安(ān)科(kē)瑞 陳(chén)聰(cōng)

作(zuò)為(wéi)清(qīng)潔能源之一，風力發電場近(jìn)幾年裝機(jī)容(róng)量(liáng)快(kuài)速增(zēng)長(cháng)。8月(yuè)17日(rì)，國(guó)家(jiā)能源(yuán)局發布1-7月(yuè)份全(quán)國電(diàn)力工業(yè)統計數(shù)據(jù)。截至(zhì)7月(yuè)底(dǐ)，全(quán)國累計(jì)發電(diàn)裝機(jī)容(róng)量(liáng)約27.4億千(qiān)瓦，同比增(zēng)長11.5%。其中，太(tài)陽能(néng)發電(diàn)裝(zhuāng)機容(róng)量約(yuē)4.9億千(qiān)瓦(wǎ)，同比增長42.9%；風電裝(zhuāng)機容(róng)量(liáng)約(yuē)3.9億(yì)千瓦，同(tóng)比增長(cháng)14.3%。風(fēng)力發(fā)電(diàn)場分為(wéi)陸(lù)上(shàng)風電(diàn)和海(hǎi)上風(fēng)電(diàn)，一(yī)般(bān)地處偏(piān)僻，安裝比較分(fēn)散(sàn)，環境也(yě)比較惡劣，因此風電(diàn)場需要(yào)一(yī)套(tào)遠(yuǎn)程(chéng)監控(kòng)係(xì)統，便於運維人員(yuán)管理(lǐ)風(fēng)電(diàn)場(cháng)運(yùn)行。

1. 風力(lì)發電(diàn)場的電氣(qì)設備(bèi)

每台發電(diàn)機組(zǔ)的(dí)頂部(bù)機(jī)倉配備(bèi)有一個渦輪發(fā)電機，前端是可調整(zhěng)角度(dù)的風(fēng)葉，係(xì)統(tǒng)可根據(jù)不同的風力(lì)狀況來(lái)調(tiáo)整(zhěng)風葉(yè)的傾(qīng)斜角度，風葉一般(bān)的轉(zhuǎn)速為(wéi)10～15轉(zhuǎn)/分(fēn)，通(tōng)過變速(sù)箱可調(tiáo)節到(dào)1500轉(zhuǎn)/分(fēn)的(dí)轉速驅動(dòng)發電機(jī)。在機(jī)倉裏(lǐ)同時(shí)也配置(zhì)一台工業 PLC用(yòng)於控製及相(xiāng)關(guān)數據(jù)采集，通過(guò)PLC采(cǎi)集(jí)風(fēng)速，風向，轉(zhuǎn)速，發電(diàn)有(yǒu)功(gōng)功率及無功(gōng)功率等相(xiāng)關數(shù)據，並通過采集的(dí)數(shù)據(jù)對發(fā)電機進(jìn)行(háng)實(shí)時(shí)控製。陸上(shàng)在(zài)風機塔底端(duān)還設(shè)置箱變負責升壓和匯流，根(gēn)據功率和(hé)地理(lǐ)條件(jiàn)，多(duō)台(tái)風機一次(cì)升(shēng)壓(yā)後(hòu)並聯(lián)匯流接入升壓(yā)變(biàn)電(diàn)站(zhàn)，通過升(shēng)壓(yā)變壓(yā)器進一步(bù)提(tí)升(shēng)電壓(yā)後並入(rù)大(dà)電網(wǎng)為電網(wǎng)輸送(sòng)電(diàn)能(néng)。風力(lì)發(fā)電場(cháng)的(dí)電氣(qì)接綫示意(yì)圖(tú)如圖(tú)1所示。風(fēng)機發出的(dí)電(diàn)壓(yā)一般(bān)為0.69kV，經過(guò)箱(xiāng)變升壓為(wéi)10kV或者35kV，多台並(bìng)聯(lián)匯流後接入升壓變(biàn)電(diàn)站的低壓側母綫，再次經過主(zhǔ)變(biàn)壓器升(shēng)壓至110kV或(huò)者更高電(diàn)壓(yā)等級後接入電網。

