风电场集中监控系统解决方案
摘要:作为清洁能源之一，风电场的装机容量近年来增长迅速。风电场分为陆上风电场和海上风电场。一般来说，它们位于偏远地区，安装分散，环境恶劣。因此，风电场需要一个远程监控系统，以方便运维人员更高效地管理风电场运行。
关键词:风电场、集中监控系统、箱式变压器测控装置
1.风力发电场的电气设备
每台发电机组的顶舱装有一台涡轮发电机，前端是一个可调节的风扇叶片。该系统可以根据不同的风况调整扇叶的倾斜角度。风扇叶片的一般转速是10-15转分，通过变速箱可以调整到1500转分的转速来驱动发电机。机房内还配置了一台工业PLC，用于控制和相关数据采集。通过PLC采集风速、风向、转速、发电有功功率和无功功率等相关数据，通过采集的数据对发电机进行实时控制。在陆地上，风塔底部安装一台箱式变压器负责升压和汇流。根据电力和地理条件，多台风机一次升压后并联接入升压变电站。将电力输送到电网。风电场的电气接线图如图1所示。风机发出的电压一般为0.69kV，通过箱式变压器升压至10kV或35kV。经多次并联汇流后，接入升压变电站低压侧母线，再由主变压器升压至110kV或更高。进入电网。
与陆上风电不同，由于海上风电的恶劣环境（高湿度、高盐密度），用于一次升压的干式变压器集成在风机的机舱内，这不仅解决了整个机组的占地面积问题，而且避免了将变压器安装在较低位置所带来的保护困难。
图1风电场电气接线示意图
2.风电场的保护、测量和控制设备
从风电机组发电-升压箱变压器-汇流-升压站中压母线-主变压器-升压站高压母线-高压出线-并网，中间需要升压两次才能并入电网电网用电设备数量多、种类多，任何一个环节出现故障都会影响风电场的正常运行。因此，需要在风电场的各个环节设置保护和测控装置，全面监控风电场的运行状态。图2是风电场的保护和测量以及控制设备的配置示意图。
图2风电场保护测控装置配置图
2.1箱式变压器测控装置
为了减少陆上风电场的线损，通常在风力涡轮机旁边安装0.69/35（10）kV箱式升压站。风电场中的风力发电机组之间的距离为数百米，距离中央控制室很远。升压变压器位于野外，自然环境相对恶劣，人工检查难度较大。箱式变压器测控装置是风电场监控系统的核心部分，实现了箱式变压器的智能管理。箱站测控装置可对风电箱站进行保护和远程监控，全面实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能，大大提高风电场运维效率。
图3风电场箱式站测控装置
AM6-PWC箱式变压器保护测控装置是针对风电、光伏升压变压器不同要求的集保护、测控、通信于一体的一体化装置。其功能配置如下表所示。
| 名字 | 主要功能 |
| 远程计量 | 交流测量:
三相电流、三相电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率 |
| 6通道电流、6通道电压 | |
| DC测量:共有4个通道
标准2通道4-20mA或2通道5V DC 标准双通道热阻（两线或三线系统） |
|
| 远程信号发送 | 29路开入，其中前10路固定为非电源保护信号输入 |
| 遥控 | 用于保护输出或正常远程控制输出的6通道继电器输出 |
| 保护 | 非电源保护:
轻瓦斯、重瓦斯、高温、超高温、低变压器油位、泄压阀常规保护:三段式电流保护、零序电流保护、过电压保护、低电压保护；零序过压保护 |
| 沟通 | 2个自愈光纤通信接口，可组成光纤环网 |
| 以太网通信接口3通道（可选，请在订购时指定） | |
| 4个RS485通信端口 | |
| 协议转换 | 4通道可配置RS485通信接口，可自由配置和转换各种协议 |
| 记录 | 记录最新的35起事故和50起行动记录 |
2.2低压侧线路和母线保护测控
多台风机首次升压至35（10）kV，然后并联形成回路连接至升压变电站的低压侧母线。。为实现全面监控，线路设置线路保护装置、多功能测控仪表、电能质量监测装置、无线测温装置，实现线路电气保护、测量和温度的实时监控，低压侧母线设置电弧保护装置。
| 项目 | 电影 | 模型 | 功能 | 应用 |
| 线路保护 |  |
AM6-L | 35（10）kV电路电流和电压保护、非电量保护、测量和自动控制功能。 | 升压站低压侧线路保护和测控 |
| 电能质量监测装置 |  |
APView500 | 实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量。记录各种电能质量事件，并定位干扰源。 | |
