海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

閆培麗，袁兆祥，齊立忠，谷松林，吳聰穎

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

?

海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

閆培麗，袁兆祥，齊立忠，谷松林，吳聰穎

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市102209)

隨著國家新能源戰(zhàn)略的進(jìn)一步深入，海上風(fēng)電即將迎來大發(fā)展時(shí)期。由于遠(yuǎn)離陸地，海上風(fēng)電場具有所處環(huán)境復(fù)雜、氣候惡劣、施工困難、運(yùn)行維護(hù)不便等特點(diǎn)，使其在運(yùn)行值班模式、繼電保護(hù)配置、組網(wǎng)方案、信息流傳輸、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、模塊化設(shè)計(jì)等二次關(guān)鍵技術(shù)方面與陸地風(fēng)電場存在較大差異。該文對(duì)海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，進(jìn)一步規(guī)范、優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，對(duì)保證海上風(fēng)電運(yùn)行的可靠性，提升自動(dòng)化水平和建設(shè)水平，有序推動(dòng)我國海上風(fēng)電的健康發(fā)展具有十分重要的意義。

海上風(fēng)電場；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；二次系統(tǒng)；模塊化設(shè)計(jì)

0 引 言

海上風(fēng)電場由于受海洋氣候、環(huán)境及地質(zhì)等因素影響，其投資成本遠(yuǎn)高于陸地風(fēng)電場。海上風(fēng)電場遠(yuǎn)離陸地，海上環(huán)境復(fù)雜、天氣狀況惡劣，存在很多不可預(yù)見性問題[1-3]。海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓平臺(tái)建設(shè)施工較為困難，寬海域內(nèi)的海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)較為不便，海上自然條件嚴(yán)重制約著海上升壓站電氣設(shè)備的運(yùn)行、檢修和現(xiàn)場操作[4-6]。海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓站以及海底電纜的信息需全部發(fā)送至陸上集控中心，運(yùn)行人員在陸上集控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控海上電氣設(shè)備。因此，海上風(fēng)電場在運(yùn)行管理模式、監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案、信息傳輸、繼電保護(hù)配置、狀態(tài)監(jiān)測等方面的設(shè)計(jì)與陸地風(fēng)電場的存在較大差異[7-9]。

針對(duì)我國當(dāng)前海上風(fēng)電場研究與建設(shè)現(xiàn)狀，本文對(duì)相關(guān)二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究。首先給出海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)劃分為風(fēng)電機(jī)組及升壓設(shè)備、海上升壓站、陸上開關(guān)站(陸上集控中心)3個(gè)部分；然后根據(jù)海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、信息流傳輸五大類二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并給出相應(yīng)的配置原則及實(shí)現(xiàn)方案；最后對(duì)海上風(fēng)電工程模塊化設(shè)計(jì)及運(yùn)行值班模式進(jìn)行論述，形成完整的海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系。研究內(nèi)容對(duì)保證海上風(fēng)電運(yùn)行的可靠性，提高海上風(fēng)電場的投資效益，指導(dǎo)和規(guī)范海上風(fēng)電二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提升海上風(fēng)電場的自動(dòng)化水平和建設(shè)水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“海上風(fēng)電成本模型與電氣系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)研究”所給出的研究成果，海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中陸上開關(guān)站是海上風(fēng)電并網(wǎng)的系統(tǒng)接入點(diǎn)，可以設(shè)立在海底電纜登陸點(diǎn)，也可以在海底電纜登陸經(jīng)過一段架空線后建設(shè)一座220 kV開關(guān)站。通常情況下陸上開關(guān)站內(nèi)設(shè)有陸上集控中心，用于安裝海上風(fēng)電場延伸至陸上集控中心的站控層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及與調(diào)度端進(jìn)行通信。將陸上開關(guān)站與陸上集控中心等效為同一節(jié)點(diǎn)，則海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)可劃分為風(fēng)電機(jī)組及升壓設(shè)備、海上升壓站、陸上開關(guān)站(陸上集控中心)3部分，各部分功能如下。

(1)海上風(fēng)電場將各風(fēng)電機(jī)組輸出的690 V電壓通過箱式變壓器升壓至35 kV。各風(fēng)電機(jī)組變壓器電能通過陣列電纜集中，經(jīng)35 kV光電復(fù)合纜將電能送到海上升壓站。