不(bù)同於陸(lù)上(shàng)風電，海(hǎi)上風電(diàn)由於(yú)環境惡劣(liè)（高濕(shī)度(dù)，高鹽密度(dù)），用於(yú)一次(cì)升壓(yā)的幹(gān)式(shì)變壓器集成(chéng)在(zài)風機(jī)的(dí)機倉內，這樣(yàng)既解(jiě)決(jué)了整個(gè)機組(zǔ)的占地麵積問題，又(yòu)避(bì)免了(liǎo)將變(biàn)壓(yā)器(qì)安裝在較低位(wèi)置(zhì)所(suǒ)帶來的(dí)防護(hù)困難問(wèn)題(tí)。

圖(tú)1 風(fēng)力發(fā)電(diàn)場電氣接(jiē)綫示意(yì)圖(tú)

2. 風力發電場的保(bǎo)護和測(cè)控(kòng)設備(bèi)

風(fēng)力發(fā)電(diàn)場從風(fēng)機發電(diàn)-升壓箱變-匯流-升壓站中壓母(mǔ)綫--主(zhǔ)變(biàn)壓(yā)器-升壓(yā)站高(gāo)壓母綫(xiàn)--高(gāo)壓(yā)出綫--電(diàn)網並網，中(zhōng)間需(xū)要經(jīng)過兩(liǎng)次升壓後(hòu)並入電網，電氣設備的數(shù)量和種類比較多，任(rèn)意(yì)環節出現故(gù)障都會(huì)影(yǐng)響風力發(fā)電(diàn)場的(dí)正常運(yùn)行(háng)。因此(cǐ)需(xū)要在風力(lì)發電場的各個環(huán)節設(shè)置(zhì)保(bǎo)護(hù)和測控(kòng)裝置，監測風(fēng)電場(cháng)的(dí)運(yùn)行(háng)狀態(tài)。圖2為風(fēng)力發電(diàn)場的保(bǎo)護(hù)和測(cè)控裝(zhuāng)置配(pèi)置示(shì)意圖。

圖2 風力(lì)發(fā)電(diàn)場保護(hù)測(cè)控裝(zhuāng)置配置圖(tú)

2.1 箱變測控(kòng)裝(zhuāng)置

在(zài)陸上風(fēng)力發電場(cháng)為降低綫路損(sǔn)耗，一般在(zài)風(fēng)機(jī)旁配置(zhì)0.69/35(10)kV箱式升壓站(zhàn)。風(fēng)電(diàn)場(cháng)各風(fēng)機(jī)間距達(dá)數(shù)百米，離(lí)集控室較遠；升壓變均處於(yú)空曠的野外，自(zì)然環境(jìng)比(bǐ)較惡劣，不(bù)方(fāng)便(biàn)人(rén)工(gōng)巡視，使(shǐ)得(dé)箱變測控(kòng)成為風電(diàn)場(cháng)的(dí)監控難(nán)點(diǎn)。箱變測控(kòng)裝(zhuāng)置是風(fēng)電(diàn)場監(jiān)控係統的核心部(bù)分(fēn)，對箱變(biàn)實現智(zhì)能化(huà)管理。箱變測(cè)控裝置能夠對風(fēng)電箱(xiāng)變(biàn)進(jìn)行保護和(hé)遠程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“遙信(xìn)，遙(yáo)測，遙(yáo)控，遙調”功(gōng)能，大(dà)大提(tí)高(gāo)風電(diàn)場的運維效率。

圖3 風(fēng)力發電場(cháng)箱(xiāng)變測控(kòng)裝置(zhì)

AM6-PWC箱變保(bǎo)護測(cè)控裝置(zhì)針對(duì)風電(diàn)及光伏升壓變(biàn)不同要(yào)求(qiú)的(dí)集保(bǎo)護，測控(kòng)，通訊一(yī)體化裝置(zhì)，其(qí)功能配(pèi)置如(rú)下表所示(shì)。