| 多功能电能表 |  |
APM520 | 具有全功率测量、谐波畸变率、电压通过率统计、分时电能统计、开关量输入输出、模拟量输入输出。 | |
| 母线电弧保护 |  |
ARB6 | 适用于采集开关柜的弧光信号和电流信号，控制进线、母联或母线上所有开关柜的开启 | 升压站低压侧的母线保护 |
| 无线温度传感器 |  |
ATE400 | 35kV及以下配电系统母线和电缆连接点温度监测及温升预警。 | 在…之时升压站低压侧线路触点和母线的测量 |
表1低压侧线路、母线保护测控配置
2.3主变压器保护测控
风电机组发电经低压侧母线汇流后，通过主变压器升压至110kV并接入电网。主变压器配有差动保护、高后备保护、低后备保护、非电气保护、测控装置、变压器温度控制和档位变送器，以实现主变压器的保护、测控功能，并集中组屏安装。
| 项目 | 电影 | 模型 | 功能 | 应用 |
| 差动保护装置 |  |
AM6-D2 | 主变压器两侧的差动保护 | 升压站主变压器 |
| 高低压侧后备保护 | AM6-TB | 三级相间过流、两级零序过流、两级间隙过流保护、复合电压闭锁、两级零序过压保护、断路器控制 | ||
| 非电保护 | AM6-FD | 重气体、轻气体、超温、超温、压力释放保护和报警 | ||
| 测量和控制装置 | AM6-K | 远程计量、远程信号、远程控制 | ||
| 温度传感器 | ARTM-8L | 监控主变压器绕组和油温 |
表2主变压器保护测控配置
2.4高压线路保护测控
风电场产生的电能经过两次升压后达到110千伏，然后并入电网。110kV线路配有光纤差动保护、距离保护、防孤岛保护和测控装置。
| 项目 | 电影 | 模型 | 功能 | 应用 |
| 保护装置 |  |
AM6-LD | 线路光纤差动保护装置 | 线的两边 |
| AM6-L2 | 相间/接地距离、零序过流、故障位置等。 | 这一边 | ||
| AM6-K | 远程计量、远程信号、远程控制 | |||
| AM5SE-IS | 当外部电网与电网断开时的反孤岛保护装置 | |||
| 电能质量监测装置 |  |
APView500 | 实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量。记录各种电能质量事件，并定位干扰源。 | 这一边 |
表3 110kV线路保护测控配置
3.风电场监控系统
风电场监控平台实现了对风电场运行状态和风机实时数据的监控和管理，提高了风电场的可靠性和运行效率，降低了维护成本，实现了智能化管理。
风电场占地面积较大，设备分散。该系统对数据通信的可靠性和实时性有较高的要求。如果条件允许，数据采集和通信可采用光纤冗余环网，数据传输也可采用LORA无线方式。
图4风电场监控系统图
风机机组PLC和箱式变压器测控装置的数据通过光纤环网上传至控制室的数据服务器，升压站综合自动化系统的数据通过以太网上传至数据服务器。发射器、DC系统和其他智能设备连接到通信管理机，以将数据上传到服务器。
3.1风电场监控
全面显示整个风电场风机的基本参数（包括风速、功率、转速等。），并可实现日发电量、月发电量、年发电量的监控，便于实时监控引风机的运行状态。
3.2船员监控
监控机组中各控制模块的参数和控制状态，包括:变桨、偏航、齿轮箱、发电机、液压站、机舱、变流器、电网、安全链、扭矩、主轴、塔基、测风仪等。实现各模块参数、故障和趋势图的综合显示。
3.3实时数据显示
风电场内的风机、变电站等设备均安装有传感器和监控设备，可实时采集设备的运行电气数据、温度、振动等参数，并在出现异常时及时报警。
3.4电源管理
有功和无功参数的显示，有功和无功功率的控制和调整等功能可以有效降低企业的运营成本，为节能减排的目标提供数据支持。
3.5生产报告
风电功率、风电场性能指标、机组新能源等重要参数的显示和报表功能，支持按时间维度（日、月、年）统计各风电场设备的运行情况。按照日、月、年的查询方式，对重要参数进行分类、逐项统计，并生成报表。
3.6统计分析
支持多种统计分析功能，充分挖掘数据的潜在价值，提供节能优化解决方案，为管理者提供决策依据，以可行的方式提高企业的管理水平，最终实现节能减排和科学生产的目标。分析方法包括:故障统计、功率曲线、可用性统计、风玫瑰图、风速功率报告、月度和每日利用率和停机时间统计等。