(2)海上升壓站匯集集電線路電能，通過升壓變壓器將35 kV電壓升至220 kV，經(jīng)220 kV光電復(fù)合纜將電能輸送到陸上開關(guān)站。

(3)陸上開關(guān)站布置陸上無功補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)海底電纜與架空線路的連接，將海上風(fēng)電場的電能并入交流電網(wǎng)。

圖1 海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)海上風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合電力系統(tǒng)二次部分技術(shù)規(guī)范及相關(guān)技術(shù)規(guī)程，并滿足系統(tǒng)提出的風(fēng)功率預(yù)測、有功功率、無功電壓、低電壓穿越、運(yùn)行頻率、電能質(zhì)量等相關(guān)技術(shù)要求[10-17]。根據(jù)工程技術(shù)需求，本節(jié)對(duì)二次系統(tǒng)配置關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，給出繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化等方面的工程配置方案。

2.1 系統(tǒng)繼電保護(hù)配置

考慮到國內(nèi)外海底電纜制造水平，目前國內(nèi)35 kV和110 kV海底電纜制造水平已成熟，220 kV海底電纜也日趨成熟，而更高電壓等級(jí)海底電纜目前只能進(jìn)口，造價(jià)過高。因此從經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面考慮，升壓平臺(tái)的高壓側(cè)電壓等級(jí)不宜大于220 kV；風(fēng)電場場內(nèi)集電線路均采用35 kV電壓等級(jí)，升壓平臺(tái)低壓側(cè)也宜采用35 kV電壓等級(jí)。海上風(fēng)電的接入系統(tǒng)典型方案為220 kV海底電纜接入系統(tǒng)，一般采用海上升壓站-海底電纜-并網(wǎng)點(diǎn)-架空線路將風(fēng)電匯集升壓后送出。

風(fēng)電廠與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組至少應(yīng)具備0.625 s的低電壓運(yùn)行能力[18]。低電壓運(yùn)行期間，風(fēng)電機(jī)組的電壓、電流特性持續(xù)變化，均可能對(duì)保護(hù)元件性能產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)將風(fēng)電場的35、220 kV部分作為一個(gè)整體來考慮繼電保護(hù)配置，給出具體配置方案如下。

(1)35 kV集電線路配置單套的相間電流保護(hù)及零序電流保護(hù)，并與機(jī)組保護(hù)相配合。集電線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)大于機(jī)組熔斷器動(dòng)作時(shí)間。

(2)35 kV匯流母線配置單套的微機(jī)型母線差動(dòng)保護(hù)，其整定值取決于母線風(fēng)電場側(cè)故障時(shí)所產(chǎn)生的最大不平衡電流。

(3)海上升壓站主變壓器配置雙重化的差動(dòng)保護(hù)。

(4)海上升壓站220 kV母線宜配置雙重化母線保護(hù)，含失靈保護(hù)功能。

(5)海上升壓站-陸上開關(guān)站、陸上開關(guān)站-電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)220 kV線路，其兩側(cè)宜配置2套完全獨(dú)立的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，均含有完整的階段式后備保護(hù)及過負(fù)荷報(bào)警功能，不投入使用重合閘功能。

2.2 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)配置

陸上集控中心應(yīng)配置調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，作為海上風(fēng)電場向調(diào)度端傳輸遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量等信息并執(zhí)行調(diào)度端指令的控制中樞。海上升壓站和陸上開關(guān)站按需配置調(diào)度自動(dòng)化各系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集裝置或其子系統(tǒng)。最終由陸上集控中心將海上風(fēng)電機(jī)組和升壓設(shè)備、海上升壓站和陸上開關(guān)站/集控中心相關(guān)遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量等信息按照調(diào)度端要求的通道和規(guī)約上傳，并執(zhí)行調(diào)度端實(shí)時(shí)指令。根據(jù)調(diào)度端需求配置調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，具體方案如下。

(1)配置電能量計(jì)量系統(tǒng)，關(guān)口計(jì)量點(diǎn)設(shè)置在產(chǎn)權(quán)分界處，如海上風(fēng)電場與電網(wǎng)產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)、能準(zhǔn)確計(jì)量不同風(fēng)機(jī)業(yè)主或不同上網(wǎng)電價(jià)的分界點(diǎn)、外引站用電源高壓側(cè)等。配置0.2 S級(jí)雙表，接入電能量遠(yuǎn)方終端，通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話撥號(hào)等方式將電能量數(shù)據(jù)傳送至電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主站。

