海上風電場升壓站智能化研究

肖國梁

摘要：近年來，我國海上風電飛速發展，截至2018年底，我國海上風電累計裝機容量已達363×104k W。我國《風電發展“十三五”規劃》提出，到2020年海上風電并網裝機容量達到500×104k W，開工建設規模達到1 000×104k W。海上風電的快速發展對設備制造、檢修、運行和維護提出了更加嚴格的要求，為解決種種難題，智能化成為風電發展的趨勢。目前，在風電機組智能化、無人機巡檢風機和海底電纜智能監測等方面，多家企業開展了技術研究并實現了初步的智能化，但是海上風電場智能升壓站尚無投產和建設實例。針對海上風電的特點提出海上風電場智能升壓站技術方案。

關鍵詞：海上風電;升壓站;智能化

1 海上風電場概況

1.1 主接線

海上風電場由分布在海上的風力發電機組、機組配套升壓設備、海底電纜、海上升壓站和陸上開關站組成。

1.2 海上風電場升壓站特點

海上風電場升壓站由兩部分組成，分別是海上升壓站和陸上開關站。陸上開關站與陸地變電站布置無異。海上升壓站布置在海上平臺，要求設備標準化、小型化、集成化，在滿足規范要求條件下布置盡量緊湊，節約空間和投資成本。海上升壓站所處環境惡劣、交通不便、檢修困難，對設備的可靠性和狀態監測提出了更高的要求。海上升壓站采用無人值班方式運行，其管理和控制由陸上的集控中心通過遙控方式實行實時監控。因此，采用實現全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、系統功能集成化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態可視化的智能升壓站顯得尤為必要。

2 常規海上升壓站特點

1）測量信號重復采集，系統效率低。由于常規變電站內電氣邏輯功能的實現以單個裝置為單元，為實現不同保護功能，同一電氣量需要多次以模擬量形式采集到不同裝置，增加了投資且降低了系統的整體效率。

2）電氣二次接線復雜。由于保護和測控裝置功能獨立，各保護、測控裝置之間無信息共享和集成應用，導致保護裝置需要以硬接線方式與相關所有一次設備之間直接相連，使得變電站內二次接線冗余且復雜。

3）缺乏標準化的信息模型。不同的設備廠家使用不同的通訊規約，使得調試變得復雜，增加了運行、維護的難度，降低了系統的可靠性，且后續無法基于統一的信息模型實現高級應用功能。

3 智能變電站特點

智能變電站是采用可靠、經濟、集成、節能、環保的設備與設計，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、系統功能集成化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態可視化等為基本要求，能夠支持電網實時在線分析和控制決策，進而提高整個電網運行可靠性及經濟性的變電站。智能變電站區別于傳統變電站的重要技術特征是。

1）電子式互感器代替傳統的電磁式互感器，解決了傳統互感器存在磁飽和問題。

2）采用智能高壓設備，如智能變壓器、智能斷路器和智能高壓組合電器GIS。智能高壓設備由高壓設備本體、傳感器和智能組件組成，能夠實現就地數字化測量、基于站內通信網絡的控制、向上級調控中心及檢修部門展示設備狀態等功能，自動化程度大大提高。

3）統一采用DLT 860（IEC 61850）標準，支持不同廠家的智能電子設備具有互操作性，無需進行協議轉換。

4）簡化二次接線，以少量光纖代替大量控制電纜，便于施工和運維。

5）以此為基礎，增加了多個高級應用功能，如支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等。

4 適用于海上風電場智能升壓站方案

4.1 架構體系

4.1.1 站控層

站控層設備包括主計算機服務器、操作員工作站、信息一體化平臺、網絡通訊管理機、調度遠動工作站、智能輔助系統服務器和打印機等設備。各主計算機服務器、工作站、網絡通訊管理機都與兩套網絡交換機相連接，形成冗余的站控層網絡。

4.1.2 間隔層

間隔層包含測控裝置、電能計量裝置、保護裝置、故障錄波裝置、安全自動裝置等二次設備和智能接口裝置。間隔層設備由CPU、內存、智能輸入/輸出接口及相應硬軟件組成，間隔層應包括人機對話接口設備。間隔層由含冗余的中央處理器的測控單元組成，可實現手動分步和自動操作。

間隔層對站控層具有相對獨立性，它們能脫離站控層直接完成生產過程的實時數據采集及預處理、單元設備狀態監視、同步控制等功能。間隔層能對所管轄的生產過程進行完善的監控，它們經過輸入、輸出接口與生產設備相連，通過通信接口接到網絡總線上，與站控層交換信息。

4.1.3 過程層

由合并單元、智能終端和智能傳感器等組成，完成電力生產過程數據采集與指令執行，對海上升壓站一次設備和二次設備信號采集、狀態監測和控制。一次設備有主變壓器、高壓組合電器GIS和開關柜等，二次設備有狀態監測系統和輔助系統。由網絡負責實現間隔層與過程層設備之間、間隔層設備之間以及過程層設備之間的數據通信，傳輸GOOSE報文及SV報文。

4.2 智能高壓設備

4.2.1 變壓器智能化

智能電力變壓器是指在電力變壓器上配置一套智能組件，負責變壓器基本狀態量及運行狀態量采集，包含主IED（智能電子裝置）、控制IED和監測IED。根據工程實際情況控制IED配置冷卻裝置控制IED、有載分接開關控制IED;監測IED配置油中溶解氣體監測IED、局部放電監測IED、繞組溫度監測IED和高壓套管監測IED。控制IED和監測IED將格式化信息和結果信息應通過站內通信網絡報送到主IED，由主IED進行數據分析、狀態評價和缺陷診斷，并形成報告。

4.2.2 高壓組合電器GIS智能化

智能高壓組合電器GIS是指在高壓組合電器GIS上配置一套智能組件，包括開關設備控制器、監測IED和合并單元，對高壓組合電器GIS斷路器的機械特性、SF6微水溫度密度、避雷器狀態、跳合閘電流等一系列特性進行監測。監測IED包括主IED、氣體狀態監測IED、機械狀態監測IED和局部放電監測IED。

5 結語

風電智能化時代才剛剛啟幕，在風電的智能化浪潮中，需要產業鏈的各個環節建立起智能化產業生態圈。海上風電場升壓站作為電力傳輸的關鍵環節，其運行的可靠性和智能化程度影響著整個風電場的建設和管理。

參考文獻

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[2]徐龍博，李煜東，汪少勇，等.數字化海上風電場研究[A].電力系統自動化專委會2013年學術交流研討會論文集[C].電力系統自動化專委會，2013.

[3]吳闖.智能變電站技術及其工程應用研究[D].南京：東南大學， 2018.