DP2海上風電安裝平臺電站管理模式設計

摘" " 要：以DP2附加標志的平臺功率管理系統為分析對象，從規范要求尋找設計要點，分析DP2海上風電安裝平臺功率管理系統的配置，探討電站在不同管理模式下發電機組的運行情況，以及配電板母排聯絡開關的分合閘狀態，為相關設計部門提供技術參考。

關鍵詞：風電安裝平臺；功率管理系統；動力定位

中圖分類號：U674.35 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

DP2 Offshore Wind Turbine Installation Platform

Power Plant Management Mode Design

ZHANG Jincong

（ Shanghai Bestway Marine Engineering Design Co.， Ltd.，" Shanghai 201612，" China ）

Abstract： Taking the platform power management system with DP2 additional notation as the analysis object， the design key points are found from the rules requirements， to study the configuration of the power management system for DP2 offshore wind turbine installation platform， the operation status of the generator sets in different management modes and the on-off state of switchboard bus-ties are discussed， so as to provide technical reference for the relevant design departments.

Key words： wind turbine installation platform;" power management system;" dynamic positioning

1" " "引言

近年來，國家經濟飛速發展，社會用電量急劇增加，對清潔能源的需求也在迅速增長。伴隨著國家“碳達峰、碳中和”目標的發布，沿海各省政府部門和社會各界紛紛積極響應，將海上風電作為新能源發展的重要方向。由于海上風電具有風能資源豐富、可開發空間大、不占用土地資源、風力平穩、適用機型大等諸多優點，因此受到政府的重視，成為我國政府主推發展的電力行業之一。在沿海風場安裝風機，用于海上風機安裝的風電安裝平臺也需求強勁。

由于海上風機造價昂貴，海上的環境對風電作業設施影響極大，稍有不慎，極有可能造成重大事故。配置DP2動力定位的風電安裝平臺，通過精準的定位能力，在規定的海況下，可以滿足最大水深70 m的海域進行風機的安裝作業。DP2動力定位不僅操作簡便，節能環保，而且可以降低海上風電施工的安全風險，提高海上風機安裝的效率，因此在海上風機安裝領域具有顯著的優勢和應用價值。

本文通過對某DP2自航自升式海上風電安裝平臺功率管理系統（簡稱PMS）的配置，PMS對不同工況下發電機組的控制，以及對配電板母排聯絡開關的分合閘的控制，探討DP2海上風電安裝平臺電站管理模式的設計要點，結合實際案例，總結了DP2平臺電站管理模式設計方法，為類似船型的設計提供參考。

2" " 規范要求

CCS《鋼質海船入級規范》（2022）第8篇第11章對DP2附加標志的船舶有明確要求：安裝有動力定位系統的船舶，在出現單一故障（不包括一個艙室或幾個艙室的損失）后，可在規定的環境條件下，在規定的作業范圍內自動保持船位和首向[1]。冗余設計原則參照《鋼質海船入級規范》（2021）的11.2.2。表1為CCS規范對動力系統的功率管理系統的冗余要求。

3" " 平臺電力系統設計

1）本平臺電站由三套6 600 V高壓配電板、一套690V配電板、一套400 V配電板和一套230 V配電板組成。在DP2模式下，6 600 V、400 V、230 V配電板的聯絡開關斷開，電力系統分成三個獨立冗余組運行。

2）6 600 V高壓配電板由三套配電板組成，配電板之間通過聯絡開關連接，每套配電板各連接兩臺3300kW主發電機，供電給一個艏側推和一個艉推進器。DP2模式下最大單一故障設計意圖為 6 600V Bus A或6600V Bus B或6 600 V Bus C完全停電，導致一個艏側推和一個艉推進器失效，船舶用其余兩個艏側推和兩個艉推進器保持船舶位置和首向。

3）690 V配電板設置兩段母排，分別由二臺1600kVA動力變壓器（PTR1 amp; PTR2）供電； 這兩段配電板主要用于平臺的輔助吊機、高壓沖樁泵、壓載泵等設備的供電。由于這些負載的功率較大，單個設備的功率在150 kW至600 kW左右，起動電流較大，因此這些設備采用軟起動，并且分別連接到兩段690V配電板，采用軟起動而不是變頻起動的設計，可以減少這些設備運行時產生的諧波，在確保設備供電冗余分組的同時，降低設備的成本，從而達到最優的性價比。

4）400V配電板設置三段母排，分別由三臺2500kVA日用變壓器（STR1 amp; STR2 amp; STR3）和一臺800kW停泊發電機（HG）供電。任意兩臺日用變壓器可以短時并聯運行，用于負載轉移；停泊發電機可與任意一臺日用變壓器短時并聯，用于負載轉移。在非DP模式下，三臺日用變壓器一用兩備。在斷路器的分斷能力選擇時，一般需要考慮日用變壓器的短時并聯運行時所饋送的最大短路電流。