(2)配置有功功率控制系統(tǒng)，按照調(diào)度指令調(diào)節(jié)和控制海上風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率，保證風(fēng)電場有功控制調(diào)節(jié)的可靠性和快速性。在緊急情況下可快速自動(dòng)切除或降低風(fēng)電場有功功率。有功功率控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，或嵌入風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)。

(3)配置無功電壓控制系統(tǒng)，按照調(diào)度指令自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)電場發(fā)出(或吸收)的無功功率，包括對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組、無功補(bǔ)償裝置(包括海上和陸上)以及海上升壓平臺(tái)主變壓器分接頭的調(diào)節(jié)與控制，以滿足風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓的要求。依據(jù)控制對(duì)象和方式的不同，無功電壓控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置或嵌入風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)配置相量測量系統(tǒng)，由相量測量采集裝置和相量測量集中器組成。每套相量測量裝置應(yīng)能采集不少于6條線路的相量，采集單元的配置可結(jié)合風(fēng)電場遠(yuǎn)景規(guī)模考慮。

(5)配置電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，電能質(zhì)量在線監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在陸上開關(guān)站并網(wǎng)點(diǎn)或能夠有效反應(yīng)并區(qū)分不同業(yè)主電能質(zhì)量的點(diǎn)。采集的三相電壓、三相電流及相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)等信息，通過海底光電復(fù)合電纜傳輸至陸上集控中心。

(6)配置風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)，包含風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)主機(jī)、海上測風(fēng)塔及實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)采集處理裝置及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，應(yīng)具有0～72 h短期風(fēng)電功率預(yù)測以及15 min～4 h超短期風(fēng)電功率預(yù)測功能。風(fēng)電場范圍內(nèi)至少有1座測量高度不低于100 m的測風(fēng)塔，海上測風(fēng)塔數(shù)據(jù)采集量應(yīng)至少包括10、60 m(80 m)高處、輪轂高度處及測風(fēng)塔最高層的風(fēng)速和風(fēng)向以及氣溫、氣壓等信息。測風(fēng)塔數(shù)據(jù)可通過無線方式傳輸至風(fēng)電功率預(yù)測系統(tǒng)。

2.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置

海上風(fēng)電機(jī)組和升壓設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采集風(fēng)電機(jī)組和升壓設(shè)備的信息，通過海底光電復(fù)合纜傳輸至海上升壓站，海上升壓站監(jiān)控系統(tǒng)采集平臺(tái)上電氣設(shè)備及風(fēng)場設(shè)備的信息，通過海底光電復(fù)合電纜將信息傳輸至陸上集控中心(陸上開關(guān)站)，在陸上集控中心將所有信息上傳至電網(wǎng)調(diào)度中心，并接收調(diào)度端指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。根據(jù)海上風(fēng)電場的特點(diǎn)，海上升壓站采用無人值守運(yùn)行方式，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配置和功能要求按無人值班設(shè)計(jì)，陸上設(shè)遠(yuǎn)程集控中心。具體配置方案如下。

(1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布式結(jié)構(gòu)，分為站控層和間隔層。海上升壓站的監(jiān)控采用拉網(wǎng)延伸的方式延伸至陸上集控中心，陸上集控中心布置站控層設(shè)備，海上升壓站布置間隔層設(shè)備、操作員站和工程師站。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接方式如圖2所示。

(2)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，采用DL/T 860通信標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息共享。具有微機(jī)五防閉鎖、順序控制、智能告警等功能。

(3)風(fēng)電機(jī)組就地測控裝置一般按集電線路組網(wǎng)，通過35 kV海底光電復(fù)合纜組建光纖環(huán)網(wǎng)接入海上升壓站。

(4)升壓設(shè)備配置一套變壓器保護(hù)測控裝置，宜與海上風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)共用傳輸介質(zhì)，占用35 kV海底光電復(fù)合纜不同纖芯，組光纖環(huán)網(wǎng)接入海上升壓站。

圖2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.4 設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

