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風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)集中監控系統解決方案介紹 安科瑞 許敏

 更新時(shí)間:2024-06-20 點(diǎn)擊量:33
  作為清潔能源之一,風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)近幾年裝機容量快速增長(cháng)。8月17日,國家能源局發(fā)布1-7月份全國電力工業(yè)統計數據。截至7月底,全國累計發(fā)電裝機容量約27.4億千瓦,同比增長(cháng)11.5%。其中,太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量約4.9億千瓦,同比增長(cháng)42.9%;風(fēng)電裝機容量約3.9億千瓦,同比增長(cháng)14.3%。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)分為陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電,一般地處偏僻,安裝比較分散,環(huán)境也比較惡劣,因此風(fēng)電場(chǎng)需要一套遠程監控系統,便于運維人員管理風(fēng)電場(chǎng)運行。
 
  1. 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的電氣設備
 
  每臺發(fā)電機組的頂部機倉配備有一個(gè)渦輪發(fā)電機,前端是可調整角度的風(fēng)葉,系統可根據不同的風(fēng)力狀況來(lái)調整風(fēng)葉的傾斜角度,風(fēng)葉一般的轉速為10~15轉/分,通過(guò)變速箱可調節到1500轉/分的轉速驅動(dòng)發(fā)電機。在機倉里同時(shí)也配置一臺工業(yè) PLC用于控制及相關(guān)數據采集,通過(guò)PLC采集風(fēng)速、風(fēng)向、轉速、發(fā)電有功功率及無(wú)功功率等相關(guān)數據,并通過(guò)采集的數據對發(fā)電機進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。陸上在風(fēng)機塔底端還設置箱變負責升壓和匯流,根據功率和地理條件,多臺風(fēng)機一次升壓后并聯(lián)匯流接入升壓變電站,通過(guò)升壓變壓器進(jìn)一步提升電壓后并入大電網(wǎng)為電網(wǎng)輸送電能。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的電氣接線(xiàn)示意圖如圖1所示。風(fēng)機發(fā)出的電壓一般為0.69kV,經(jīng)過(guò)箱變升壓為10kV或者35kV,多臺并聯(lián)匯流后接入升壓變電站的低壓側母線(xiàn),再次經(jīng)過(guò)主變壓器升壓至110kV或者更高電壓等級后接入電網(wǎng)。
 
  不同于陸上風(fēng)電,海上風(fēng)電由于環(huán)境惡劣(高濕度、高鹽密度),用于一次升壓的干式變壓器集成在風(fēng)機的機倉內,這樣既解決了整個(gè)機組的占地面積問(wèn)題,又避免了將變壓器安裝在較低位置所帶來(lái)的防護困難問(wèn)題。
 
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2. 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的保護和測控設備
 
  風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)從風(fēng)機發(fā)電-升壓箱變-匯流-升壓站中壓母線(xiàn)--主變壓器-升壓站高壓母線(xiàn)--高壓出線(xiàn)--電網(wǎng)并網(wǎng),中間需要經(jīng)過(guò)兩次升壓后并入電網(wǎng),電氣設備的數量和種類(lèi)比較多,任意環(huán)節出現故障都會(huì )影響風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的正常運行。因此需要在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的各個(gè)環(huán)節設置保護和測控裝置,監測風(fēng)電場(chǎng)的運行狀態(tài)。圖2為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的保護和測控裝置配置示意圖。
 
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2.1 箱變測控裝置
 
  在陸上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)為降低線(xiàn)路損耗,一般在風(fēng)機旁配置0.69/35(10)kV箱式升壓站。風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機間距達數百米,離集控室較遠;升壓變均處于空曠的野外,自然環(huán)境比較惡劣,不方便人工巡視,使得箱變測控成為風(fēng)電場(chǎng)的監控難點(diǎn)。箱變測控裝置是風(fēng)電場(chǎng)監控系統的核心部分,對箱變實(shí)現智能化管理。箱變測控裝置能夠對風(fēng)電箱變進(jìn)行保護和遠程監控,實(shí)現“遙信、遙測、遙控、遙調”功能,大大提高風(fēng)電場(chǎng)的運維效率。
 
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  AM6-PWC箱變保護測控裝置針對風(fēng)電及光伏升壓變不同要求的集保護、測控、通訊一體化裝置,其功能配置如下表所示。
 
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2.2 低壓側線(xiàn)路和母線(xiàn)保護測控
 
