摘要：作為清潔能源之一，近年來風(fēng)力發(fā)電場的裝機(jī)容量迅速增長。8月17日，國家能源局發(fā)布了1-7月全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。截至7月底，我國發(fā)電裝機(jī)容量累計(jì)約27.4億千瓦，同比增長11.5%。其中，太陽能發(fā)電裝機(jī)容量約4.9億千瓦，同比增長42.9%；風(fēng)電裝機(jī)容量約3.9億千瓦，同比增長14.3%。風(fēng)電場分為陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電。一般位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，安裝分散，環(huán)境惡劣。因此，風(fēng)電場需要一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，方便運(yùn)維人員管理風(fēng)電場的運(yùn)行。

1風(fēng)力發(fā)電場電氣設(shè)備

每個(gè)發(fā)電機(jī)組的頂部倉庫配備渦輪發(fā)電機(jī)，前端是可調(diào)角度的葉片。系統(tǒng)可根據(jù)不同的風(fēng)力條件調(diào)整葉片的傾斜角度，葉片的一般轉(zhuǎn)速為10～15轉(zhuǎn)/分，通過變速箱可調(diào)節(jié)到1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。倉庫還配備了工業(yè)PLC來控制和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過PLC收集風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、發(fā)電有功功率和無功功率等相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過收集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制發(fā)電機(jī)。風(fēng)機(jī)塔底部的箱式變壓器也設(shè)置在陸地上，負(fù)責(zé)升壓和匯流。根據(jù)功率和地理?xiàng)l件，多臺風(fēng)機(jī)一次升壓后并聯(lián)匯流連接到升壓變電站，通過升壓變壓器進(jìn)一步提高電壓，然后并入大電網(wǎng)為電網(wǎng)輸送電能。風(fēng)力發(fā)電場電氣接線示意圖如圖1所示。風(fēng)扇發(fā)出的電壓一般為0.69kV，箱式變壓器升壓為10kV或35kV。多個(gè)并聯(lián)匯流后，連接到升壓變電站的低壓側(cè)母線，通過主變壓器升壓至110kV或更高電壓等級后再次連接到電網(wǎng)。

與陸上風(fēng)電不同，海上風(fēng)電由于環(huán)境惡劣（濕度高、鹽密度高），一次性加壓的干式變壓器集成在風(fēng)機(jī)倉庫內(nèi)，既解決了整個(gè)機(jī)組的占地面積問題，又避免了變壓器安裝在較低位置帶來的保護(hù)困難。b86a22452754ee1401c84b92d75c7f

圖1風(fēng)力發(fā)電場電氣接線示意圖

2風(fēng)力發(fā)電場的保護(hù)和測控設(shè)備

風(fēng)力發(fā)電場從風(fēng)機(jī)發(fā)電-升壓箱變壓器-匯流-升壓站中壓母線-主變壓器-升壓站高壓母線-高壓出線-電網(wǎng)并網(wǎng)，中間需要兩次升壓后并入電網(wǎng)。電氣設(shè)備的數(shù)量和種類很多，任何環(huán)節(jié)的故障都會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電場的正常運(yùn)行。因此，需要在風(fēng)力發(fā)電場的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置保護(hù)和測控裝置，以監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電場的運(yùn)行狀態(tài)。圖2顯示了風(fēng)力發(fā)電場保護(hù)和測控裝置配置的示意圖。

圖2風(fēng)力發(fā)電場保護(hù)測控裝置配置圖

3箱變量控制裝置

為了減少陸上風(fēng)力發(fā)電場的線路損耗，風(fēng)機(jī)旁一般配備0.69/35(10)kV箱式升壓站。風(fēng)電場各風(fēng)機(jī)間距數(shù)百米，遠(yuǎn)離集控室；升壓變壓器在開放的野外，自然環(huán)境惡劣，不方便人工檢查，使得箱式變壓器測控成為風(fēng)電場監(jiān)控的難點(diǎn)。箱式變壓器測控裝置是風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)了箱式變壓器的智能化管理。箱式變壓器測控裝置可保護(hù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控風(fēng)電箱式變壓器，實(shí)現(xiàn)“遙信、遙控、遙控、遙控"功能，大大提高了風(fēng)電場的運(yùn)維效率。

