PcVue在IberdrolaRenovables公司可再生能源业务中的应用———Pc

［编辑简介］：本文介绍了Iberdrola Renovables 公司选择WindCORE 系统的原因与实现过程，分析了系统的软件架构、功能特点及“大后台、小前端”的可再生能源发电设备运营模式。［摘要］：根据Iberdrola Renovables 公司可再生能源业务的发展及各国政府和电网企业对电网稳定安全运行的要求，2003 年7 月公司在西班牙托莱多建成CORE 运营中心，集中化实时监控公司在全球分布的可再生能源发电设备，重点监控公司的风力发电设备。CORE 运营中心的建成，为Iberdrola Renovables 公司形成“大后台、小前端”的检修运营模式提供了技术实现的可能。［关键词］：PcVue WindCORE 系统 HidroCORE SolarCORE
  1. 截至2010 年6 月30 日，Iberdrola Renovables 的发电设备在12 个国家运行，它们分别是西班牙、美国、英国、希腊、法国、波兰、意大利、葡萄牙、墨西哥、德国、巴西和匈牙利。公司近2000 名员工，其中在美国约有850 名员工。
2. 测风设备、测太阳能强度设备和计量发电量等相关设备。
3. 如风电场需要实现低电压穿越等功能。
4 . T h e R e n e w a b l eEnergies Operating Centre
（简称：CORE）
   
  CORE运营中心
  
  据Iberdrola Renovables 公司主管CarlosGascó 介绍，为了实时监控管理好分布在全球1的可再生能源发电设备、变压器设备、测量及计量设备2 和实现特殊功能的设备3，公司采用了先进的技术工具，构建了企业级生产实时监控平台，对成千上万台设备产生的实时运行数据进行统一的采集、汇总、存储及数值趋势变化情况等进行图形可视化的分析和展示，提高了维护和管理企业设备资产的能力，也为公司开创检修运维新模式奠定了技术基础。西班牙政府规定，可再生能源运营商必须建立实时监控中心，并网的可再生能源发电厂必须具备有功/ 无功功率控制、发电量预测和低电压穿越等功能，并将电厂有关运营信息及时发送.
  给西班牙电网公司（Red Electrica），便于运营商竞价上网及电网公司进行电力调度工作。随着全球电源结构的优化，可再生能源的比重增大，在Iberdrola Renovables 公司全球化过程中，越来越多地遇到当地政府和电网企业出台技术规范，要求在当地并网的可再生能源电厂必须具有有功/无功功率控制、发电量预测和低电压穿越等功能，提高并网能源质量，否则不予并网售电。
  
  
  
   
  
  ◇中心发展现状
  2003 年7 月，Iberdrola Renovables 公司在西班牙马德里南部城市托莱多（Toledo）投资400 万欧元建成可再生能源运营中心-CORE4 。从可实时监控的可再生能源发电设备容量、能实时监控的可再生能源发电种类5 及运营中心采用的技术角度来看，CORE 运营中心已经成为全球能源行业，特别是可再生能源生产运营方面可堪表率的创新工程。
  
  
  
   
   
  为了实现在灾难发生时，保持生产运营业务的持续性，2009 年Iberdrola Renovables 公司在西班牙巴伦西亚建设了一座支持中心，与位于托莱多的运营中心互为备份，极大提高了公司业务的连续性。最近几年，随着公司在北美大陆，特别是美国本土境内风电业务的大量持续投入（截至2010年6 月30 日，公司在美国风电装机容量达3877兆瓦，公司计划未来两年中，每年在美国新增1000 兆瓦风电装机容量）和海上风电业务在英国海岸陆续展开，公司开始着手将托莱多CORE运营中心实现的技术创新成果移植到美国和英国，并初见成效。2010 年初，在美国俄勒冈州波特兰市，Iberdrola Renovables 公司完成建造NationalControl Center（国家监控中心，简称NCC），主要用来实时监控分布在全美23 个州的41 座风电场，约2500 多台风电机组，其总装机容量达3877 兆瓦。并同时与位于西班牙托莱多的CORE运营中心相互链接。目前，公司位于英国格拉斯哥附近的Whitelee 风电场6 的监控中心正在建设中，计划在2010 年底完成与西班牙托莱多CORE运营中心的链接工作。预计到2012 年底，Iberdrola RRenovables 公司的可再生能源总装机容量至少达到16000 兆瓦，公司计划将来建成投产的海上风电及其他可再生能源发电设备都会陆续接入西班牙托莱多CORE 运营中心进行实时监控。
   
  
  
   
  
