1、行業背景
隨著煤碳、石油等能源的逐漸枯竭，人類越來越重視可再生能源的利用。風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74X109MW，其中可利用風能約為2X107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。中國風能儲量很大，分布面廣，僅陸地上的風能儲量就約2.53億千瓦。我國的風電發展起步較晚，但在國家政策的激勵和扶持下也取得了長足的進步，到2010年累計裝機容量可達2000萬千瓦。
風能資源豐富的地區一般都比較偏遠，而且環境惡劣，在風電站中，風電機組分布比較分散、監控參數多，這都會給風電系統的控制帶來不利影響。為充分有效地利用風力進行發電，監控與數據采集(Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA)系統作為自動化控制的核心具有信息完整等優點，能提高效率，正確掌握系統運行狀態，加快決策，有助于快速診斷系統故障狀態，對提高風電場運行的可靠性、安全性與經濟效益具有不可替代的作用。
作為國產監控組態軟件的領軍者，北京三維力控科技一直關注風電行業的發展，結合國外著名廠商倍福（BeckHoff）的嵌入式PC控制器CX1020，總結多年來風電行業的應用經驗，開發了風電專用版監控組態軟件FCWP。
整個監控網絡可以分為三個層次
1） 就地監控部分:布置在每臺風力發電機塔筒的控制柜內，每臺風力發電機的就地控制能夠對此臺風力發電機的運行狀態進行監控,并對其產生的數據進行采集。
2） 中央監控部分:一般布置在風電場控制室內。工作人員能夠根據畫面的切換隨時控制和了解風電場同一型號風力發電機的運行和操作。
3） 遠程監控部分:根據需要布置在不同地點的遠程控制，遠程控制目前一般通過光纖或無線網絡等通訊方式訪問中控室主機進行控制。
德國倍福高性能嵌入式PC CX1020 配備有 1 GHz 的 Intel? Celeron? M CPU，在超低內核電壓下運行，具有低熱功耗的特點，其 TDP（熱設計功率）僅為 7W。雖然設計非常緊湊，卻不需要使用風扇。因為它用 CF 卡作為啟動和存儲介質，所以控制器內無需使用旋轉介質，增加整個系統的MTBF（平均無故障工作時間）。精心的產品設計結構適合在惡劣的氣候環境下正常運行，高速Ether CAT 現場總線結合北京三維力控科開發的風電專用協議，使整個控制系統具有快速控制技術以及實時風場網絡監控等基本特征。
借助于倍福嵌入式PC CX1020的強大功能和風電控制專用模塊實現了對風機各參數的采集與控制：電網參數、氣象參數、機組狀態參數、變槳控制、發電機運行控制和管理（機艙）等。
力控風電設備SCADA監控軟件FCWP 具備風電行業專用的設備負荷專用曲線及監測組件，適合風電場級監控和風電場運維中心的系統集成，采用核心數據庫系統、來實現全國相關各風電場的所有風電機組、繼電保護、風速、發電量、售電量等運行情況的遠程監視和接收匯總，使各級部門都能及時的了解風電機組運行狀態和發電狀況。
運維中心采用實時數據庫系統軟件。構建統一的海量實時生產數據監管平臺，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。網絡結構采用C/S 通信效率高，易擴展，減少投資。運維中心采用雙網關通信，數據通道和用戶上網通道隔離，安全可靠。數據傳輸采用VPN方式，安全可靠，性價比高，系統軟件應該穩定、可靠，可組態，便于維護和二次開發，減少投資。
就地監控部分有下位數據采集處理系統德國Beckhoff嵌入式PC CX1020和上位監控組態軟件力控風電設備SCADA監控軟件FCWP組成。
主控系統：主控系統是風機控制系統的主體，它實現自動啟動、自動調向、自動調速、自動并網、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統就是監控系統、變槳控制系統以及變頻系統(變頻器)，它與監控系統接口完成風機實時數據及統計數據的交換，與變槳控制系統接口完成對葉片的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(變頻器)接口實現對有功功率以及無功功率的自動調節。
變槳控制系統：與主控系統配合，通過對葉片節距角的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，提高了風力發電機組的運行靈活性。目前來看，變槳控制系統的葉片驅動有液壓和電氣兩種方式，電氣驅動方式中又有采用交流電機和直流電機兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術路線及傳統。
變頻系統(變頻)器：與主控制系統接口，和發電機、電網連接，直接承擔著保證供電品質、提高功率因素，滿足電網兼容性標準等重要作用。
1、顯示機組的運行數據，如機組的瞬時發電功率、累計發電量、發電小時數、風輪及電機的轉速和風速、風向等，用風玫瑰圖、曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。
電網參數：包括電網三相電壓、三相電流、電網頻率、功率因數等。電壓故障檢測：電網電壓閃變、過電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對稱等。
氣象參數：包括風速、風向、環境溫度等。
機組狀態參數：包括：風輪轉速、發電機轉速、發電機線圈溫度、發電機前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統油溫、油壓、油位、機艙振動、電纜扭轉、機艙溫度等。
2、顯示風電機組的運行狀態，如開機、停車、調向、手/自動控制以及大/小發電機工作等情況。
（1）主控系統檢測電網參數、氣象參數、機組運行參數，當條件滿足時，啟動偏航系統執行自動解纜、對風控制，釋放機組的剎車盤，調節槳距角度，風車開始自由轉動，進入待機狀態。
（2）當外部氣象系統監測的風速大于某一定值時，主控系統啟動變流器系統開始進行轉子勵磁，待發電機定子輸出電能與電網同頻、同相、同幅時，合閘出口斷路器實現并網發電。
（3）風力機組功率、轉速調節根據風力機特性，當機組處于最佳葉尖速比λ運行時，風機機組將捕獲得最大的能量，雖理論上機組轉速可在任意轉速下運行，但受實際機組轉速限制、系統功率限制，不得不將該階段分為以下幾個運行區域：即變速運行區域、恒速運行區域和恒功率運行區。額定功率內的運行狀態包括：變速運行區（最佳的λ）和恒速運行區。
