福建風電場遠程集中控制方案研究

楊　林福建閩東電力股份有限公司，福建寧德　352100

?

福建風電場遠程集中控制方案研究

楊林
福建閩東電力股份有限公司，福建寧德352100

摘要本文針對風電場“無人值班”設計方案進行研究，創新性的提出了基于智能巡檢系統的風電場“無人值班”設計方案，同時結合風電場集控系統技術特點，對風電場集控系統進行了經濟效益分析。

關鍵詞風電場；集中控制；智能巡檢；無人值班

福建風電場規模較小，數量多，星羅棋布于沿海、內陸山區。若風電場按有人值班設計，需設置較多的運行維護人員和配套設施，同時也增加了電網調度的工作量，最終將限制福建風電場的大規模開發建設。

風電場集控系統將能有效解決上述問題。對風電場集控系統方案經濟效益分析的結果表明，風電場集控系統將能有效的實現風電公司的減員增效和緩解電網調度工作量的目的。

1　福建風電場現狀

福建風電場發展建設的特點：

1）主要分布在沿海、內陸的山區：地理上分散、地形條件復雜、交通不便。

2）個體風電場規模較小：已建風電場中，大部分風電場規模集中在20MW～50MW之間，個別風電場甚至才達到10MW級別。

3）采用就地監控方式，在每個風電場的升壓站設置主控室及值班宿舍、食堂等配套設施，并配備相應的運行維護人員。

福建省風電場大部分分布于沿海、山地等偏遠地區，所處地形地勢較為復雜，交通不夠便利，電廠運行人員長時間值守在風電場，工作與生活條件較為艱苦；福建省風電場受制于福建省山多沿海的地形特點，每個風電場裝機容量均較小，而沿海風資源的條件又導致大量投產風電場，大量的風電場需要配置大量的運行人員。這給各風電公司在運營以及管理方面帶來了不同程度的挑戰，一定程度上降低了風電公司的效益。

另外，電網調度部門需同時面對大量星羅棋布的中小規模風電場，造成風電場的電網調度管理工作繁重，也將限制風能資源豐富的福建省風電場大規模建設。若風電場采取集中控制方式，將減少就地運維人員的配置，提高整體管理水平，簡化電網調度管理工作，達到減員增效的目的。

2　集控系統建設總體目標及面臨問題

2.1總體目標

1）以風電公司為單位，根據風電公司風電場分布情況，建設各風電公司所屬的區級或者省級風電場集控中心。

2）集控中心按一體化監控管理模式建設，實現各子系統整合優化。

3）按集中運行管理模式建設，對風電場進行無人值班化設計。

4）通過風電場集中監控系統的建設，實現風電公司管理模式的轉變，實現“無人值班、區域檢修”的區域化集中運行管理。

2.2面臨問題

福建已建或在建風電場并未考慮集中監控系統的建設，若進行集控系統的建設必然面臨原有系統的改造方案和新建風電場的集控系統設計等問題：

1）風電場無人值班化設計問題：需改變省內風電場原有設計方案，采用當前先進、成熟技術，實現新建風電場的無人值班化。

2）集中監控管理制度問題：與集中監控系統配套，各風電公司需相應建立區域化集中運行管理制度，進行運維人員的優化配置，實現公司的減員增效。

3　風電場集控系統總體方案設計

3.1總體結構設計

風電場群集中監控系統在集約化、流程化、規范化和標準化的設計構想下，根據工業實時歷史數據庫與SCADA系統為架構框架進行設計。

該系統的主要功能包括：采集風電場內各綜自設備、各管理系統、監控系統的信息；實現對風電場各子系統的監視、控制功能。

圖1　系統總體示意圖

3.2系統功能設計

通過遠程集中監控系統，可以實現對風電場內的所有風機、風電場、視頻等信息進行下述功能的遠方監控和管理，也可方便的對多個風場的狀況進行對比，找出差距：1）生產運行監測；2）生產控制；3）智能巡檢；4）視頻圖像控制；5）電能計量；6）設備故障告警與分析；7）運行優化與維護管理；8）生產報表；9）系統自診斷。

4　風電場無人值班設計方案

4.1一次設備方案設計

由于裝機容量較小，福建省風電場一般以110kV或35kV（10kV）電壓等級接入電網。福建風電場在沿海建設，一次設備采用110kV GIS設備，110kV主變壓器采用戶外油浸變（自然風冷），35kV（10kV）采用戶內開關柜設備；集電線路采用架空線或電纜直埋方式；風機升壓變采用戶外箱式變（或塔筒內干變）；升壓變高壓側采用戶外環網柜設備。

