0引言

風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量近年來快速增長。截至7月底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)27.4億千瓦，同比增長11.5%。其中，太陽能和風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量分別為4.9億千瓦和3.9億千瓦，同比增長42.9%和14.3%。風(fēng)力發(fā)電場分陸上和海上風(fēng)電，常位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，環(huán)境惡劣。為便于運(yùn)維管理，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要。

1風(fēng)力發(fā)電場的電氣設(shè)備

發(fā)電機(jī)組的頂部機(jī)艙配備了渦輪發(fā)電機(jī)，前端設(shè)有可調(diào)節(jié)的風(fēng)葉，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整傾斜角度。風(fēng)葉的正常轉(zhuǎn)速為每分鐘10至15轉(zhuǎn)，而通過變速箱的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速可提升至每分鐘1500轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。機(jī)艙內(nèi)配工業(yè)PLC，采集風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、發(fā)電功率等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)控制發(fā)電機(jī)。在陸上風(fēng)機(jī)塔底端，設(shè)有箱式變壓器負(fù)責(zé)升壓和匯流。依據(jù)功率輸出和地理環(huán)境，多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一次升壓處理后并聯(lián)，形成電流匯流，然后接入升壓變電站。接著，利用升壓變壓器進(jìn)一步提高電壓，最終并入主電網(wǎng)，為電網(wǎng)供應(yīng)電能。風(fēng)力發(fā)電場的電氣接線示意圖如圖1所示。風(fēng)機(jī)發(fā)出的電壓通常為0.69kV，經(jīng)過箱式變壓器升壓至10kV或35kV，多臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)匯流后接入升壓變電站的低壓側(cè)母線。之后，通過主變壓器再次升壓至110kV或更高電壓等級(jí)，然后接入電網(wǎng)。+fantasy_city2016

與陸上風(fēng)電不同，海上風(fēng)電面臨更為惡劣的環(huán)境條件（如高濕度和高鹽密度）。因此，用于一次升壓的干式變壓器被集成在風(fēng)機(jī)的機(jī)艙內(nèi)。這種設(shè)計(jì)不僅解決了整個(gè)機(jī)組占地面積的問題，還避免了將變壓器安裝在較低位置可能帶來的防護(hù)難題。

2風(fēng)力發(fā)電場的保護(hù)和測控設(shè)備

風(fēng)力發(fā)電場的發(fā)電流程涵蓋了風(fēng)機(jī)發(fā)電、升壓箱變、匯流、升壓站中壓母線、主變壓器、升壓站高壓母線以及高壓出線，直至最終并入電網(wǎng)。在此流程中，需要進(jìn)行兩次升壓操作，以確保電力能夠順利并網(wǎng)。鑒于涉及的電氣設(shè)備眾多且種類繁多，任何環(huán)節(jié)的故障都可能阻礙整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場的運(yùn)行。因此，為了確保發(fā)電場的穩(wěn)定運(yùn)行，必須在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)部署相應(yīng)的保護(hù)和測控裝置，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)電場的運(yùn)行狀態(tài)。圖2展示了風(fēng)力發(fā)電場保護(hù)和測控裝置的配置布局。

2.1 箱變測控裝置

為了減少線路損耗，在陸上風(fēng)力發(fā)電場通常會(huì)在風(fēng)機(jī)附近安裝0.69/35(10)kV的箱式升壓站。由于風(fēng)力發(fā)電場中風(fēng)機(jī)之間的距離可達(dá)數(shù)百米，并且距離集控室較遠(yuǎn)，升壓變壓器通常位于開闊的野外，面臨較為惡劣的自然環(huán)境，這給人工巡視帶來了不便。因此，箱式變壓器（箱變）的測控成為了風(fēng)電場監(jiān)控的難題。箱變測控裝置是風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)箱變的智能化管理。利用箱變測控裝置，我們能夠?qū)︼L(fēng)電箱變執(zhí)行保護(hù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)”等關(guān)鍵功能，進(jìn)而顯著提高風(fēng)電場的運(yùn)維效率。

AM6-PWC箱式變壓器保護(hù)與測控裝置是一款集成了保護(hù)、測量控制和通信功能的綜合設(shè)備，專為滿足風(fēng)能和太陽能升壓變壓器的特定需求而設(shè)計(jì)。其功能配置詳見下表。