2.2 低壓側綫路(lù)和母(mǔ)綫(xiàn)保護(hù)測控

多台(tái)風(fēng)機經過第一次(cì)升壓(yā)為(wéi)35(10)kV後(hòu)並聯(lián)為(wéi)一個回路(lù)接(jiē)入升壓變電站低(dī)壓側母綫(xiàn)，當風(fēng)電(diàn)場風(fēng)機數量比(bǐ)較(jiào)多時(shí)，匯入升(shēng)壓(yā)變(biàn)電(diàn)站低壓側母綫(xiàn)的(dí)綫路也(yě)比(bǐ)較(jiào)多。為了實(shí)現監測(cè)，綫路配置綫路保護(hù)裝置(zhì)，多(duō)功能測(cè)控(kòng)儀(yí)表(biǎo)，電(diàn)能質(zhì)量監測裝置，無綫(xiàn)測(cè)溫(wēn)裝(zhuāng)置(zhì)，實現(xiàn)對綫路(lù)電氣(qì)保護，測(cè)量(liáng)以及(jí)溫度的實時(shí)監(jiān)測(cè)，低(dī)壓(yā)側母綫(xiàn)設置弧光保護裝置(zhì)

表(biǎo)1 低壓側綫(xiàn)路，母(mǔ)綫保護(hù)測控配(pèi)置

2.3 主(zhǔ)變壓器保護(hù)測控(kòng)

風(fēng)機發電在低壓側母綫匯流後(hòu)經過(guò)主(zhǔ)變(biàn)壓(yā)器升(shēng)壓至(zhì)110kV並入(rù)電(diàn)網。主變(biàn)壓器配置差動(dòng)保(bǎo)護，高(gāo)後備(bèi)保(bǎo)護，低後備保護(hù)，非電量(liáng)保護，測(cè)控裝(zhuāng)置(zhì)及(jí)變壓(yā)器溫(wēn)控，檔(dàng)位變送(sòng)器，實(shí)現對(duì)主(zhǔ)變壓器(qì)的保(bǎo)護測(cè)控功(gōng)能，集中組屏安裝。

表(biǎo)2 主變(biàn)保(bǎo)護測(cè)控配置

2.4 高(gāo)壓(yā)綫路(lù)保(bǎo)護測控(kòng)

風(fēng)力發(fā)電場發出(chū)的(dí)電能經(jīng)過(guò)兩次升壓(yā)至(zhì)110kV後並入(rù)電(diàn)網(wǎng)，110kV綫(xiàn)路(lù)配置光纖縱差保護(hù)，距離保護，防(fáng)孤(gū)島保(bǎo)護，測(cè)控裝(zhuāng)置(zhì)等。

表(biǎo)3 110kV綫路(lù)保(bǎo)護測(cè)控配(pèi)置(zhì)

3. 風力(lì)發電場監(jiān)控(kòng)係(xì)統

風(fēng)力(lì)發電(diàn)場監(jiān)控平台實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場(cháng)的運(yùn)行狀(zhuàng)態(tài)和(hé)風機(jī)的實(shí)時(shí)數據進行監測，控製(zhì)和管(guǎn)理，提高風(fēng)電場的可靠(kào)性和運(yùn)行效率，降低維護成本(běn)，實現智能化管理。風(fēng)力發電(diàn)場占(zhān)地(dì)麵積(jī)比較大，設備(bèi)分散(sàn)，係統對(duì)數據通訊可(kě)靠性(xìng)和實時性要求比(bǐ)較高。在具備條(tiáo)件(jiàn)的情(qíng)況下采用(yòng)光(guāng)纖冗餘環(huán)網進(jìn)行(háng)數據(jù)采(cǎi)集(jí)和通訊，也(yě)可以(yǐ)采(cǎi)用(yòng)LORA無(wú)綫方式進行數(shù)據傳輸。

圖4 風力發(fā)電(diàn)場監(jiān)控(kòng)係(xì)統(tǒng)圖(tú)

風機機(jī)組(zǔ)PLC和(hé)箱變測(cè)控裝置(zhì)數(shù)據通(tōng)過(guò)光(guāng)纖環(huán)網上(shàng)傳(chuán)至控製(zhì)室數據服(fú)務(wù)器，升壓站綜合自(zì)動(dòng)化(huà)係(xì)統(tǒng)數據(jù)通(tōng)過以太網(wǎng)上(shàng)傳數據服務(wù)器，多(duō)功能儀表，無(wú)綫測溫(wēn)，溫度(dù)變(biàn)送器，檔位變(biàn)送器，直流係統(tǒng)以(yǐ)及其(qí)它(tā)智(zhì)能(néng)設(shè)備接入通訊管(guǎn)理(lǐ)機(jī)上(shàng)傳(chuán)數據服務器，如(rú)圖(tú)4所(suǒ)示。