一次設備可控性要求除斷路器、隔離開關能遠方控制外，35kV（10kV）開關柜手車、接地刀閘采用電動執行機構，并納入集中監控系統。

4.2風電場自動化體系

風電場一體化監控系統直接采集站內電網運行信息和二次設備運行狀態信息，通過標準化接口與電氣設備狀態監測、輔助應用、計量等進行信息交互，實現風電場全景數據采集、處理、監視、控制、運行管理等。

自動化系統采用無人值班變電站自動化體系結構，站控網絡采用基于IEC61850的單星型MMS/GOOSE網絡；考慮風電場以一次設備以35kV/10kV高壓開關柜為主，而僅有不多的110kV設備，自動化系統不采用過程層網絡，二次設備與一次設備之間采用常規電纜引接方式。

4.3保護配置

場內各繼保裝置支持IEC61850標準，能夠直接納入風電場監控系統；支持IEC61850-9-2規約、GOOSE報文等方式應用于模擬量、開關量的收發；進一步為無人值班創造條件。

4.4智能巡檢系統

通過設置圖像監視、火災報警等子單元建立智能巡檢系統，以實現無人值班。該系統的設置，能夠大幅度減少、甚至達到取消運行人員就地巡視工作。同時，智能巡檢還具備與風電場輔助控制各子系統之間的聯動。

圖像巡檢：該系統可以實現與場內事件的聯動。當場內發生諸如：斷路器跳閘、繼保裝置動作等事件時，該系統能夠啟動錄像、打開照明（夜間）、切換視頻通道以及報警等操作。

紅外線測溫巡檢：主變的攝像頭帶有紅外線測溫功能，可以檢測主變的溫度。當攝像頭檢測到主變溫度異常或者發生火災，圖像監控主機通過分析判斷，立即在本地顯示告警信號，同時將告警信號傳送至集控中心。

與場內輔助控制各子系統的聯動：

1）與火災報警及消防的聯動：通過圖像巡檢系統中的各種監視裝置，檢測風電場是否發生火災。當火災發生時，圖像巡檢系統通過RS232/RS485通道與消防系統聯動，同時立即啟動火災報警及消防系統。

2）與給排水系統的聯動：在電纜溝、電纜豎井等關鍵位置安裝水浸探頭，當水浸探頭檢測到電纜溝、電纜豎井等發生積水時，圖像巡檢系統通過RS232/RS485通道將此告警信息傳送至給排水系統。

3）與暖通系統的聯動：該系統通過對溫濕度的信號采集、數據分析，從而對空調、取暖器等設備進行調溫調濕控制。

4）與照明系統的聯動：燈光可根據事件（如入侵報警、消防報警、溫濕度報警），自動對場內內照明燈光進行遠程開啟、關閉操作；用戶在遠程監控巡視過程中，如果發現遠程現場照明不足，可進行燈光開啟和關閉操作。

5　風電場集控系統經濟效益分析

對于新建的風電場，由于取消了以往分散的就地監控模式，風電場不再配置運行維護人員，僅設置1～2名警衛，同時減少了配套的宿舍和食堂等。新增建設了遠程集控中心，配置相應運行維護人員及配套生活設施。

以某風電場公司為例，該公司下轄15個風電場，設置省級集控中心1個，在地市一、地市二各設巡檢中心各1個。其中集控中心設置值班運行人員15人，每個巡檢中心設置巡檢人員10人，共計巡檢人員20人。具體經濟效益分析見表1。

表1　某風電場公司集控系統建設經濟效益分析

由表1可知，風場建設初期按本地無人值班，采取遠方集中控制考慮。由于增加集控中心、巡檢中心設置，相應需增加設備及設施建設費用約500萬元；風電場采用無人值班集控設計后，增減的設備及設施費用基本持平，因此設備及設施費用總計需增加500萬元。

風電場采用無人值班后，可減少運維人員225人，

按每人每年5萬元工資算，減少人員工資1 125萬/年；集控中心、巡檢中心共計新增35個運維人員，共計增加人員工資175萬/年。風電場公司每年可減少人員工資約950萬元。

同時，利于降低風電公司運行人員工作強度，提高工作效率，實現公司對員工的人文關懷。

6　結論

福建風電場集控系統建設面臨集控系統的設計、風電場的“無人值班”方案設計、風電公司運行模式轉變等問題。基于此，本文相應開展了風電場總體方案設計、風電場“無人值班”設計方案研究，創新性的提出了基于智能巡檢系統的風電場“無人值班”設計方案。本文結合風電場集控系統技術特點，結合經濟效益分析，對風電場公司區域化集中運行管理制度提出了建議。

參考文獻

［1］陽云.中國風力發電的未來趨勢［J］.國內外機電一體化技術，2015（5）：41-43.

［2］王韜.遠程監控系統在風力發電中的應用［J］.華電技術，2011，33（11）：74-79.

中圖分類號TM62

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0204-02

作者簡介：楊林，工程師，從事電力行業投資管理、項目管理、戰略規劃等。