風(fēng)電場數(shù)字化升壓站的設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

汪鵬

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.032

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級，對環(huán)保要求的提高推動了新能源在電力系統(tǒng)中的比重和地位的提升，從而帶動了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在風(fēng)電場升壓站的應(yīng)用已成為提高我國風(fēng)電自動化水平發(fā)展的重要因素。該文介紹了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)上的風(fēng)電場數(shù)字化升壓站的解決方案，對風(fēng)電場數(shù)字化升壓站的結(jié)構(gòu)、形式、特點(diǎn)等進(jìn)行了分析和探討。同時以筆者完成的云南省白鶴廠風(fēng)電場110 kV數(shù)字化升壓站工程設(shè)計(jì)實(shí)例給出了風(fēng)電場數(shù)字化升壓站一體化監(jiān)控技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場 數(shù)字化升壓站 IEC61850

中圖分類號：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0032-02

我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過10年的發(fā)展，總裝機(jī)容量已超越美國，成為世界第一風(fēng)電大國。目前我國風(fēng)電場自動化運(yùn)行水平不高是造成棄風(fēng)的主要原因之一，而棄風(fēng)是影響風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。我國風(fēng)力發(fā)電場通常采用的是不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備及不同技術(shù)水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電場升壓站電氣一、二次設(shè)備。由于各設(shè)備制造廠商各自支持不同的通訊介質(zhì)和通訊協(xié)議，造成了彼此間信息交換困難，從而阻礙了風(fēng)電場自動化水平的發(fā)展。

該文主要針對風(fēng)電場數(shù)字化升壓站技術(shù)，以IEC 61400-25/IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對風(fēng)電場數(shù)字化升壓站進(jìn)行分析和研究，給出了相應(yīng)的在實(shí)際應(yīng)用上的設(shè)計(jì)方案。同時結(jié)合筆者完成的云南省大理州祥云縣白鶴廠風(fēng)電場（以下簡稱云南省白鶴廠風(fēng)電場）110 kV數(shù)字化升壓站初步設(shè)計(jì)，揭示風(fēng)電場數(shù)字化升壓站一體化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。

1 風(fēng)電場數(shù)字化升壓站

數(shù)字化升壓站是風(fēng)電場自動化技術(shù)的發(fā)展方向，是一個不斷發(fā)展的過程，就目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，數(shù)字化升壓站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與傳統(tǒng)的升壓站綜合自動化系統(tǒng)相比，數(shù)字化升壓站的間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口和通信方式發(fā)生了改變，過程層設(shè)備主要有以下兩方面變化：（1）傳統(tǒng)升壓站的電磁式電流、電壓互感器變?yōu)殡娮邮交ジ衅?；?）傳統(tǒng)升壓站的各電磁式電流、電壓互感器、操作機(jī)構(gòu)箱與二次測控保護(hù)裝置采用控制電纜連接的方式變?yōu)閿?shù)字化升壓站的各電子式互感器、智能終端、合并單元與二次測控保護(hù)裝置采用光纜連接。

2 云南省白鶴廠風(fēng)電場110 kV數(shù)字化升壓站設(shè)計(jì)方案

基于上述在IEC 61400-25/IEC61850標(biāo)準(zhǔn)上對風(fēng)電場數(shù)字化升壓站進(jìn)行的分析和研究，筆者在實(shí)踐中完成了相應(yīng)的在實(shí)際應(yīng)用上的云南省白鶴廠風(fēng)電場110 kV數(shù)字化升壓站設(shè)計(jì)方案。

2.1 升壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

該工程升壓站為數(shù)字化變電站，分為站控層、間隔層、過程層構(gòu)建，采用IEC61850數(shù)據(jù)建模和通信服務(wù)協(xié)議，過程層采用電子式互感器等具有數(shù)字化接口的智能一次設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)通信平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)升壓站監(jiān)測信號、控制命令、保護(hù)跳閘命令的數(shù)字化采集、傳輸、處理和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化二次功能、程序化操作、智能化等功能。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

該工程數(shù)字化升壓站分別為站控層、間隔層、過程層，每層均由相應(yīng)的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。站控層與間隔層采用冗余以太網(wǎng)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，傳輸速率不低于100 Mbps。110 kV出線側(cè)及主變各側(cè)采用GOOSE與SV合并組網(wǎng)共享雙網(wǎng)。35 kV側(cè)GOOSE與SV合并組網(wǎng)共享單網(wǎng)。

（2）控制和操作。

控制范圍：升壓站內(nèi)所有主變壓器有載調(diào)壓開關(guān)檔位、各側(cè)斷路器、電動隔離開關(guān)、電動接地開關(guān)。

控制方式：手動控制和自動控制兩種方式，操作遵守唯一性原則。手動控制包括下列各級控制，控制級別由低至高的順序?yàn)椋?/p>

①由電網(wǎng)公司調(diào)度中心遠(yuǎn)方控制；

②由風(fēng)電場升壓站監(jiān)控后臺控制；

③由保護(hù)測控屏上的控制按鈕和把手控制，通過測控裝置發(fā)出控制指令；

④由各一次開關(guān)類設(shè)備上的就地手動開關(guān)一對一控制。

2.2 白鶴廠風(fēng)電場數(shù)字化升壓站工程技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)

（1）風(fēng)電場數(shù)字化升壓站技術(shù)在云南省風(fēng)電場首次應(yīng)用。

（2）風(fēng)電場數(shù)字化升壓站按照風(fēng)電場所接入的南方電網(wǎng)公司頒布的數(shù)字化變電站技術(shù)規(guī)范企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為云南省風(fēng)電場按照南方電網(wǎng)公司技術(shù)規(guī)范投運(yùn)和統(tǒng)一調(diào)度提供了可靠的保障。

（3）風(fēng)電場數(shù)字化升壓站技術(shù)的應(yīng)用使各設(shè)備間的信息和數(shù)據(jù)得以共享互通，實(shí)現(xiàn)了相互操作，使生產(chǎn)運(yùn)行更加可靠，降低了因監(jiān)控系統(tǒng)引起的故障，保障了發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益。

（4）為工程后期實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)與升壓站監(jiān)控系統(tǒng)兩大監(jiān)控系統(tǒng)的無縫合并提供了基礎(chǔ)和平臺。

3 結(jié)語

數(shù)字化升壓站因?yàn)槠洳捎肐EC 61850標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)含的各方面具有的技術(shù)進(jìn)步因素，并具有其國際標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性，加上我國電力系統(tǒng)配套的相應(yīng)規(guī)范的適用性，已經(jīng)在技術(shù)上明顯優(yōu)于目前仍在我國廣泛使用的IEC60870-5-103規(guī)約，是風(fēng)電場自動化技術(shù)的發(fā)展方向和必然趨勢。云南省白鶴廠風(fēng)電場110 kV升壓站數(shù)字化方案的應(yīng)用目前是國內(nèi)已知最先進(jìn)的技術(shù)方案，一旦此風(fēng)電場數(shù)字化升壓站投入實(shí)際運(yùn)行，其采用的設(shè)計(jì)思想及技術(shù)方案即具有示范及推廣意義。同時，減少了升壓站在風(fēng)電場壽命周期內(nèi)的總體成本，包括初期建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)成本。因此，風(fēng)電場數(shù)字化升壓站將會成為我國未來風(fēng)電場升壓站設(shè)計(jì)和建設(shè)的主要代表和發(fā)展方向。

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