圖(tú)5 風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)控界麵

3.1 風場監(jiān)控(kòng)

對整(zhěng)個風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的(dí)基本(běn)參數(shù)（包括(kuò)風速(sù)，功率，轉速等(děng)）的綜(zōng)合展示(shì)，並且可通(tōng)過遠(yuǎn)程(chéng)控製單(dān)個(gè)或多(duō)個(gè)風(fēng)機(jī)的(dí)啟停，實現對每(měi)個(gè)風機(jī)的日(rì)發(fā)電(diàn)量，月發(fā)電量(liáng)，年發電(diàn)量的監(jiān)控(kòng)，便(biàn)於實時(shí)監(jiān)視風機的(dí)運行狀況。

3.2 機組監(jiān)控(kòng)

對(duì)機組內的(dí)各個(gè)控(kòng)製模塊(kuài)的參(cān)數(shù)以及控製狀(zhuàng)態的監控，模塊包括：變槳，偏(piān)航(háng)，齒輪箱(xiāng)，發(fā)電機，液(yè)壓(yā)站，機艙，變流器(qì)，電網，安全(quán)鏈，轉(zhuǎn)矩，主軸(zhóu)，塔基(jī)，測(cè)風儀等(děng)。實現對(duì)每個模塊的(dí)參數，故障及(jí)趨勢圖的綜合展(zhǎn)示。

3.3 實時數(shù)據(jù)顯(xiǎn)示(shì)

風電場(cháng)內的風機，變(biàn)電站(zhàn)等(děng)設備都(dū)配備傳(chuán)感器和(hé)監(jiān)測(cè)設(shè)備(bèi)，能夠(gòu)實時采集設備(bèi)的(dí)運(yùn)行電氣數(shù)據，溫度，振動等參數，異常時(shí)及時預(yù)警。

3.4 功(gōng)率管(guǎn)理(lǐ)

對有功(gōng)參(cān)數(shù)和(hé)無功(gōng)參數的(dí)展示(shì)，有功(gōng)與無(wú)功的控(kòng)製調(tiáo)節等功(gōng)能，切實可行的(dí)降低企業的(dí)運(yùn)營(yíng)成(chéng)本(běn)，為實現節能減(jiǎn)排(pái)的(dí)目(mù)標提(tí)供數據支(zhī)撐。

3.5 生(shēng)產報(bào)表(biǎo)

對風電量，風場(cháng)性能指(zhǐ)標，機組(zǔ)新(xīn)能等(děng)重要參數(shù)進行報(bào)表(biǎo)功(gōng)能的(dí)顯示(shì)和(hé)，支持按照時(shí)間維度(dù)（日(rì)，月(yuè)，年）統計(jì)各風電(diàn)場設(shè)備的運(yùn)行(háng)情況。按(àn)日(rì)，月(yuè)，年的查(chá)詢方式(shì)，對重要參(cān)數(shù)進(jìn)行分類分項(xiàng)統計，並生成報(bào)表(biǎo)。

3.6 統(tǒng)計分析(xī)

支(zhī)持多種統計(jì)分析(xī)功(gōng)能(néng)，充分挖(wā)掘數(shù)據(jù)潛(qián)在價值(zhí)，提(tí)供節能優化方案(àn)，為管理(lǐ)者提供決(jué)策依(yī)據，切實(shí)可(kě)行的提(tí)高(gāo)企業的(dí)管理(lǐ)水(shuǐ)平，並且(qiě)實現(xiàn)節(jié)能減排(pái)，科學生(shēng)產的目標(biāo)。分(fēn)析(xī)方(fāng)式包括：故(gù)障(zhàng)統(tǒng)計(jì)，功率曲綫，可利用(yòng)率統計(jì)，風玫瑰圖(tú)，風(fēng)速(sù)功率(shuài)報表(biǎo)，月(yuè)日(rì)利(lì)用(yòng)率(shuài)以(yǐ)及停機(jī)時(shí)間統計(jì)等(děng)。