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

1風力發(fā)電場電氣設備

每個發(fā)電機組的頂部倉庫配備渦輪發(fā)電機，前端是可調角度的葉片。系統可根據不同的風力條件調整葉片的傾斜角度，葉片的一般轉速為10～15轉/分，通過變速箱可調節(jié)到1500轉/分的轉速驅動發(fā)電機。倉庫還配備了工業(yè)PLC來控制和收集相關數據，通過PLC收集風速、風向、轉速、發(fā)電有功功率和無功功率等相關數據，并通過收集的數據實時控制發(fā)電機。風機塔底部的箱式變壓器也設置在陸地上，負責升壓和匯流。根據功率和地理條件，多臺風機一次升壓后并聯匯流連接到升壓變電站，通過升壓變壓器進一步提高電壓，然后并入大電網為電網輸送電能。風力發(fā)電場電氣接線示意圖如圖1所示。風扇發(fā)出的電壓一般為0.69kV，箱式變壓器升壓為10kV或35kV。多個并聯匯流后，連接到升壓變電站的低壓側母線，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。

與陸上風電不同，海上風電由于環(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機倉庫內，既解決了整個機組的占地面積問題，又避免了變壓器安裝在較低位置帶來的保護困難。b86a22452754ee1401c84b92d75c7f

圖1風力發(fā)電場電氣接線示意圖

2風力發(fā)電場的保護和測控設備

風力發(fā)電場從風機發(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-電網并網，中間需要兩次升壓后并入電網。電氣設備的數量和種類很多，任何環(huán)節(jié)的故障都會影響風力發(fā)電場的正常運行。因此，需要在風力發(fā)電場的各個環(huán)節(jié)設置保護和測控裝置，以監(jiān)測風力發(fā)電場的運行狀態(tài)。圖2顯示了風力發(fā)電場保護和測控裝置配置的示意圖。

圖2風力發(fā)電場保護測控裝置配置圖

3箱變量控制裝置

為了減少陸上風力發(fā)電場的線路損耗，風機旁一般配備0.69/35(10)kV箱式升壓站。風電場各風機間距數百米，遠離集控室；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電場監(jiān)控的難點。箱式變壓器測控裝置是風電場監(jiān)控系統的核心部件，實現了箱式變壓器的智能化管理。箱式變壓器測控裝置可保護和遠程監(jiān)控風電箱式變壓器，實現“遙信、遙控、遙控、遙控"功能，大大提高了風電場的運維效率。

圖3風力發(fā)電場箱變測控裝置

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

4低壓側線及母線保護測控測控

經過*一次升壓為35(10)kV后，多臺風機并聯為一個電路，連接到升壓變電站的低壓側母線。當風電場風機數量較多時，也有更多的線路匯入升壓變電站的低壓側母線。為實現監(jiān)測，線路配置線路保護裝置、多功能測控儀表、電能質量監(jiān)測裝置和無線溫度測量裝置，實現線路電氣保護、測量和溫度的實時監(jiān)測。低壓側母線配備弧光保護裝置

表1低壓側線路、母線保護測控配置

5主變壓器保護測控

低壓側母線匯流后，風機通過主變壓器升壓至110kV并入電網。主變壓器配備差動保護、高后備保護、低后備保護、非電力保護、測控裝置、變壓器溫控、檔位變送器，實現主變壓器的保護和測控功能，集中安裝組屏。

主變保護測控配置表2

6高壓線路保護測控

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

110kV線路保護測控配置表3

7風力發(fā)電場監(jiān)控系統

風電場監(jiān)控平臺實現風電場運行狀態(tài)和風機實時數據的監(jiān)控、控制和管理，提高風電場的可靠性和運行效率，降低維護成本，實現智能管理。

風電場占地面積大，設備分散，系統對數據通信的可靠性和實時性要求高。在條件允許的情況下，采用光纖冗余環(huán)網進行數據采集和通信，或采用LORA無線方式進行數據傳輸。

圖4風力發(fā)電場監(jiān)測系統圖

風機單元PLC和箱變測控裝置數據通過光纖環(huán)網絡上傳到控制室數據服務器，升壓站綜合自動化系統數據通過以太網上傳數據服務器、多功能儀器、無線溫度測量、溫度變送器、齒輪變送器、DC系統等智能設備上傳到通信管理機上傳數據服務器，如圖4所示。

圖5 風力發(fā)電場監(jiān)控界面

風場監(jiān)控

對整個風電場風機的基本參數（包括風速，功率，轉速等）的綜合展示，并且可通過遠程控制單個或多個風機的啟停，實現對每個風機的日發(fā)電量，月發(fā)電量，年發(fā)電量的監(jiān)控，便于實時監(jiān)視風機的運行狀況。

機組監(jiān)控

對機組內的各個控制模塊的參數以及控制狀態(tài)的監(jiān)控，模塊包括：變槳，偏航，齒輪箱，發(fā)電機，液壓站，機艙，變流器，電網，安全鏈，轉矩，主軸，塔基，測風儀等。實現對每個模塊的參數、故障及趨勢圖的綜合展示。

實時數據顯示

風電場內的風機、變電站等設備都配備傳感器和監(jiān)測設備，能夠實時采集設備的運行電氣數據、溫度、振動等參數，異常時及時預警。

功率管理

對有功參數和無功參數的展示、有功與無功的控制調節(jié)等功能，切實可行的降低企業(yè)的運營成本，為實現節(jié)能減排的目標提供數據支撐。

生產報表

對風電量、風場性能指標、機組新能等重要參數進行報表功能的顯示和，支持按照時間維度（日、月、年）統計各風電場設備的運行情況。按日、月、年的查詢方式，對重要參數進行分類分項統計，并生成報表。

統計分析

支持多種統計分析功能，充分挖掘數據潛在價值，提供節(jié)能優(yōu)化方案，為管理者提供決策依據，切實可行的提高企業(yè)的管理水平，并且實現節(jié)能減排、科學生產的目標。分析方式包括：故障統計，功率曲線，可利用率統計，風玫瑰圖，風速功率報表，月日利用率以及停機時間統計等。