2.2 低壓側(cè)線路和母線保護(hù)測控

在將多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)初次升壓至35(10)kV后，這些發(fā)電機(jī)并聯(lián)形成一個(gè)回路，并接入升壓變電站的低壓側(cè)母線。在風(fēng)電場中，當(dāng)風(fēng)機(jī)數(shù)量龐大時(shí)，連接至升壓變電站低壓側(cè)母線的線路數(shù)量自然會(huì)增加。為了確保這些線路得到有效監(jiān)控，我們配備了線路保護(hù)裝置、多功能測控儀表、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置以及無線測溫裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的電氣保護(hù)、測量和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，在低壓側(cè)母線還安裝了弧光保護(hù)裝置。

2.3 主變壓器保護(hù)測控

風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組在低壓側(cè)母線匯流后，通過主變壓器升壓至110kV，然后并入電網(wǎng)。該主變壓器配備了差動(dòng)保護(hù)、高壓后備保護(hù)、低壓后備保護(hù)、非電量保護(hù)以及測控裝置，還包括變壓器溫控和檔位變送器，從而全面實(shí)現(xiàn)對(duì)主變壓器的保護(hù)和測控功能，這些裝置集中組屏安裝。

2.4 高壓線路保護(hù)測控

風(fēng)力發(fā)電場產(chǎn)生的電能經(jīng)過兩次升壓，達(dá)到110kV電壓等級(jí)，隨后并入電網(wǎng)。該110kV輸電線路配備了光纖縱差保護(hù)、距離保護(hù)、防孤島保護(hù)以及測控裝置等多種保護(hù)措施。

3風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電場監(jiān)控平臺(tái)專注于實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制與管理風(fēng)電場的運(yùn)行狀況及風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)，其目的在于增強(qiáng)風(fēng)電場的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)減少維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

由于風(fēng)力發(fā)電場占地面積廣闊，設(shè)備分布廣泛，因此對(duì)數(shù)據(jù)通信的可靠性和實(shí)時(shí)性有著極高的要求。在條件允許的情況下，我們采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)來執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和通信任務(wù)；在其他情況下，則可利用LORA無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

風(fēng)機(jī)機(jī)組的PLC和箱變測控裝置數(shù)據(jù)通過光纖環(huán)網(wǎng)傳輸至控制室的數(shù)據(jù)服務(wù)器。升壓站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)則通過以太網(wǎng)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。此外，多功能儀表、無線測溫、溫度變送器、檔位變送器、直流系統(tǒng)以及其他智能設(shè)備的數(shù)據(jù)均接入通訊管理機(jī)，并最終上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器，具體如圖4所示。

3.1 風(fēng)場監(jiān)控

綜合展示整個(gè)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)（涵蓋風(fēng)速、功率、轉(zhuǎn)速等），并通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)啟停的精確管理。此外，該系統(tǒng)能夠監(jiān)控每個(gè)風(fēng)機(jī)的日發(fā)電量、月發(fā)電量和年發(fā)電量，從而便于實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.1 機(jī)組監(jiān)控

監(jiān)控機(jī)組內(nèi)各個(gè)控制模塊的參數(shù)和狀態(tài)，這些模塊涵蓋變槳、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。目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)模塊的參數(shù)、故障和趨勢圖的綜合展示。

1.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示

在風(fēng)電場中，風(fēng)機(jī)、變電站及其他設(shè)備均裝備了傳感器和監(jiān)測裝置，這些裝置能夠?qū)崟r(shí)捕捉設(shè)備運(yùn)行中的電氣數(shù)據(jù)、溫度、振動(dòng)等多項(xiàng)參數(shù)，并在出現(xiàn)異常時(shí)立即發(fā)出預(yù)警。

1.3 功率管理

展示有功參數(shù)與無功參數(shù)，以及對(duì)有功和無功進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的功能，能夠有效地降低企業(yè)的運(yùn)營成本，并為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

1.4 生產(chǎn)報(bào)表

對(duì)風(fēng)力發(fā)電量、風(fēng)場性能指標(biāo)、機(jī)組新能源等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行報(bào)表功能的展示，并支持按時(shí)間維度（日、月、年）統(tǒng)計(jì)各風(fēng)力發(fā)電場設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過日、月、年的查詢方式，對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分類和分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，并據(jù)此生成相應(yīng)的報(bào)表。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

該系統(tǒng)支持多種統(tǒng)計(jì)分析，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提供節(jié)能優(yōu)化方案，助力管理者決策，提升企業(yè)管理水平。同時(shí)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和科學(xué)生產(chǎn)目標(biāo)。分析包括故障統(tǒng)計(jì)、功率曲線、可利用率、風(fēng)玫瑰圖、風(fēng)速與功率報(bào)表、月度和日度利用率分析，及停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)等。