   
  安装在发电厂的生产实时监控子系统从现场运营中心的技术人员协同工作，对设备进行维护与检修，减少设备平均停机时间，提高设备可利用率，使每台发电设备在技术管理和生产效益达到最优，整体上实现企业持续改进生产运营效率的战略目标。
   
  Iberdrola Renovables 公司基于CORE 运营中心的实时监控平台与其他实现特殊功能的实时控制系统集成，开发实现了预测电厂发电量7、有功/ 无功功率控制、低电压穿越和视频监控等功能。同时也实现了与设备资产管理等其他信息管理系统的集成。以下对CORE 运营中心运行的主要系统做简单介绍。
   
  ◇MeteoFlow系统：企业级风电场生产电量预测系统
   
  为了将电厂生产的电能送入电网进行交易，同时也便于电网调度和保持电网的安全性与稳定性，西班牙《再生能源推动法案》RD611-2007要求电厂运营商提供对未来72 小时内生产的电量的预测数据，并根据实际情况每4 小时修正预测值。MeteoFlow 系统基本功能实现了给IberdrolaRenovables 公司的各个风电场提供未来24 小时内生产电量的多版本预测模型，每个版本的预测模型根据各电厂的情况由CORE 运营中心气象等多方面专家做出不同的参数调整，从而根据不同预测模型给出每个电厂不同状况下的预测电量。
   
  ◇Domina系统：企业级可再生能源发电设备资产管理系统
  Domina 系统主要目标是管理全球的风电和小型水电设备资产，通过改善设备的可靠性与设备的预防性检修，整体提高设备利用率，同时实现了发电设备资产管理的统一平台。Domina 系统采集（与CORE 运营中心的实时监控平台做集成，采集到电厂设备的相关数据）、分析设备运行数据，为将来建设电厂的设备设计选型提供重要的参考数据（如通过机组运行实时数据得出实际功率曲线与理论或预期曲线作对比等多种手段），同时提供快速定位设备在运行过程中各种部件的缺陷、诊断出设备缺陷的原因、执行恰当的预防性维修工作等功能。
  
  
  
   
  
  ◇SolarCORE 系统：企业级太阳能发电实时监控系统
  
  SolarCORE 系统目前主要是解决Iberdrola Renovables 公司远程实时监控太阳能（光伏/ 光热）发电厂运行设备的系统，将分布的光伏/ 光热发电厂的发电运行设备（太阳跟踪器、光伏转换器、太阳光强度检测器、现场控制系统和升压站等）的相关数据采集到CORE 运营中心，对采集到的数据统一存储和展现，帮助Iberdrola Renovables 公司工作人员对光伏/ 光热电厂的设备进行本地与远程相互结合的检修与维护工作，同时跟电网企业进行实时电力调度信息交换。截至2010 年6 月30 日，Iberdrola Renovables 公
  司太阳能光热发电容量是50 兆瓦。
   
  ◇HidroCORE系统：企业级小型水电站发电实时监控系统
   
  HidroCORE 系统目前主要是解决Iberdrola Renovables 公司小型水力发电站发电设备的实时监控系统，支持远程与本地操作与控制，其主要实现自动发电控制、自动化电压控制和水资源管理等功能。Iberdrola Renovables 公司的63 座小型水电站全部分布在西班牙，截至2010 年6 月30日的装机容量是342 兆瓦。
   
  ◇WindCORE系统：企业级风力发电实时监控系统
   
  Iberdrola Renovables 公司最先投入使用的是WindCORE 系统，在此基础上，最近几年陆续推出MeteoFlow、DOMINA、SolarCORE 和HidroCORE等系统。WindCORE 主要功能是实时监控Iberdrola Renovables 公司风电设备，基于实时操控风电机组的要求，能大量采集与管理设备产生的运行数据，实现对风电机组的有功/ 无功功率的控制、故障报警和低电压穿越等高级功能。同时跟第三方机构（如电网调度中心）、其他管理系统（比如企业资源管理系统）实现数据交换与集成。
   
