相應的畫面顯示。風電廠集控室內配備一套63”大屏幕顯示系統作為系統操作員站的顯示終端，監視分析生產過程，系統操作員可通過大屏幕上高亮度、高分辨率的圖象了解全廠的系統概貌，風電場設備的工藝控制，如變電站和風機的工藝流程，及主要生產數據。
通過監管畫面，客戶和管理者還可以看到風電場的氣象狀況，如平均風速、氣溫，生產情況如總發電功率，設備情況如運行機組數量，備用機組數量，故障機組數量等。還可以深入監視每一個風輪的實時風速、發電功率、設備狀況（運行、備用、故障）等，以及變電升壓站的各項電氣數據，如母線電壓、電流、功率因數等。
數據總結分析和輔助決策工具平臺，可以進行歷史趨勢分析，如年、月、日各氣象趨勢和發電量曲線，設備質量和運行壽命，如單機生產和配套廠家、檢修后運行時間、設備可利用率等的統計。從而為與生產指標相關的各項計劃、采購、檢修等活動提供和費用控制提供統計依據。通過分析風速與風機發電量的關系，即風機實時功率曲線，判斷風機的能量轉化效率，探索影響風力發電效率的各項因素，如結冰、霧、雨水、溫度、風速、風向等環境因素的影響。
圖1：系統結構圖
解決方案
目前，風電場生產實時數據監管輔助決策計算機系統技術成了先進管理的標志之一。在管理方式上，每個系統單元采用一個獨立的管理控制，整個風電場的風機和升壓變電站，以及氣象站均由自主控制系統控制。建立一個高效的實時數據平臺，把GAMESA、四方繼保、安全TV監視等不同廠家的設備和系統，即把風機監控系統、變電站監控系統、氣象站監控系統、安全TV監視等融合創新集合成一個系統，通過獨立自主編輯不同的接口協議驅動程序，統一到一個高效的實時歷史數據平臺上，進行數據顯示、存儲、分析。實現輔助決策和實時監管，滿足管理和運行要求。系統結構框圖如圖1。
GAMESA風機監控系統提供了OPC（OLE for Process Control）協議，實現系統與系統之間平滑連接。OPC服務器是按目錄樹的方式來組織數據的。在OPC協議中，每一個數據項都有一個唯一的標識。OPC客戶端可以對OPC服務器所提供的數據重新進行組織，以便于數據的輸入和輸出。
四方繼保提供的升壓變電站監控系統是基于UNLIX操作系統的CS2000系統，通過廣播協議發送數據。系統邏輯框圖如如圖2。
圖2：系統邏輯框圖
輔助決策支持層
輔助決策支持層對綜合管理信息系統的所有業務數據和管理數據進行多角度的分析和統計，為企業領導和管理人員提供管理手段和數據支持；該層由綜合查詢分析、報表管理功能模塊構成，除提供用戶標準格式的查詢分析、報表，還提供用戶定義格式、計算公式、統計圖形分析等通用化功能，滿足各級用戶不同的業務數據需求。
業務處理層
業務處理層是綜合管理信息系統的直接業務處理過程，建立管理體制和運行機制，強化監督管理；業務處理層包括班報、日報、月報、年報、生產數據、成本核算等功能模塊。
系統管理層
系統管理層是信息系統良好運行的支撐模塊，是系統正常運轉的樞紐；主要完成用戶管理、數據備份恢復、流程定義、數據接口、系統參數設置等功能。
系統功能功能如下：
■ 用戶權限管理：平臺支持基于角色的用戶權限管理，確保其只能進行權限范圍內的操作。
■ 數據組態：單獨或者批量組態數據點：創建、更新、刪除、查詢數據點以及相關屬性。
■ 運行管理：設置系統參數和系統運行監視。
■ 備份與恢復：通過手工方式或者自動方式備份數據庫系統配置信息和歷史歸檔數據，并可從備份文件恢復數據。由于數據庫軟件費用十分高，數據分析和各種數據曲線等功能由于費用問題，此功能現在實施有些困難。
■ 審計功能：記錄和追蹤數據庫配置信息與數據修改。
■ 日志功能：記錄數據庫系統運行中的操作信息、警告信息、錯誤信息等。
■ 提供具備圖形化的應用開發界面，實現生產流程圖動態再現、關鍵性能指標參數動態計算、趨勢顯示與分析工具。
安全TV電視監控系統如圖３。
圖3：安全TV監視組成
安全TV電視監控系統具有以下主要功能：
■ 實時圖像監控，圖象信號偏差報警，圖象遠傳；
■ 具有數字硬盤錄像及其回放功能和自維護功能；
■ 與現場的紅外報警設備實現聯動。支持基于TCP/IP的網絡互連，與實時數據系統接口，保證操作員通過LCD操作能夠實現閉路電視畫面的切換和監視。
遠程監視
通過固定電話連接到監控中心，使得只要有電話的地方就可以監視到當前風電場的運行情況。通過固定電話進行通訊的網絡結構圖如圖４。
圖4：通過固定電話通訊的網絡結構圖
這種結構可為出差在外或不在辦公區域的相關領導提供及時準確了解公司總體生產狀況，為把一個風電場變成為總公司的一個生產車間成為可能。該系統的最終發展目標是在發電公司總部建立統一的監管中心，提供風電場生產實時數據采集和上傳，為將來總公司掌握其眾多風電場的生產實時狀況和進行高端應用管理提供了高效、準確的平臺。
軟件功能
網絡通訊、數據采集：通過底層數據庫在現有技術基礎上加入報表、趨勢功能,提高響應速度與精度。自動生成生產管理報表，提高發電公司的管理效率。存儲生產動態數據，進行統計分析比較，指導生產調度工作。
數據同步顯示，及時了解發電廠的運行和檢修情況。
可在線組合的積木式控制，為后續建設工程提供預留接口。
運行狀態監測，將各檢測點信號通過通信端口送入,在上位機中進行相應運算,實現運行狀態的自動監測。比照不同風機的運行參數，分析經濟性能的差異的原因多個系統動態組合技術，由于采用計算機底層數據通訊，各個系統的數據的融合與共生，各個系統統一到一個平臺上的，保證在動態顯示的精度和系統的穩定性。
專家控制系統，形成各種曲線顯示，如功率曲線顯示。
實現風電場所有設備，而不僅僅是風機，還有變電站、氣象站設備信息的遠方顯示、故障診斷。
實現廠區安全監視TV的一體化監視，安全TV信息存儲。
分析運行的關鍵參數，對相關設備的檢修計劃提供決策參考、準確計量發電公司的重要生產數據，如發電量、設備停運時間等，比照不同風機運行參數。分析經濟性能差異原因。
結束語
生產實時數據監管計算機系統國內外正處于起步階段。該系統為國內第一家風力發電公司的生產實時監管系統。華能生產實時監管系統建成以后，具有變電站和風機的實時數據、實時性好、信息全、數據處理功能強大等特點。具有較好的歷史數據存儲功能，易于維護；報表系統功能強大，易于維護，該報表管理系統查詢速度響應快，制表功能齊全。具有非常豐富的演示功能，報表、曲線、實時畫面和報警查詢均可方便瀏覽。成為華能管理電廠高效、準確、有力的管理工具。
作者介紹：
1.杜雨，華能吉林洮北風力發電公司；
2.李飛，中國華能集團公司安全監督與科技環保部；
3.吳小洪、魏伏華、儲成鋼，北京華能新銳控制技術有限公司