海上風(fēng)電場受海上鹽霧腐蝕、臺(tái)風(fēng)、海浪等惡劣自然環(huán)境的影響，螺栓等機(jī)械系統(tǒng)失效加快，二次設(shè)備故障率大幅上升。針對(duì)海上風(fēng)電場特有環(huán)境情況，其設(shè)備在在線監(jiān)測要求較高，具體配置方案如下。

(1)配置海上風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱和發(fā)電機(jī)等重要部件的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測。

(2)配置海上升壓站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)主變壓器油中溶解氣體、鐵心接地電流、繞組溫度進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)對(duì)組合電器SF6氣體密度、微水以及對(duì)避雷器泄漏電流、動(dòng)作次數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測。

(3)海上風(fēng)電機(jī)組和主要電氣設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)信息接入陸上集控中心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線分析與告警處置相關(guān)功能。

2.5 信息流傳輸方案

海上風(fēng)電場、海上升壓站、陸上開關(guān)站、陸上集控中心之間信息流傳輸?shù)暮Ｉ喜糠滞ㄟ^海底光電復(fù)合纜實(shí)現(xiàn)，陸上部分通過隨架空線路敷設(shè)OPGW、ADSS光纜實(shí)現(xiàn)，光纜芯數(shù)應(yīng)滿足各部分信息流傳輸要求，并留有適當(dāng)余量。海上風(fēng)電場信息流傳輸如圖3所示，具體傳輸方案如下。

(1)海上風(fēng)電場與海上升壓站間的信息流傳輸，包括海上風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控、海上風(fēng)電機(jī)組升壓設(shè)備監(jiān)控、海上風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)在線監(jiān)測、海上風(fēng)電場智能輔助控制系統(tǒng)、海上風(fēng)電機(jī)組IP電話、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)監(jiān)測等，各信息流占用35 kV海底光電復(fù)合纜的不同纖芯。統(tǒng)計(jì)不同功能用途的光纖需求量，海上風(fēng)電場35 kV海底光電復(fù)合纜實(shí)際需用24芯，備用12芯，故35 kV海底光電復(fù)合纜宜選36芯。當(dāng)光纜芯數(shù)過多造成剝離困難時(shí)，可將每根35 kV海底光電復(fù)合纜劃分為2個(gè)光纖單元，即采用2×24芯35 kV海底光電復(fù)合纜。

(2)海上升壓站與陸上開關(guān)站間的信息流傳輸，包括220 kV線路保護(hù)、故障錄波、保護(hù)及故障信息管理、升壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、海上風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)、時(shí)鐘同步系統(tǒng)、相量測量、電能量計(jì)量、狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、基礎(chǔ)監(jiān)測、海底電纜在線監(jiān)測等，各信息流占用220 kV海底光電復(fù)合纜的不同纖芯。統(tǒng)計(jì)不同功能用途的光纖需求量，海上升壓站至海底電纜登陸點(diǎn)實(shí)際需占用220 kV A相海底電纜約25芯，備用16芯，220 kV C相海底電纜約11芯，備用11芯。為防止任意一海底電纜的故障，建議220 kV A、C相海底電纜均采用2×24芯光電復(fù)合纜，保證海上升壓站與路上集控中心的可靠通信。

圖3 海上風(fēng)電場信息流傳輸

3 模塊化設(shè)計(jì)及運(yùn)行值班模式

3.1 模塊化設(shè)計(jì)方案

針對(duì)海上風(fēng)電場遠(yuǎn)離陸地、環(huán)境復(fù)雜、氣候惡劣、施工困難、運(yùn)行維護(hù)不便等特點(diǎn)，可采用預(yù)制技術(shù)、裝配式建設(shè)技術(shù)、預(yù)制光電纜“即插即用”技術(shù)及一體化設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試技術(shù)，以大幅降低海上作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)與成本。

采用預(yù)制式智能控制柜等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的一體化設(shè)計(jì)，一體化供貨，減少現(xiàn)場接線調(diào)試工作量、提高安裝質(zhì)量、提升建設(shè)效率。

采用預(yù)制光纜、預(yù)制電纜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備“即插即用”。相對(duì)于傳統(tǒng)的光纜熔接/電纜壓接而言，該技術(shù)可以大幅降低現(xiàn)場施工強(qiáng)度、縮短變電站建設(shè)周期，同時(shí)消除傳統(tǒng)操作帶來的多種質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)長期運(yùn)行可靠性。