  WindCORE系统
  
  Iberdrola Renovales 公司CORE 运营中心经理Gustavo Moreno Gutiérrez 介绍，公司自2003年7 月建成WindCORE 系统后，所收集、存储及分析的风电机组数据信息，比任何一家风电机组制造商都要多。根据这些实时数据与存储的历史数据，进行数据分析工作，在提高我们风电运营水平的同时，能帮助我们开展新建风电项目风电机组选型等多种设计工作。此外，根据风电运营的实际结果，在风电机组设备质保期内监督风电机组制造商合同承诺履行状况。目前，Iberdrola Renovables 公司主要从9 家风电机组制造商采购风电机组。未来，随着公司在全球业务持续开展以及风电机组技术的进步，公司通过与风电机组制造商进行谈判，达成战略合作，争取其开放通讯协议与数据接口，确保WindCORE 系统获得更多、更丰富的风电机组数据。最重要的是，WindCORE 系统得到准确、可靠的风电机组数据后，以统一的数据标准，在企业层面上整合不同制造商的风电机组运行数据，以统一的图形化方式分析与展现风电机组运行状况。在托莱多CORE 运营中心，WindCORE 系统主要功能8 是采集每台风电机组350 多个信息点数据，以一定的频率存储这些信息点的数据，工作人员就可以实时监控到接入WindCORE 系统中的每一台风电机组的实时状况，实现对风电机组运行和维护等不同主题的分析工作。必要时，托莱多的CORE 工作人员可以远程操控风电机组（比
  如启动或停止风电机组）。WindCORE 系统报警发现有严重故障风电机组时，CORE 运营中心工作人员通知当地维护人员去现场查看风电机组，与现场维护人员协同工作，尽快排除风电机组故障。正如Iberdrola Renovables 公司CORE 运营中心经理Gustavo Moreno Gutiérrez 所说：“我们就是要尽可能减少风电机组停机时间，提高每台风电机组生产的电量。
   
  ◇ WindCORE 系统面临的挑战
  
  风电是波动性的可再生能源，每台风电机组容量小，风电机组地域分布广，需要实时监测与维护的设备分布距离远。风能资源丰富的风电场所在地区往往是人口密度小、用电负荷小，电网接入状况也往往不太理想。每台风电机组需要采集的信息数据点在350 到1200 个之间，其中大多数都是数字信号，有50 到60 个模拟信号。风电机组的SCADA 控制系统往往也有很大的差异，采用的协议往往不同，这给实现企业WindCORE系统带来不小的挑战。Iberdrola Renovables 公司大规模发展风电业务也要求提高对风电设备管理水平，尽可能在风电机组20 多年的生命周期内实现满发、多发，同时降低设备运维成本。定量分析由于维修、电网限电、设备质保或天气等多种原因造成的电量损失情况，准确定位损失原因。查找设备故障根源，提高公司风电场设备利用率。
  
  
  
   
   
   ◇ WindCORE 系统技术路径的选择
  
  面对以上技术层面、业务管理和政策法规等诸多方面的挑战，Iberdrola Renovables 公司给出
  如下三种技术上的解决路径9。
  ①使用风电机组制造商提供的SCADA 控制系统；
  ②基于关系型数据库系统定制开发；
  ③部署第三方现成的基于实时/ 历史数据库系统的软件包。
   
  风电机组制造商提供的SCADA 控制系统主要是用来在本地监控每一台风电机组的运行状况，由于根据测风数据等多种因素选用不同厂家的机型，风电机组制造商提供的SCADA 控制系统就会有很大的不同。比如GE、Vestas 和Gamesa 这三家风电机组制造商提供的SCADA 控制系统就有很大的差别，使用的通讯协议也不统一。采用技术路径①不能实现企业级实时监测风电机组的功能，也缺乏有效的技术手段去大量存储这些实时数据并进行分析。出于保护知识产权和商业秘密的目的，制造商一般不提供有关的通讯接口与第三方实时控制设备、管理信息等系统进行集成。所以基于技术路径①来搭建企业级WindCORE 系统基本行不通。基于关系型数据库系统定制开发WindCORE系统似乎可行，但是如果仔细分析关系型数据库系统，就会发现，在实时数据采集与监控方面，关系型数据库系统基础上开发的系统有先天的不足。关系型数据库系统是面向“慢节奏”事务性数据处理，主要应用在电子商务、金融管理及电信计费等领域，因此不能很好的满足工业生产、实时应用的需求，特别是在需要实时监控的信息点达到百万、千万数量级的时候，基于关系型数据库系统定制开发的系统会有无法克服的性能问题。所以基于技术路径②来搭建能处理实时变化的数据，维护数据的实时性与真实性，并且需要监控的信息点在百万甚至千万数量级的WindCORE系统也基本不可行。采用技术路径③是现在绝大多数风电运营商采取的策略10。通过直接使用第三方提供的解决方案，大部分需要的功能都基本在软件包中实现。在此基础上，培养自己的技术开发团队或外包开发任务，根据公司生产业务管理的需求，在第三方提供的软件包的基础上开发实现高级功能。
  
  
  
   
   
