摘要：目前现有的风电机组监控系统主要是采集风电机组的实时参数，却不能直观全面地监视设备运行状态。如何有效的控制大规模风电机组并网以适应电网的要求，解决风电并网的技术难题，将风电加入智能电网已经被认可是解决并网难题的一种方法。智能电网拥有先进的传感和测量、传输和控制方法，从而增强电网的可控性，实现风电安全可靠且高效的并网。然而随着风电加入智能电网，作为风力发电重要组成部分的ScADA系统存在一定的局限，不能满足智能电网发展的要求。所以对风电SCADA系统进架构设计，给出了系统总体架构方案，使之适应智能电网的发展。
关键词：物联网；风电；SCADA
近年来物联网技术快速发展，在各行各业中都可以看到物联网技术的应用，体现我们对现代科学技术的掌握、认知及处理应对能力的显著提高。而其在风电方面的应用，会有效降低发电成本进而提高发电企业盈利能力以及国家对节能减排作用的重视而更容易实现。但是，由于物联网技术作为新生事物的特性导致其在系统的安全性、可靠性和稳定性等方面，依然存在大量的问题需要深入研究，而风电则对安全性和稳定性的要求更高，这就需要我们对实际使用的系统进行更加严格周密的测试，才可以投入使用。
一、SCADA系统概念
SCADA系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。SCADA系统应用最为广泛的领域就是在电力系统中的应用，其技术发展也相对成熟。它具有信息完整、加快决策、提高效率、正确掌握系统运行状态、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，因此，成为电力调度不可缺少的工具。SCADA系统还对提高电网运行的可靠性、减轻调度员的负担、提高安全性与经济效益、调度的效率和水平、实现电力调度自动化与现代化这几方面起着无可替代的重要作用。
二、物联网
在工业自动化迅猛发展的背景下，物联网必然成为新的发展趋势。物联网是一个完全开放的网络系统，但SCADA系统大多涉及信息安全等方面。目前sCADA系统的建设模式己经相对成熟，基于物联网在做改进设计的时候，在一定程度上需要参考现有的SCADA系统方案架构。改进后的系统需要实现集成多种信息化技术，例如在线优化、在线监控、在线设备管理等，以更好得完成企业的生产管理。
增加终端监测点在SCADA系统中的数据监测，不太关注各类测量仪表的设备状态，而对于物联网来说，为了获取更多更准确的信息数据，其要求监测所有终端设备，而不仅仅是生产设备。在设计方面，要增加大量终端设备的监测点。整个网络架构设计可采用多种拓扑结构多重组合，并充分考虑简洁高速、安全、便捷等特点，构建出新的网络拓扑结构。物联网的三层网络架构，感知层可以采用无线传感网络的设计，具有近距离、低功耗、低数据速率、低成本等特点。在物联网的网络结构中，由于设计多重通讯路径能够使发生单节点故障后各设备间通信不受其影响，从而大幅度提高通信的可靠性，所以在结构中，任意设备之间的通讯大多采用多重通讯路径。
三、基于物联网的风电SCADA系统的系统架构
根据物联网与SCADA系统的特征，在基于物联网的前提下，对原有的风电SCADA系统架构进行了改进。在风电系统中应用SCADA系统，可以确保系统信息完整，能够完全掌握风电系统的运行状态，快速诊断系统设备的故障状态，从而做出生产和检修决策，提高生产效率。改进后系统的感知层、网络层、应用层分别由远程测控终端RTu(Remote Terminal unit)、通信网络、远程监控中心和电力调度中心组成。基于物联网的风电SCADA系统架构图，如图所示。
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1、感知层。远程测控终端R7IU主要完成风机PLC数据提取，将设置在风机、变电站、测风塔、气象站等前端的各类智能传感器中信息进行接入采集，RTU可以通过数字I／O和模拟I／0输出信号和接入信号，并接收监控中心的数据传输指令和管理配置指令，完成数据传输和控制任务。此外，还需要对终端加设状态监测点。使用智能电子设备以及其他分析工具对关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合，对整个系统的状态进行评估，如灵活的控制风电场的有功、无功功率，保证电网及风电的安全稳定运行。物联网中测控终端IHU间的通信，采用无线传感器网络WSNfwirelessSenor Network)，一般采用的是2.4GHz免费通信频段的Zigbee技术。由于风电场的地理位置大多比较偏远，若选择铺设有线网络则有造价高、维护困难、铺设艰难、功耗较大等问题。选择使用无线传感网络就可以有效避免以上问题。Zigbee技术是一种双向无线通讯技术，其通讯距离一般可以从标准的75米到数百米，且支持无限扩展。Zigbee技术与其他通讯技术相比，其应用简单、支持节点无限扩展且可靠性高，非常利于扩大系统规模。物联网中的Zigbee无线传感系统由传感器节点、Zigbee路由节点和协调器三部分组成，其中传感器节点负责采集风速、风向、温度等信息数据，并通过无线通信方式将采集到的风机相关信息上传至Zigbee路由节点，然后Zigbee路由节点再将这些信息数据上传到协调器，进行进一步的汇总，最后协调器将信息数据继续上传至网络，通过网络传输，远端中央监控系统机就可以实时监控风电机组的现场数据。
2、网络层。风电场监控系统和远程中心监控系统的通信就是构建于现有的Intemet公众网资源和VPN虚拟网络。Intemet拥有世界范围的平台，可以使所有风电场的网络通信具有同一标准；为了保证系统的安全性，采用VPN技术，VPN是在Intemet上临时建立的安全专用虚拟网络，无需租用专线路，而是依靠Intemet服务提供商在Intemet公众网中建立专用的数据传输通道，构成一个逻辑网络，在数据安全性方面，因VPN技术对所有的数据流量均经过加密和压缩后才在网络中传输，这就给用户信息提供了一定安全性保证。ZigBee技术接入到Intemet网络中是通过内部集成嵌入式TcP／IP协议栈的网关来实现的，可通过配置实现互联网的访问，特殊长距离的也可由以太网作为有线的骨干网，在合适位置接出zigBee以太网网关。
3、应用层。scADA系统的监控、管理和数据处理等功能是在风机中央监控系统和远程监控系统实现的。系统采用的是B／S(Browser／server结构，可以在任何地方进行操作而不用安装其他专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零安装、零维护。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。风电场在运行管理中会产生大量数据，如风机运行、风机故障、物资管理等多方面的信息数据。由于采集的数量非常庞大，在储存数据方面可以采用云储存的方法，利用云端的概念，简化繁杂的系统，从而提高系统的可靠性和安全性。但是，从目前来看，风电机组大量的运行数据并没有得到充分的利用，这与缺少行之有效的数据处理和分析方法有着密切的关系。
结语：
根据物联网无线传感器网络的优势，结合物联网的无线传感器网络Zigbee技术、VPN虚拟专用网络、B／S模式的中心监控系统，对风电SCADA系统进行改进，提出新的SCADA系统架构，按系统结构分层分别进行解析。整个系统能够对风电机组的风速、温度、功率等多种参数进行预测和检测，也能够实现实时监控功能和远程管理功能。
参考文献：
［1］曹理发，尹勇，刘恒辉．基于SCADA系统和 DSP的视频监控系统设计与实现［J］． 电子器件，2019，32( 1) 17．
［2］孙智涛，王振臣，焦敏．基于SCADA系统的汽车防盗系统的设计［J］．电子器件，2019，32( 1) : 15．