5）230 V配電板由兩臺350 kVA主照明變壓器（LTR1 amp; LTR2）和一臺80 kVA副照明變壓器（ATR）供電。在非DP模式下，兩臺主照明變壓器一用一備；副照明變壓器獨立運行。允許2臺主照明變壓器短時并聯運行。

6）低壓岸電向400 V配電板供電，岸電與停泊發電機及三臺日用變壓器副邊開關互鎖。

通過如上的設計，本船的發電機、配電板、變壓器等與DP相關的電力系統，分成了三個獨立的冗余分組，最大單一故障只會丟失一個DP分組，另外運行的兩個DP分組可以自動保持船舶位置和首向，滿足DP2的要求。

4" " PMS冗余配置

具有DP2附加標志的船舶，PMS必須滿足DP2冗余要求。本DP2風電安裝平臺，具有三套高壓配電板，每套高壓配電板內設置了PMS及關聯采集模塊。在1號高壓配電板和3號高壓配電板各安裝了一套CPU，每套高壓配電板安裝了冗余的兩套交換機，高壓配電板的每一屏的綜保都通過內部A/B以太網接到對應的冗余交換機。三套配電板的I/O信號采集模塊，通過環網設計連接到兩套CPU。每套配電板的兩個發電機屏，安裝的功率管理模塊PPU，也是通過環網設計連接到兩套CPU。安裝在2號高壓板的就地HMI以及安裝在集控臺的PMS工作站，也是通過不同交換機的A/B以太網通訊。

在整個PMS的冗余設計中，單一故障結果如下：

1）如果一個CPU出現故障，則熱備用的CPU直接接管，整個系統正常運行；

2）如果某套高壓配電板內一個交換機出了故障，則可以自動切換到備用的交換機與CPU通訊，整個系統正常運行；

3）如果連接設備的A網、B網的其中一路網線連接故障，則設備可以通過另外一路繼續通訊，整個系統正常運行；

4）如果某套配電板的PPU出現故障、損壞、斷電，則對應的發電機控制丟失，此時會觸發報警，對平臺位置和首向保持無影響；

5）如果某套配電板的I/O信號采集模塊出現故障、損壞、斷電，則對應的高壓配電板控制丟失，此時會觸發報警，對平臺位置和首向保持無影響。

從上面的PMS冗余分組分析可以看出，任何的單一故障都不會對兩個冗余分組產生影響，未產生超過本平臺規定的最大單一故障，滿足規范關于DP-2附加標志的要求。

5" " 電站管理模式

為了便于電站的自動操作，結合DP2風電安裝平臺的工作特點，將平臺電站的管理模式分為手動、半自動、PMS自動模式[2]。PMS自動模式又可以分為非DP模式、DP2模式、停泊模式， 三種工作模式可通過觸摸屏或工作站上按鈕選擇進入，如沒有選擇上述任意一種工作模式，則電站默認處于半自動模式。

在AC6 600 V配電板發電機屏和主聯絡開關屏均設置模式選擇開關，可以選擇就地模式和遙控模式。當模式選擇開關選在遙控時，由PMS進行控制。

AC6 600V配電板三臺日用變壓器和兩臺動力變壓器原邊開關均設置模式選擇開關，可以選擇就地和遙控模式。日用變壓器帶預充磁變壓器，以便減少開關合閘時的勵磁涌流。在遙控模式下，PMS可對變壓器原邊開關進行控制。正常情況下，均選擇在遙控模式。

AC690 V配電板兩臺動力變壓器副邊開關均設置模式選擇開關，可以選擇就地和遙控模式。在遙控模式下，PMS可對動力變壓器副邊開關進行控制。

AC400 V配電板停泊發電機、日用變壓器副邊開關、聯絡開關均設置模式選擇開關，可以選擇就地和遙控模式。在遙控模式下，PMS可對停泊發電機、日用變壓器副邊開關、聯絡開關進行控制。

AC230 V配電板主照明變壓器副邊開關、聯絡開關均設置模式選擇開關，可以選擇就地和遙控模式。在遙控模式下，PMS可對主照明變壓器副邊開關、聯絡開關進行控制。

5.1" "管理模式——手動模式

在手動模式下，可以手動起、停發電機，手動合、分閘發電機主開關、聯絡開關和其他負載開關，手動進行發電機并車、變壓器并車 ，手動進行負載轉移， 需要借助配電板的同步表進行同步操作。

當有重載問詢時，人為判斷，手動發出允許信號。

5.2" "管理模式——半自動模式

半自動模式，在PMS就地HMI或者PMS工作站人工操作指令，手動起、停發電機，發電機組半自動進行負載分配，半自動完成發電機組的同步、解列功能，以及聯絡開關的半自動同步功能[3]。