   ◇WindCORE系统的实现
  
  托莱多CORE 运营中心的工作人员利用WindCORE 系统，就可以将Iberdrola Renovables公司在全球分布的风电场实时综合信息，通过电脑屏幕或显示大屏展现出来，同时能够通过简单的鼠标操作就可以追溯信息数据来源。这些实时综合信息主要有风电场地理信息（如与Google Earth 等地球地理信息系统做集成实现）、风电场的发电量、当地风速/ 风向和预计电量等实时数据。CORE 运营中心的工作人员通过鼠标点击到某个风电场，就能实时地看到某个风电场运行信息，这些信息主要有风电机组在风电场实际分布情况、每台风电机组的运行状态、风电机组可用率情况，风电场运行效率，未来24 小时每台风电机组发电量预测等信息。此外，工作人员利用WindCORE 系统，可以实时监控到与风电场相关的升压站的电压、电流、油温和计量电表数值等信息，并给出这些实时信息的可视化曲线图。风电机组的“健康”状况对保证Iberdrola Renovables 公司持续盈利非常关键，CORE 运营中心的工作人员通过WindCORE 系统可以观测到风电机组内部关键部件的实时数据信息，帮助CORE 工作人员判断风电机组的“健康”状况。这些信息主要有传感器（包括风电机组自带的和后安装的）的风速、风电机组电量、变桨角度和温度（来自风电机组的SCADA 控制系统和风电场的塔测风设备）、报警信息和日志信息（来自风电机组的SCADA 控制系统或CORE 运营中心的运行的其他系统），振动和谐波实时数据（来自风电机组增值服务设备）、风电机组的油液分析数据（通过实验室专业设备分析得出）、有/ 无功功率控制和低电压穿越（通过风电机组内部实现此功能的专业设备）等信息。WindCORE 系统与Iberdrola Renovables 公司的ERP（企业资源计划管理系统）的工厂维护模块（PM）做集成，保存维护日志、工作记录和设备资产管理信息等数据信息，在公司全球范围内记录、积累和分享维修风电机组等方面的专业知识库和专家库，形成Iberdrola Renovables 公司专有的知识管理系统，这对Iberdrola Renovables 公司集中化实时远程监控、维护风电机组和提高风电机组设备资产管理水平和维护专业知识培训起到积极的作用。Iberdrola Renovables 公司当初构建WindCORE系统的目标现在都已基本实现。通过集中化的WindCORE 远程实时监控系统，降低了公司运营与维护成本；24 小时实时监控风电机组及升压站、天气等实时状况，远程诊断风电机组故障原因，指导当地维护人员工作，提高当地风电机组维护人员的工作效率，减少由于风电机组故障产生的电量损失；集中化实时与当地电网公司就风电场的有功/ 无功功率控制、预测发电量和低电压穿越等信息实时通信，满足电网公司并网的技术要求及当地政府的政策法规；同时也集中实现与公司其他信息系统的集成，多种图形化表现形式展现数据分析结果。
   
  
   
  
   
  
   
  结束语
   
  通过对Iberdrola Renovables 公司建设WindCORE 系统时面临的挑战、不同技术路径的权衡和采取的具体技术路径策略的分析，我们发现，有如下3 个关键点值得关注，对实现类似WindCORE 系统有很大启发与借鉴意义。集成功能：WindCORE 系统集成功能要强大，实现远程24/7/365 的实时监测、控制及数据采集功能，同时必须能与不同风电机组制造商的SCADA 控制系统通信，准确地将数据采集到WindCORE 系统中。同时还必须与升压站的设备、测风塔的设备、传感器等其他需要采集数据的设备进行实时通信。分析功能：WindCORE 系统需要在能存储大量数据的基础上，实现各种不同主题各时间段的分析功能，实时展现分析的结果，同时将分析得出的结果与其他信息管理系统进行通讯，比如与电网企业进行实时通讯，满足电网企业对电网安全调度和上网电量计量等要求。扩展功能：WindCORE 系统的架构合理，通过简单的软、硬件扩容， 就能满足Iberdrola Renovables 公司现在及未来每年至少新增2000兆瓦装机容量的需要。同时在WindCORE 系统的软件架构基础之上，还能根据安全生产业务发展的要求，开发实现更多的功能，如有功/ 无功功率控制、发电量预测和低电压穿越等高级功能。Iberdrola Renovables 公司在基于实现WindCORE 系统成功经验的基础上，先后实现了MeteoFlow、HidroCORE、SolarCORE 和资产管理DOMINA 等系统。现在，位于托莱多CORE 运营中心的30 多位工作人员通过WindCORE、HidroCORE和SolarCORE 系统，集中化实时监控分布在全球的可再生能源发电设备的运行状况，逐步形成基于设备状态，本地与CORE 工作人员协同互助的集中化检修和维护新运营模式，这种“大后台、小前端”的可再生能源发电设备运营模式提升了IberdrolaRenovables 公司持续盈利水平。