采用一體化設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試技術(shù)，以一次設(shè)備廠家為主體，二次設(shè)備、智能在線監(jiān)測廠家配合，實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備一體化設(shè)計(jì)制造，消除了不同設(shè)備廠家間溝通不暢的問題。

3.2 海上風(fēng)電場運(yùn)行值班模式

對(duì)于海上風(fēng)電場，受海上鹽霧腐蝕、臺(tái)風(fēng)、海浪等惡劣自然環(huán)境的影響，人員到達(dá)不便，螺栓等易損件失效加快，機(jī)械和電氣系統(tǒng)故障率大幅上升，導(dǎo)致檢修維護(hù)的頻次加快，增大了風(fēng)電機(jī)組維護(hù)的支出。在整個(gè)海上風(fēng)電場項(xiàng)目中，風(fēng)機(jī)只占總成本的35%，其他成本來自建設(shè)安裝、運(yùn)行維護(hù)、并網(wǎng)、管理和回收等部分，其中建設(shè)安裝占24%，運(yùn)行維護(hù)占22%，可見運(yùn)行維護(hù)在海上風(fēng)電項(xiàng)目中所占的投資比例非常大。

海上風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)存在難度大、費(fèi)用昂貴兩大特點(diǎn)，海上風(fēng)電場的設(shè)計(jì)需結(jié)合海上風(fēng)電場的實(shí)際運(yùn)行工作環(huán)境進(jìn)行，以減少維護(hù)工作量或延長維護(hù)間隔周期。

海上風(fēng)電場海上部分由海上風(fēng)電機(jī)組及其升壓設(shè)備和海上升壓站部分組成，而海上的惡劣環(huán)境決定了海上風(fēng)電場不能夠長期滯留運(yùn)維人員，因此海上升壓站需采用無人值守遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，陸地設(shè)集控中心，實(shí)現(xiàn)在陸地對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組和海上升壓站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。調(diào)度命令下達(dá)到陸上集控中心，海上風(fēng)電機(jī)組塔筒和海上升壓站設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)視、應(yīng)急通信和應(yīng)急電源，實(shí)現(xiàn)在陸地對(duì)海上風(fēng)電場的可靠監(jiān)控，保障運(yùn)維人員的安全。

海上風(fēng)電場維護(hù)采用定期巡檢和故障檢修。定期巡檢根據(jù)事先安排進(jìn)行，故障檢修則具有不可預(yù)見性，只有發(fā)生故障了才進(jìn)行，通常成本較為昂貴。為盡可能減少故障檢修，可以制定周密的定期檢修計(jì)劃，并通過狀態(tài)監(jiān)測來確定機(jī)組出現(xiàn)的早期問題，以便及時(shí)采取行動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)救。

4 結(jié) 語

本文對(duì)海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，將海上風(fēng)電場二次系統(tǒng)劃分為風(fēng)電機(jī)組及升壓設(shè)備、海上升壓站、陸上開關(guān)站(陸上集控中心)3個(gè)部分，給出了海上風(fēng)電場繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化、監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、信息流傳輸、模塊化設(shè)計(jì)及運(yùn)行值班模式等配置方案。

海上風(fēng)電即將迎來大發(fā)展時(shí)期，類似陸上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的情形將會(huì)在新一輪的海上風(fēng)電建設(shè)高潮中再現(xiàn)。及時(shí)總結(jié)陸上風(fēng)電建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，超前謀劃，儲(chǔ)備海上風(fēng)電場并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，落實(shí)應(yīng)用于典型設(shè)計(jì)方案，以規(guī)范和指導(dǎo)海上風(fēng)電場有序建設(shè)，對(duì)于推動(dòng)我國海上風(fēng)電的健康發(fā)展具有十分重要的意義。

[1]傅質(zhì)馨,袁越. 海上風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(21):121-129. Fu Zhixin,Yuan Yue. Status and prospects on condition monitoring technologies of offshore wind turbine[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(21):121-129.

[2]唐洪良,周榮亮,孫磊. 海上風(fēng)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與最新進(jìn)展[J]. 機(jī)電工程,2014,31(7):928-932. Tang Hongliang, Zhou Rongliang, Sun Lei. Latest development and key technologies of offshore wind power for grid integration[J]. Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2014, 31(7):928-932.