當有重載問詢時，人為判斷，手動發出允許信號。

5.3" "管理模式——PMS自動模式

PMS自動模式下，常規的自動控制功能，本文不再進行詳細的描述，下文主要列舉了一些需要注意事項或比較實用的功能設置：

1）當低壓岸電供電時，自動功能無效；

2）當有發電機開關的電站模式選擇開關打在“遙控”時，如果沒有選擇3個工作模式中的任一模式時，則電站處于半自動狀態，此時沒有任何自動控制功能。（延時30 s，發出“PMS模式未選擇”報警提示）；

3）當大功率設備主起重機、輔起重機、升降系統、沖樁泵在運行時，不可以模式切換；

4）觸摸屏和工作站上設置發電機備車順序選擇，每臺發電機可以選擇數字1～6，且每臺發電機有一個唯一的數字，數字越小，發電機的優先級越高；

5）觸摸屏和工作站上設置輕載解列抑制按鈕，當抑制功能激活時，即使電站功率到達了設定的解列值，也不會輕載解列；

6）當變壓器或負載開關模式選擇在遙控時，可以通過觸摸屏和工作站上的合/分閘按鈕，進行遙控操作；

7）觸摸屏和工作站上設置發電機最小臺數選擇，可以根據需要任意設置1～6臺；

8）觸摸屏和工作站上設置“所有發電機投入”選擇按鈕，在DP工況下可以根據實際需求選擇關閉或打開，默認是關閉。當選擇打開時，電站自動將所有可用的主發電機全部投入電網，并且不會根據負荷的變化進行增減機，以確保電力系統運行安全。

配電板本地觸摸屏及工作站的控制權限原則：配電板本地觸摸屏優先于集控臺工作站。當本地觸摸屏選擇遙控，集控臺工作站才可以控制。在顯示屏上顯示控制權限位置，有控制權限的才能操作；沒有控制權限不能操作，僅可以查看狀態及參數顯示以及確認屏幕上的報警，不能復位PMS。

1）非DP模式

配電由主發電機供電，聯絡開關均處于合閘狀態，在網發電機的臺數根據負荷進行調整。根據船舶的不同運行工況，比如航行模式，進出港模式，拔樁、升樁模式，升平臺模式等，操作人員可以在HMI或工作站上設置發電機最小臺數。

2）DP2模式

自動功能1：聯絡開關均處于分閘狀態，在網主發電機的數量根據負荷進行調整，至少保證每段主匯流排有1臺主發電機在網。

自動功能2：6臺主發電機供電，聯絡開關均處于分閘狀態。

本平臺可通過“非DP模式”和“DP2模式”按鈕，快速切換模式，對應的配電板聯絡開關在非DP模式自動地進行分閘，在DP2模式自動地進行合閘，并且根據實際海況的電網負載，自動調整在網發電機的數量。對于同一個風場穩定的海況，非DP模式時可通過“輕載解列抑制”按鈕，減少發電機的頻繁啟動和停車；在DP2模式正常海況時，可選擇自動功能2，6臺發電機投入運行，快速地備足電站容量，此時電站不再進行增減機，確保電力系統安全穩定運行。非DP模式和DP2模式的一鍵切換功能，極大地便利了船員的操作，也降低了船員誤操作可能導致全船失電，從而使施工的平臺失去定位和首向的風險。

3）停泊模式

停泊發電機供電，6 600 V配電板處于失電狀態，400V、230V聯絡開關均處于合閘狀態。

6" " "結語

對于DP2 海上風電安裝平臺，在風電場作業的過程中，需要在DP2模式和非DP模式頻繁切換，比如下樁入泥的時候，一般采用DP2模式，而在脫離水面抬升平臺或者立樁起吊作業的時候，則是非DP模式。安全、穩定，便于操作的功率管理系統，將極大地提高全船的電站管理水平，確保風電安裝平臺的作業安全，提高施工效率。

本文依據實際平臺設計經驗，按照規范要求、平臺電力系統設計、PMS冗余配置、 電站管理模式等幾個方面，對DP2海上風電安裝平臺電站管理模式進行研究分析，可供DP2級船舶和平臺設計參考，它一定程度上提升了自動電站管理的清晰度，同時對風電安裝平臺的現場作業也有積極的指導作用。

參考文獻

[1]鋼質海船入級規范[S].北京：中國船級社， 2021.

[2]韓旗，黃一民，張紀元等.船舶能量管理系統技術[J].船舶工程， 2009，"31（S1）：102-104.

[3]柯常國，王勁，楊俊飛.電力推進船舶功率管理系統設計和研究[J].船電技術， 2013， 33（9）：17-21.