風電場數字化升壓站的設計研究及應用

汪鵬

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.032

摘 要：隨著我國經濟轉型升級，對環保要求的提高推動了新能源在電力系統中的比重和地位的提升，從而帶動了風電產業的快速發展，數字化技術在風電場升壓站的應用已成為提高我國風電自動化水平發展的重要因素。該文介紹了基于IEC61850標準上的風電場數字化升壓站的解決方案，對風電場數字化升壓站的結構、形式、特點等進行了分析和探討。同時以筆者完成的云南省白鶴廠風電場110 kV數字化升壓站工程設計實例給出了風電場數字化升壓站一體化監控技術在實際應用中的設計方案。

關鍵詞：風電場 數字化升壓站 IEC61850

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

我國風力發電產業經過10年的發展，總裝機容量已超越美國，成為世界第一風電大國。目前我國風電場自動化運行水平不高是造成棄風的主要原因之一，而棄風是影響風電場經濟效益的重要因素。我國風力發電場通常采用的是不同生產廠家的設備及不同技術水平的風力發電機組和風電場升壓站電氣一、二次設備。由于各設備制造廠商各自支持不同的通訊介質和通訊協議，造成了彼此間信息交換困難，從而阻礙了風電場自動化水平的發展。

該文主要針對風電場數字化升壓站技術，以IEC 61400-25/IEC61850標準為基礎，對風電場數字化升壓站進行分析和研究，給出了相應的在實際應用上的設計方案。同時結合筆者完成的云南省大理州祥云縣白鶴廠風電場（以下簡稱云南省白鶴廠風電場）110 kV數字化升壓站初步設計，揭示風電場數字化升壓站一體化監控技術的應用特點。

1 風電場數字化升壓站

數字化升壓站是風電場自動化技術的發展方向，是一個不斷發展的過程，就目前技術發展現狀而言，數字化升壓站是由智能化一次設備、網絡化二次設備在IEC61850通信協議基礎上分層構建，能夠實現智能設備間信息共享和互操作的現代化變電站。與傳統的升壓站綜合自動化系統相比，數字化升壓站的間隔層設備、站控層設備及網絡設備的接口和通信方式發生了改變，過程層設備主要有以下兩方面變化：（1）傳統升壓站的電磁式電流、電壓互感器變為電子式互感器；（2）傳統升壓站的各電磁式電流、電壓互感器、操作機構箱與二次測控保護裝置采用控制電纜連接的方式變為數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裝置采用光纜連接。

2 云南省白鶴廠風電場110 kV數字化升壓站設計方案

基于上述在IEC 61400-25/IEC61850標準上對風電場數字化升壓站進行的分析和研究，筆者在實踐中完成了相應的在實際應用上的云南省白鶴廠風電場110 kV數字化升壓站設計方案。

2.1 升壓站計算機監控系統

該工程升壓站為數字化變電站，分為站控層、間隔層、過程層構建，采用IEC61850數據建模和通信服務協議，過程層采用電子式互感器等具有數字化接口的智能一次設備，以網絡通信平臺為基礎，實現升壓站監測信號、控制命令、保護跳閘命令的數字化采集、傳輸、處理和數據共享，實現網絡化二次功能、程序化操作、智能化等功能。

（1）監控系統結構。

該工程數字化升壓站分別為站控層、間隔層、過程層，每層均由相應的設備及網絡設備構成。站控層與間隔層采用冗余以太網架構的網絡組網方式，傳輸速率不低于100 Mbps。110 kV出線側及主變各側采用GOOSE與SV合并組網共享雙網。35 kV側GOOSE與SV合并組網共享單網。

（2）控制和操作。

控制范圍：升壓站內所有主變壓器有載調壓開關檔位、各側斷路器、電動隔離開關、電動接地開關。

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為：

①由電網公司調度中心遠方控制；

②由風電場升壓站監控后臺控制；

③由保護測控屏上的控制按鈕和把手控制，通過測控裝置發出控制指令；

④由各一次開關類設備上的就地手動開關一對一控制。

2.2 白鶴廠風電場數字化升壓站工程技術特點總結

（1）風電場數字化升壓站技術在云南省風電場首次應用。

（2）風電場數字化升壓站按照風電場所接入的南方電網公司頒布的數字化變電站技術規范企業標準進行設計，為云南省風電場按照南方電網公司技術規范投運和統一調度提供了可靠的保障。

（3）風電場數字化升壓站技術的應用使各設備間的信息和數據得以共享互通，實現了相互操作，使生產運行更加可靠，降低了因監控系統引起的故障，保障了發電量和經濟效益。

（4）為工程后期實現風電場監控系統與升壓站監控系統兩大監控系統的無縫合并提供了基礎和平臺。

3 結語

數字化升壓站因為其采用IEC 61850標準內含的各方面具有的技術進步因素，并具有其國際標準的權威性，加上我國電力系統配套的相應規范的適用性，已經在技術上明顯優于目前仍在我國廣泛使用的IEC60870-5-103規約，是風電場自動化技術的發展方向和必然趨勢。云南省白鶴廠風電場110 kV升壓站數字化方案的應用目前是國內已知最先進的技術方案，一旦此風電場數字化升壓站投入實際運行，其采用的設計思想及技術方案即具有示范及推廣意義。同時，減少了升壓站在風電場壽命周期內的總體成本，包括初期建設成本和運行維護成本。因此，風電場數字化升壓站將會成為我國未來風電場升壓站設計和建設的主要代表和發展方向。

參考文獻

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