圖3風(fēng)力發(fā)電場箱變測控裝置

AM6-PWC箱變保護(hù)測控裝置是一種集保護(hù)、測控、通信于一體的裝置，針對風(fēng)電和光伏升壓變的不同要求，其功能配置如下表所示。

4低壓側(cè)線及母線保護(hù)測控測控

經(jīng)過*一次升壓為35(10)kV后，多臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)為一個(gè)電路，連接到升壓變電站的低壓側(cè)母線。當(dāng)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)數(shù)量較多時(shí)，也有更多的線路匯入升壓變電站的低壓側(cè)母線。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，線路配置線路保護(hù)裝置、多功能測控儀表、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置和無線溫度測量裝置，實(shí)現(xiàn)線路電氣保護(hù)、測量和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。低壓側(cè)母線配備弧光保護(hù)裝置

表1低壓側(cè)線路、母線保護(hù)測控配置

5主變壓器保護(hù)測控

低壓側(cè)母線匯流后，風(fēng)機(jī)通過主變壓器升壓至110kV并入電網(wǎng)。主變壓器配備差動(dòng)保護(hù)、高后備保護(hù)、低后備保護(hù)、非電力保護(hù)、測控裝置、變壓器溫控、檔位變送器，實(shí)現(xiàn)主變壓器的保護(hù)和測控功能，集中安裝組屏。

主變保護(hù)測控配置表2

6高壓線路保護(hù)測控

風(fēng)力發(fā)電場發(fā)出的電能在兩次升壓至110kV后并入電網(wǎng)。110kV線路配備光纖縱差保護(hù)、距離保護(hù)、孤島保護(hù)、測控裝置等。

110kV線路保護(hù)測控配置表3

7風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電場監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、控制和管理，提高風(fēng)電場的可靠性和運(yùn)行效率，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)智能管理。

風(fēng)電場占地面積大，設(shè)備分散，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)通信的可靠性和實(shí)時(shí)性要求高。在條件允許的情況下，采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信，或采用LORA無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖4風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)測系統(tǒng)圖

風(fēng)機(jī)單元PLC和箱變測控裝置數(shù)據(jù)通過光纖環(huán)網(wǎng)絡(luò)上傳到控制室數(shù)據(jù)服務(wù)器，升壓站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)服務(wù)器、多功能儀器、無線溫度測量、溫度變送器、齒輪變送器、DC系統(tǒng)等智能設(shè)備上傳到通信管理機(jī)上傳數(shù)據(jù)服務(wù)器，如圖4所示。

圖5 風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)控界面

風(fēng)場監(jiān)控

對整個(gè)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)（包括風(fēng)速，功率，轉(zhuǎn)速等）的綜合展示，并且可通過遠(yuǎn)程控制單個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)風(fēng)機(jī)的日發(fā)電量，月發(fā)電量，年發(fā)電量的監(jiān)控，便于實(shí)時(shí)監(jiān)視風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況。

機(jī)組監(jiān)控

對機(jī)組內(nèi)的各個(gè)控制模塊的參數(shù)以及控制狀態(tài)的監(jiān)控，模塊包括：變槳，偏航，齒輪箱，發(fā)電機(jī)，液壓站，機(jī)艙，變流器，電網(wǎng)，安全鏈，轉(zhuǎn)矩，主軸，塔基，測風(fēng)儀等。實(shí)現(xiàn)對每個(gè)模塊的參數(shù)、故障及趨勢圖的綜合展示。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示

風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機(jī)、變電站等設(shè)備都配備傳感器和監(jiān)測設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行電氣數(shù)據(jù)、溫度、振動(dòng)等參數(shù)，異常時(shí)及時(shí)預(yù)警。

功率管理

對有功參數(shù)和無功參數(shù)的展示、有功與無功的控制調(diào)節(jié)等功能，切實(shí)可行的降低企業(yè)的運(yùn)營成本，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐。

生產(chǎn)報(bào)表

對風(fēng)電量、風(fēng)場性能指標(biāo)、機(jī)組新能等重要參數(shù)進(jìn)行報(bào)表功能的顯示和，支持按照時(shí)間維度（日、月、年）統(tǒng)計(jì)各風(fēng)電場設(shè)備的運(yùn)行情況。按日、月、年的查詢方式，對重要參數(shù)進(jìn)行分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，并生成報(bào)表。

統(tǒng)計(jì)分析

支持多種統(tǒng)計(jì)分析功能，充分挖掘數(shù)據(jù)潛在價(jià)值，提供節(jié)能優(yōu)化方案，為管理者提供決策依據(jù)，切實(shí)可行的提高企業(yè)的管理水平，并且實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、科學(xué)生產(chǎn)的目標(biāo)。分析方式包括：故障統(tǒng)計(jì)，功率曲線，可利用率統(tǒng)計(jì)，風(fēng)玫瑰圖，風(fēng)速功率報(bào)表，月日利用率以及停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)等。