DETA蓄电池老旧风力发电机组SCADA系统改造研究
随着体系运转年限的添加，部分运转超越十年的风电机组SCADA体系开端暴露出通讯丢掉和电量丢掉的问题，既无法满意调度两个细则的要求，又影响了风电场的经济效益。本文以某风电场为目标，对其SCADA体系技术改造的进程进行研究，旨在寻求一种合适老旧风力发电机组的SCADA体系改造办法。
1 导言
随着21世纪初《可再生能源法》的颁布，国内风力发电组商场进入国产化年代。尤其是2010年之后，国产风力发电机在新建风电场中开端取代进口风力发电机的位置。然而，2010年之后建成的风场距今已运转十年左右，其时使用的SCADA体系存在诸多局限性，无法满意现在风电场的发电操控需求。为削减风电场丢掉电量、进步AGC操控精度，对运转超越10年的老旧风电机组SCADA体系进行改造势在必行。本文研究了某风电场在设备、操控算法和数据收集三方面对运转超十年的风力发电机组SCADA体系进行改造的办法，用于为其他老旧风电场SCADA体系技改提供可行的参阅计划。
2 改造布景
SCADA体系是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的缩写，中文含义为“监控与数据收集”。图 2-1 为SCADA体系结构示意图。体系由一套中央SCADA服务器经过现场网络连接每台风机PLC和RTU（长途测控终端），这样就组成了风电场常用的SCADA体系。大型风电场中，能够经过将几台SCADA服务器经过网络连接起来的方法对体系进行拓展，解除了体系监控风机数量的约束。图2-1能够看出典型的 SCADA 体系一般包括三部分：第一部分为数据收集的设备层，第二部分为数据传输的网络层，第三部分是负责数据监控办理的监控层。其间设备层主要包括PLC、RTU等硬件，经过底层软件收集PLC数据，并打包压缩在RTU中。网络层为工业级的网管型交换机组成的光纤网络。监控层为内网监控电脑。
该风电场坐落山东省东南部，装置了一期、二期共50台某直驱风机，其间一期25台风机于2010年11月悉数并网，二期25台风机于2011年3月悉数并网。2022年之前，该风电场的某直驱风机悉数选用装机初始装置的SCADA体系，该体系在当时的视角下存在影响发电效能和通讯质量的问题。
首先是体系的安稳性问题。原SCADA体系为CS客户端，运转于Windows Server2008操作体系，正常发电时一起运转多达十几个程序，运转进程中服务器资源占用高，风机监控、数据导出卡顿的现象时有产生，只能每天定时重启服务器才能确保体系的运转。原体系的运用自己出产的RTU设备，选用单片机计划，存在功用低、安稳性差的问题，一起体系关闭、无法与其他厂家兼容，收集到的数据非常难以保存；且原体系缺少断点续传功用，一旦服务器与RTU之间产生通讯毛病，会形成悉数风机数据丢掉、无法接纳调度指令的严重后果。
除了体系安稳性问题，风机办理方面的问题更是影响发电效能的问题。在功率操控算法方面，原有体系呼应较慢，算法保存，部分风机存在不完全开桨的现象，长时刻运转一定程度降低了风机的有功功率。另外，体系呼应慢、精度低，在限电期间经常呈现短时刻的超发和过度限电现象，相同影响风电场的整体发电量。在风机数据收集方面，原某直驱SCADA体系无风机毛病录波记载功用，数据记载时刻为1秒/次，这样的收集频率不易于现场技术人员在风机产生毛病后精准地确定毛病产生的时刻及毛病前后的风机状况。一起，结合曩昔10年的某直驱风机运维经历和SCADA体系运用经历，现场人员提出原有的106个数据点位只能表现风机履行组织的作业状况，缺少对操控组织状况的读取，添加了现场人员处理毛病的作业量和作业时刻，进而添加了风机毛病的处理难度和处理时刻。
3 改造办法
3.1 老旧设备更新
改造的第一步是设备改造，运用目前较先进的软件硬件替代前期的设备。改造首先将SCADA体系客户端更新为BS架构，可跨平台运转，SCADA客户端经过监控电脑在浏览器输入IP地址即可访问；而后选用国产麒麟操作体系的服务器及监控电脑操作体系替代之前的Windows Server2008操作体系，经过麒麟体系对SCADA体系中风机监控进行操作时只需要打开一个界面，明显降低了运转中的服务器资源占用，处理了卡顿现象。RTU由单片机更换为具有断点续传功用的工控机，固定在风机塔基柜门上，网线接入塔基柜光纤交换机，并选用开源的Linux操作体系处理之前RTU的兼容问题。为在硬件角度增强安稳性，由一主一备2台服务器组成了双机热备架构装置于继保室SCADA机柜内，运用服务器专用导轨固定；接口PC相同运用2台组成双机备份架构装置在机柜中。
3.2 操控算法调整
处理前史留传的软硬件问题之后，调整功率体系算法以进步发电效能和操控精度是技术改造作业的重点。新的功率调动体系主要经过多级反应行列调度算法、含糊PID操控器和递归神经网络三种算法对体系的通讯链路、操控算法及操控场景等方面进行优化。