  多臺風(fēng)機經(jīng)過(guò)第一次升壓為35(10)kV后并聯(lián)為一個(gè)回路接入升壓變電站低壓側母線(xiàn),當風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機數量比較多時(shí),匯入升壓變電站低壓側母線(xiàn)的線(xiàn)路也比較多。為了實(shí)現監測,線(xiàn)路配置線(xiàn)路保護裝置、多功能測控儀表、電能質(zhì)量監測裝置、無(wú)線(xiàn)測溫裝置,實(shí)現對線(xiàn)路電氣保護、測量以及溫度的實(shí)時(shí)監測,低壓側母線(xiàn)設置弧光保護裝置
 
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表1 低壓側線(xiàn)路、母線(xiàn)保護測控配置
 
  2.3 主變壓器保護測控
 
  風(fēng)機發(fā)電在低壓側母線(xiàn)匯流后經(jīng)過(guò)主變壓器升壓至110kV并入電網(wǎng)。主變壓器配置差動(dòng)保護、高后備保護、低后備保護、非電量保護、測控裝置及變壓器溫控、檔位變送器,實(shí)現對主變壓器的保護測控功能,集中組屏安裝。
 
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2.4 高壓線(xiàn)路保護測控
 
  風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)兩次升壓至110kV后并入電網(wǎng),110kV線(xiàn)路配置光纖縱差保護、距離保護、防孤島保護、測控裝置等。
 
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3. 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)監控系統
 
  風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)監控平臺實(shí)現對風(fēng)電場(chǎng)的運行狀態(tài)和風(fēng)機的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行監測、控制和管理,提高風(fēng)電場(chǎng)的可靠性和運行效率,降低維護成本,實(shí)現智能化管理。
 
  風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)占地面積比較大,設備分散,系統對數據通訊可靠性和實(shí)時(shí)性要求比較高。在具備條件的情況下采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數據采集和通訊,也可以采用LORA無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行數據傳輸。
 
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  風(fēng)機機組PLC和箱變測控裝置數據通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)上傳至控制室數據服務(wù)器,升壓站綜合自動(dòng)化系統數據通過(guò)以太網(wǎng)上傳數據服務(wù)器,多功能儀表、無(wú)線(xiàn)測溫、溫度變送器、檔位變送器、直流系統以及其它智能設備接入通訊管理機上傳數據服務(wù)器,如圖4所示。
 
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3.1 風(fēng)場(chǎng)監控
 
  對整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機的基本參數(包括風(fēng)速,功率,轉速等)的綜合展示,并且可通過(guò)遠程控制單個(gè)或多個(gè)風(fēng)機的啟停,實(shí)現對每個(gè)風(fēng)機的日發(fā)電量,月發(fā)電量,年發(fā)電量的監控,便于實(shí)時(shí)監視風(fēng)機的運行狀況。
 
  1.1 機組監控
 
  對機組內的各個(gè)控制模塊的參數以及控制狀態(tài)的監控,模塊包括:變槳,偏航,齒輪箱,發(fā)電機,液壓站,機艙,變流器,電網(wǎng),安全鏈,轉矩,主軸,塔基,測風(fēng)儀等。實(shí)現對每個(gè)模塊的參數、故障及趨勢圖的綜合展示。
 
  1.2 實(shí)時(shí)數據顯示
 
  風(fēng)電場(chǎng)內的風(fēng)機、變電站等設備都配備傳感器和監測設備,能夠實(shí)時(shí)采集設備的運行電氣數據、溫度、振動(dòng)等參數,異常時(shí)及時(shí)預警。
 
  1.3 功率管理
 
  對有功參數和無(wú)功參數的展示、有功與無(wú)功的控制調節等功能,切實(shí)可行的降低企業(yè)的運營(yíng)成本,為實(shí)現節能減排的目標提供數據支撐。
 
  1.4 生產(chǎn)報表
 
  對風(fēng)電量、風(fēng)場(chǎng)性能指標、機組新能等重要參數進(jìn)行報表功能的顯示和,支持按照時(shí)間維度(日、月、年)統計各風(fēng)電場(chǎng)設備的運行情況。按日、月、年的查詢(xún)方式,對重要參數進(jìn)行分類(lèi)分項統計,并生成報表。
 
  1.5 統計分析
 
  支持多種統計分析功能,充分挖掘數據潛在價(jià)值,提供節能優(yōu)化方案,為管理者提供決策依據,切實(shí)可行的提高企業(yè)的管理水平,并且實(shí)現節能減排、科學(xué)生產(chǎn)的目標。分析方式包括:故障統計,功率曲線(xiàn),可利用率統計,風(fēng)玫瑰圖,風(fēng)速功率報表,月日利用率以及停機時(shí)間統計等。
 
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