风力发电场集中监控解决方案

0引言

风力发电装机容量近年来快速增长。截至7月底，全国发电装机容量达27.4亿千瓦，同比增长11.5%。其中，太阳能和风力发电装机容量分别为4.9亿千瓦和3.9亿千瓦，同比增长42.9%和14.3%。风力发电场分陆上和海上风电，常位于偏远地区，环境恶劣。为便于运维管理，建立远程监控系统至关重要。

1风力发电场的电气设备

发电机组的顶部机舱配备了涡轮发电机，前端设有可调节的风叶，系统能够自动调整倾斜角度。风叶的正常转速为每分钟10至15转，而通过变速箱的调节，转速可提升至每分钟1500转以驱动发电机。机舱内配工业PLC，采集风速、风向、转速、发电功率等数据，实时控制发电机。在陆上风机塔底端，设有箱式变压器负责升压和汇流。依据功率输出和地理环境，多台风力发电机在一次升压处理后并联，形成电流汇流，然后接入升压变电站。接着，利用升压变压器进一步提高电压，最终并入主电网，为电网供应电能。风力发电场的电气接线示意图如图1所示。风机发出的电压通常为0.69kV，经过箱式变压器升压至10kV或35kV，多台风机并联汇流后接入升压变电站的低压侧母线。之后，通过主变压器再次升压至110kV或更高电压等级，然后接入电网。+fantasy_city2016

与陆上风电不同，海上风电面临更为恶劣的环境条件（如高湿度和高盐密度）。因此，用于一次升压的干式变压器被集成在风机的机舱内。这种设计不仅解决了整个机组占地面积的问题，还避免了将变压器安装在较低位置可能带来的防护难题。

2风力发电场的保护和测控设备

风力发电场的发电流程涵盖了风机发电、升压箱变、汇流、升压站中压母线、主变压器、升压站高压母线以及高压出线，直至最终并入电网。在此流程中，需要进行两次升压操作，以确保电力能够顺利并网。鉴于涉及的电气设备众多且种类繁多，任何环节的故障都可能阻碍整个风力发电场的运行。因此，为了确保发电场的稳定运行，必须在各个关键环节部署相应的保护和测控装置，以便实时监测风电场的运行状态。图2展示了风力发电场保护和测控装置的配置布局。

2.1 箱变测控装置

为了减少线路损耗，在陆上风力发电场通常会在风机附近安装0.69/35(10)kV的箱式升压站。由于风力发电场中风机之间的距离可达数百米，并且距离集控室较远，升压变压器通常位于开阔的野外，面临较为恶劣的自然环境，这给人工巡视带来了不便。因此，箱式变压器（箱变）的测控成为了风电场监控的难题。箱变测控装置是风电场监控系统的关键组成部分，它实现了对箱变的智能化管理。利用箱变测控装置，我们能够对风电箱变执行保护和远程监控，实现“遥信、遥测、遥控、遥调”等关键功能，进而显著提高风电场的运维效率。

AM6-PWC箱式变压器保护与测控装置是一款集成了保护、测量控制和通信功能的综合设备，专为满足风能和太阳能升压变压器的特定需求而设计。其功能配置详见下表。

2.2 低压侧线路和母线保护测控

在将多台风力发电机初次升压至35(10)kV后，这些发电机并联形成一个回路，并接入升压变电站的低压侧母线。在风电场中，当风机数量庞大时，连接至升压变电站低压侧母线的线路数量自然会增加。为了确保这些线路得到有效监控，我们配备了线路保护装置、多功能测控仪表、电能质量监测装置以及无线测温装置，从而实现对线路的电气保护、测量和温度的实时监控。此外，在低压侧母线还安装了弧光保护装置。

2.3 主变压器保护测控

风机发电机组在低压侧母线汇流后，通过主变压器升压至110kV，然后并入电网。该主变压器配备了差动保护、高压后备保护、低压后备保护、非电量保护以及测控装置，还包括变压器温控和档位变送器，从而全面实现对主变压器的保护和测控功能，这些装置集中组屏安装。

2.4 高压线路保护测控

风力发电场产生的电能经过两次升压，达到110kV电压等级，随后并入电网。该110kV输电线路配备了光纤纵差保护、距离保护、防孤岛保护以及测控装置等多种保护措施。

3风力发电场监控系统

风力发电场监控平台专注于实时监测、控制与管理风电场的运行状况及风机数据，其目的在于增强风电场的可靠性和运行效率，同时减少维护成本，实现智能化管理。

由于风力发电场占地面积广阔，设备分布广泛，因此对数据通信的可靠性和实时性有着极高的要求。在条件允许的情况下，我们采用光纤冗余环网来执行数据采集和通信任务；在其他情况下，则可利用LORA无线技术进行数据传输。

风机机组的PLC和箱变测控装置数据通过光纤环网传输至控制室的数据服务器。升压站综合自动化系统数据则通过以太网上传至数据服务器。此外，多功能仪表、无线测温、温度变送器、档位变送器、直流系统以及其他智能设备的数据均接入通讯管理机，并最终上传至数据服务器，具体如图4所示。

3.1 风场监控

综合展示整个风电场风机的关键参数（涵盖风速、功率、转速等），并通过远程控制实现对单个或多个风机启停的精确管理。此外，该系统能够监控每个风机的日发电量、月发电量和年发电量，从而便于实时监控风机的运行状态。

1.1 机组监控

监控机组内各个控制模块的参数和状态，这些模块涵盖变桨、偏航、齿轮箱、发电机、液压站、机舱、变流器、电网、安全链、转矩、主轴、塔基、测风仪等。目的是实现对每个模块的参数、故障和趋势图的综合展示。

1.2 实时数据显示

在风电场中，风机、变电站及其他设备均装备了传感器和监测装置，这些装置能够实时捕捉设备运行中的电气数据、温度、振动等多项参数，并在出现异常时立即发出预警。

1.3 功率管理

展示有功参数与无功参数，以及对有功和无功进行控制调节的功能，能够有效地降低企业的运营成本，并为实现节能减排目标提供坚实的数据支持。

1.4 生产报表

对风力发电量、风场性能指标、机组新能源等关键参数进行报表功能的展示，并支持按时间维度（日、月、年）统计各风力发电场设备的运行状况。通过日、月、年的查询方式，对这些关键参数进行分类和分项统计，并据此生成相应的报表。

1.5 统计分析

该系统支持多种统计分析，挖掘数据价值，提供节能优化方案，助力管理者决策，提升企业管理水平。同时，帮助企业实现节能减排和科学生产目标。分析包括故障统计、功率曲线、可利用率、风玫瑰图、风速与功率报表、月度和日度利用率分析，及停机时间统计等。