多级反应行列调度算法是一种将任务按优先级分类处理的计算机调度算法，它将时刻片轮转调度和优先级调度的思维使用于计算机进程和作业调度。[1]新的某直驱SCADA体系选用多级反应行列算法，将可控机群按风机状况、轮毂转速、桨叶角度、风速风向等多个影响功率的参数划分为多个优先级行列，依照它们对功率的影响程度进行功率操控分配，确保对风机功率影响更大的行列被优先处理；最低优先级的行列则遵从时刻片轮转法，即每个行列的运转时刻依照它们被分配的时刻片被精准操控。多优先级行列算法能够充沛发掘风机的出力才能，而且有用进步了风机通讯和功率操控的功率。
含糊PID操控器是引进含糊操控的智能PID操控器。PID操控器（份额-积分-微分操控器）是一个常见的反应回路部件，设定了份额、积分、微分三个参数。PID操控器把收集的数据和参阅值进行比较，而后依据前史数据和差别的呈现率来调整新的输入值，以确保体系的数据更加精准和安稳。然而，传统的PID在使用中存在一些局限性，例如不适用于非线性场景和时变体系。含糊PID操控器将含糊规矩引进PID操控器，既保留了与传统PID操控器的操控作用，又具有了非线性、高阶体系等杂乱目标的处理才能，合适风机SCADA体系所包括的杂乱参数及场景。[2]此次更新后的算法即选用了含糊PID操控器，依据操控经历和风场特性，运用可变含糊推理规矩对PID的参数进行实时优化，进步功率操控速度和操控精度。
递归神经网络（RNN）是完成自组织、自适应和自学习才能的人工神经网络，具有反映体系随时刻改变的动态特性以及存储信息的才能，一起能完成网络中延时信息的反应。[3]递归神经网络体系结构的典型特征是循环连接，它使得RNN能够依据前史输入和当时输入的数据更新当时状况，即所有输入会对未来输出产生影响。[4]此次改造将预训练递归神经网络引进风机的SCADA体系，使得SCADA体系能够依据过往不同风机在不同风速下的实践功率，计算出当时工况下风机最大的理论功率，彻底处理风机约束出力的现象。在调度未调峰的场景下，递归神经网络还能协助风场操控功率误差，满意功率波动的约束要求。
3.3 数据收集优化
数据收集方面的优化经过配置毛病录播功用和添加数据收集点位的方法完成。新SCADA体系对风机毛病产生的时刻进行了毫秒级的准确记载，毛病产生前后的一分钟内，风机产生毛病后每次数据收集的频率由1s缩短到100ms，使风机毛病数据的收集量添加了10倍，协助现场人员获取更详细的微观量数据改变。数据收集方面，收集点由106个添加到了161个，开放了多个聚焦风机PLC的触发状况字，例如PLC连接状况、液压泵启动状况等，旨在协助现场人员进步毛病剖析才能及剖析准确性。
- 改造作用
设备更新既提高了风机通讯的安稳性，又降低了处理风机通讯毛病的时刻成本。技改前SCADA体系未将风机PLC通讯及RTU通讯链路分隔显现，当产生通讯丢掉毛病时，运维人员无法远方判断通讯丢掉的原因来自于光纤、PLC仍是RTU，部分风机存在通讯闪断现象更为通讯丢掉毛病的处理添加了难度，重复性的就地排查极大地延长了处理时刻。经过SCADA体系改造，每台风机的PLC和RTU被独立显现出来，若PLC或RTU通讯中止，在显现界面中会由绿色变成灰色，协助运维人员精准定位毛病部位，有用缩短毛病处理时刻。2023年风电场运用新版SCADA体系至当年6月，月均通讯毛病次数由4.3次降低至2.8次，同比降低34.9%；均匀单次毛病处理时刻由5.8小时降至3.2小时，同比降低44.8%。
调整后的操控算法完成了某直驱SCADA体系在通讯链路、操控算法和操控场景三方面的优化。在通讯链路方面，选用多级反应行列调度算法后，某直驱SCADA体系完成了功率调度体系与AGC体系通讯链路呼应时刻<=3秒，与风机机组通讯链路呼应时刻<=1秒，从调度体系接纳到AGC指令开端计时，机组负荷在10秒以内敏捷呼应，明显削减调峰限电丢掉。在操控算法方面，多级反应行列调度算法和自适应PID操控算法结合的方法，进步了风机功率的操控精度和操控速度，充沛发掘风机出力才能，从调度体系接纳到AGC指令开端计时，30秒以内机组负荷即可达到操控精度要求，操控精度安稳保持在装机容量的±0.5%~0.8%。在操控场景方面，递归神经网络使得风机在不同场景下的功率操控都更为精准可靠，在调度未调峰场景或指令等于额外容量时，不再主动约束风机出力，风场10分钟实践功率与可用功率均匀值的误差被操控在±0.8%，进步了风机实践功率。算法优化对发电量的提高马到成功，在近似的风况下，发电量提高明显。
数据收集优化后，现场运维人员发现和剖析毛病内部逻辑的才能、处理毛病的功率都得到明显提高。以风机液压体系毛病为例，机组现有液压体系为PLC操控，即PLC经过电控体系对液压履行元件的动作进行操控，新体系在原有数据的基础上添加了关于PLC是否宣布液压泵启动指令的点位，协助运维人员判断PLC和液压泵的作业状况，进而剖析毛病来自于液压体系仍是电控体系。新增的55个状况字弥补了原有体系在风机操控体系数据收集方面的缺乏，完成了操控组织和履行组织运转数据的分隔收集，是风力发电机组毛病剖析的重要参阅。
5.结语
本文研究了某风电场对某直驱风力发电机组SCADA体系进行改造的进程。风电场在原有SCADA体系存在通讯质量和发电效能问题的布景下，经过老旧设备更新、操控算法调整和数据收集优化的方法构建出一个新的SCADA体系，使风电机组在通讯安稳性、毛病诊断准确性和运转可靠性等方面均获得明显提高，对其他风电场SCADA体系的改造作业具有借鉴含义。