海上風(fēng)電場升壓站智能化研究

肖國梁

摘要：近年來，我國海上風(fēng)電飛速發(fā)展，截至2018年底，我國海上風(fēng)電累計裝機容量已達363×104k W。我國《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量達到500×104k W，開工建設(shè)規(guī)模達到1 000×104k W。海上風(fēng)電的快速發(fā)展對設(shè)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(fēng)電發(fā)展的趨勢。目前，在風(fēng)電機組智能化、無人機巡檢風(fēng)機和海底電纜智能監(jiān)測等方面，多家企業(yè)開展了技術(shù)研究并實現(xiàn)了初步的智能化，但是海上風(fēng)電場智能升壓站尚無投產(chǎn)和建設(shè)實例。針對海上風(fēng)電的特點提出海上風(fēng)電場智能升壓站技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;升壓站;智能化

1 海上風(fēng)電場概況

1.1 主接線

海上風(fēng)電場由分布在海上的風(fēng)力發(fā)電機組、機組配套升壓設(shè)備、海底電纜、海上升壓站和陸上開關(guān)站組成。

1.2 海上風(fēng)電場升壓站特點

海上風(fēng)電場升壓站由兩部分組成，分別是海上升壓站和陸上開關(guān)站。陸上開關(guān)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(shè)備標準化、小型化、集成化，在滿足規(guī)范要求條件下布置盡量緊湊，節(jié)約空間和投資成本。海上升壓站所處環(huán)境惡劣、交通不便、檢修困難，對設(shè)備的可靠性和狀態(tài)監(jiān)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(jiān)控。因此，采用實現(xiàn)全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化、系統(tǒng)功能集成化、結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊化、高壓設(shè)備智能化和運行狀態(tài)可視化的智能升壓站顯得尤為必要。

2 常規(guī)海上升壓站特點

1）測量信號重復(fù)采集，系統(tǒng)效率低。由于常規(guī)變電站內(nèi)電氣邏輯功能的實現(xiàn)以單個裝置為單元，為實現(xiàn)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(tǒng)的整體效率。

2）電氣二次接線復(fù)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(yīng)用，導(dǎo)致保護裝置需要以硬接線方式與相關(guān)所有一次設(shè)備之間直接相連，使得變電站內(nèi)二次接線冗余且復(fù)雜。

3）缺乏標準化的信息模型。不同的設(shè)備廠家使用不同的通訊規(guī)約，使得調(diào)試變得復(fù)雜，增加了運行、維護的難度，降低了系統(tǒng)的可靠性，且后續(xù)無法基于統(tǒng)一的信息模型實現(xiàn)高級應(yīng)用功能。

3 智能變電站特點

智能變電站是采用可靠、經(jīng)濟、集成、節(jié)能、環(huán)保的設(shè)備與設(shè)計，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化、系統(tǒng)功能集成化、結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊化、高壓設(shè)備智能化和運行狀態(tài)可視化等為基本要求，能夠支持電網(wǎng)實時在線分析和控制決策，進而提高整個電網(wǎng)運行可靠性及經(jīng)濟性的變電站。智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的重要技術(shù)特征是。

1）電子式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式互感器，解決了傳統(tǒng)互感器存在磁飽和問題。

2）采用智能高壓設(shè)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(shè)備由高壓設(shè)備本體、傳感器和智能組件組成，能夠?qū)崿F(xiàn)就地數(shù)字化測量、基于站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的控制、向上級調(diào)控中心及檢修部門展示設(shè)備狀態(tài)等功能，自動化程度大大提高。

3）統(tǒng)一采用DLT 860（IEC 61850）標準，支持不同廠家的智能電子設(shè)備具有互操作性，無需進行協(xié)議轉(zhuǎn)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(chǔ)，增加了多個高級應(yīng)用功能，如支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等。

4 適用于海上風(fēng)電場智能升壓站方案

4.1 架構(gòu)體系

4.1.1 站控層

站控層設(shè)備包括主計算機服務(wù)器、操作員工作站、信息一體化平臺、網(wǎng)絡(luò)通訊管理機、調(diào)度遠動工作站、智能輔助系統(tǒng)服務(wù)器和打印機等設(shè)備。各主計算機服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)通訊管理機都與兩套網(wǎng)絡(luò)交換機相連接，形成冗余的站控層網(wǎng)絡(luò)。

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(shè)備和智能接口裝置。間隔層設(shè)備由CPU、內(nèi)存、智能輸入/輸出接口及相應(yīng)硬軟件組成，間隔層應(yīng)包括人機對話接口設(shè)備。間隔層由含冗余的中央處理器的測控單元組成，可實現(xiàn)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(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理、單元設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、同步控制等功能。間隔層能對所管轄的生產(chǎn)過程進行完善的監(jiān)控，它們經(jīng)過輸入、輸出接口與生產(chǎn)設(shè)備相連，通過通信接口接到網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與指令執(zhí)行，對海上升壓站一次設(shè)備和二次設(shè)備信號采集、狀態(tài)監(jiān)測和控制。一次設(shè)備有主變壓器、高壓組合電器GIS和開關(guān)柜等，二次設(shè)備有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。由網(wǎng)絡(luò)負責(zé)實現(xiàn)間隔層與過程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間以及過程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，傳輸GOOSE報文及SV報文。

4.2 智能高壓設(shè)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(zé)變壓器基本狀態(tài)量及運行狀態(tài)量采集，包含主IED（智能電子裝置）、控制IED和監(jiān)測IED。根據(jù)工程實際情況控制IED配置冷卻裝置控制IED、有載分接開關(guān)控制IED;監(jiān)測IED配置油中溶解氣體監(jiān)測IED、局部放電監(jiān)測IED、繞組溫度監(jiān)測IED和高壓套管監(jiān)測IED?？刂艻ED和監(jiān)測IED將格式化信息和結(jié)果信息應(yīng)通過站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)報送到主IED，由主IED進行數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)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(guān)設(shè)備控制器、監(jiān)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(tài)、跳合閘電流等一系列特性進行監(jiān)測。監(jiān)測IED包括主IED、氣體狀態(tài)監(jiān)測IED、機械狀態(tài)監(jiān)測IED和局部放電監(jiān)測IED。

5 結(jié)語

風(fēng)電智能化時代才剛剛啟幕，在風(fēng)電的智能化浪潮中，需要產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)建立起智能化產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。海上風(fēng)電場升壓站作為電力傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，其運行的可靠性和智能化程度影響著整個風(fēng)電場的建設(shè)和管理。

參考文獻

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