[3]王錫凡,衛(wèi)曉輝,寧聯(lián)輝,等. 海上風(fēng)電并網(wǎng)與輸送方案比較[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(31):5459-5466. Wang Xifan, Wei Xiaohui, Ning Lianhui, et al. Integration techniques and transmission schemes for off-shore wind farms[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(31):5459-5466.

[4]陳曉明,李磊,王紅梅,等. 關(guān)于海上風(fēng)電發(fā)展的概況和對(duì)策[J]. 廣東造船,2011(1):23-28. Chen Xiaoming, Li Lei, Wang Hongmei, et al. Development trend of offshore wind power[J]. Guangdong Shipbuilding, 2011(1):23-28.

[5]林鶴云,郭玉敬,孫蓓蓓,等. 海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,41(4):882-888. Lin Heyun, Guo Yujing, Sun Beibei, et al. Overview of offshore wind power key technologies[J]. Journal of Southeast University ( natural science edition), 2011, 41(4):882-888.

[6]王志新,吳杰,徐烈,等. 大型海上風(fēng)電場并網(wǎng)VSC-HVDC變流器關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(19):14-27.

Wang Zhixin, Wu Jie Xu Lie, et al. Key technologies of large offshore wind farm VSC-HVDC converters for grid integration[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(19):14-27.

[7]李飛飛,王亮,齊立忠,等. 海上風(fēng)電典型送出方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源,2014,30(11):140-144. Li Feifei, Wang Liang, Qi Lizhong, et al. Technical and economical comparisons of typical transmission schemes of the offshore wind farm[J]. Power System and Clean Energy, 2014, 30(11):140-144.

[8]姚興佳,隋紅霞,劉穎明,等. 海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]. 上海電力,2007(2):111-118. Yao Xingjia, Sui Hongxia, Liu Yingming, et al. The development and current status of offshore wind power technology[J]. Shanghai Electric Power, 2007(2):111-118.

[9]肖運(yùn)啟,賈淑娟. 我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J]. 華東電力,2010,38(2):277-280. Xiao Yunqi, Jia Shujuan. Development status and technology analysis of offshore wind power in China[J]. East China Electric Power, 2010, 38(2):277-280.

[10]國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 392—2009風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S]．北京：中國電力出版社，2009．

[11]國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 678—2011 智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2011．

[12]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 688—2012 智能變電站輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2012．

[13]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 584—2010變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S]．北京：中國電力出版社，2010．

[14]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 11152—2014智能變電站模塊化建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則[S]．北京：中國電力出版社，2014．

[15]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 11155—2014智能變電站預(yù)制光纜技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2014．

[16]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 11154—2014智能變電站預(yù)制電纜技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2014．

[17]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 383—2009 智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S]．北京：中國電力出版社，2009．

[18]國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 1866—2012 分散式風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S]. 北京：中國電力出版社，2009.

(編輯:張小飛)

Key Technology of Offshore Wind Farm Secondary System Design

YAN Peili，YUAN Zhaoxiang，QI Lizhong，GU Songlin，WU Congying

(State Power Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

Along with the further deepening of the national new-energy strategy, offshore wind farm will step into a period of great development. Due to far away from the land, offshore wind farm has characteristics of complex environment, bad weather, difficult construction, inconvenient operation and maintenance, etc., and its secondary key technologies are different from those of wind farm on land, such as operation and duty mode, relay protection configuration, network scheme, information transmission, equipment condition monitoring, modular design and so on. This paper studied related design technologies of secondary system in offshore wind farm, further standardized and optimized the design scheme, which had very important significance to ensure the reliability of the running of offshore wind farm, enhance the levels of automation and construction, and promote the healthy development of offshore wind farm in China.

offshore wind farm; topological structure; secondary system; modular design

TM 72

A

1000-7229(2015)04-0129-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.04.021

2015-02-02

2015-02-29

閆培麗(1972)，女，注冊(cè)電氣工程師，高級(jí)工程師，主要從事系統(tǒng)繼電保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化及智能變電站研究與設(shè)計(jì)方面的工作;

袁兆祥(1970)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和研究工作；

齊立忠(1968)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和研究工作；

谷松林(1986)，男，博士，主要從事電力系統(tǒng)保護(hù)與控制方面的研究工作；

吳聰穎(1987)，男，碩士，主要從事電力系統(tǒng)保護(hù)與控制方面的研究工作。