风电场升压站智能监控系统技术分析

风电场升压站智能监控系统技术分析

曹德友

四川省能投会东新能源开发有限公司 四川 会东 615200

摘要：升压站是风电场中十分重要的设备之一，在日常工作中需要对其相关参数进行监测。而随着智能技术的发展，风电场升压站的日常监控中也引入了智能化技术，针对这种情况本文对升压站智能监控系统技术进行了相关的分析，提出相应的技术方案，对智能化风电场的建设有积极的推动作用。

关键词：风电场；升压站；智能监控系统

1 智能化电网与智能变电站概述

经过多年的发展，现阶段的电力系统规模变得越来越大，结构变得越来越复杂，对保证人们的日常生活以及工业发展起到十分关键的作用。而伴随着电力的供应范围不断扩大，整个社会对电力的依赖程度也在逐渐增加，因此保障供电质量以及供电可靠性变得越来越重要。为了达到这种要求，智能电网的想法被提了出来，通过将电网数字化的水平提升，对电网资源以及设备信息进行全面的掌握，从而能够使电网的运行以及管理水平得到较大程度的提升，令电网资产利用率进一步提高，进而满足整个社会的用电需求。

尽管我国在智能化电网方面起步较晚，但发展迅速。尤其是近几年，已经将智能电网的建设上升到国家战略的层面。在2009年，国家电网就提出要建设坚强智能电网的目标，要建设一个“以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、 信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化 、互动化为特征 的统一的坚强智能化 电网”。

在智能化电网建设中，智能化变电站的建设是十分关键的环节，因此对智能变电站的研究俨然成为了当下十分热门的话题。智能化变电站的主要特征包括一次设备的数字化和智能化以及二次设备数字化与网络化等等。在建设智能化变电站的过程中，智能监控系统的构建是重中之重，其方案的可靠性以及完备性等对系统的性能会产生直接的影响。智能变电站中，传统单一不全面的在线监测设备被纳入到了具备信息数字化以及结构紧凑化等特点的智能在线监测系统中，通过借助传感器以及智能状态监测模块，从而可以对变电站内的变压器以及GIS等一次设备进行状态监测以及实时的分析，进而获得变电站内相关的数据信息。

2 智能监控系统技术方案

风能作为绿色能源未来拥有巨大的发展空间，因此风电场将会是未来智能电网发展的重要目标，通过在风电场的升压站中配置相应的智能监控系统，从而提高升压站的智能化水平，并且使风电场产生的电能能够灵活的并入电网系统中。通过对工作经验进行归纳总结，同时结合智能电网相关应用案例，提出一套完整的风电场升压站智能监控系统方案，并成功应用与某风电工程HFL升压站中。

2.1 HFL升压站概况

HFL升压站是由某公司投资兴建，风电场装机容量49.5MW，根据规划配置一套100MVA的主变压器，电压比为230±8×1.25%/37kV。220kV采用1回线变组接到系统220kV变电站中；35kV采用单母线的接线方式，本期进线3回、1回进线分接插头、1回站用变，远期进线6回、2回分接插头、1回站用变。220kV线变组断器使用的是常规的开关设备，通过配置相应的智能终端，从而完成智能化的控制。220kV侧电流以及电压互感器使用的是有源电子式互感器，35kV使用的是室内开关柜，开关柜、主变套管以及中性点侧的电流互感器选择的都是常规的互感器，不过中性点电流互感器需要设置合并器，进而将常规模拟量转变为数字量。

2.2智能监控系统技术方案

通过与相关单位进行对接，并与主管单位进行沟通，确定了在项目中需要实施的智能化变电站方案，整个方案中最关键的部分就是配置一套完善的智能监控系统，通过对一次信息进行数字化收集，对二次设备进行网络化连接，进而使变电站达到智能化的水平。

从整体上看，这套智能监控系统采用标准的“三层两网”模式，满足 IEC61850 标准，站控层MMS网络使用的是双网星型以太网结构，对传统变电站的监控系统、故障信息管理系统以及通信系统等进行了高度整合，这些系统都进行了网络防火墙以及网络物理隔离装置的设置，以太网络通信方式选择的是 IEC61850 协议从而完成数据的传输。监控后台能够对变电站进行就地监控，并完成相应的控制，远动工作站能够使变电站与不同级别的调度系统进行相互通信，进而能够使管理部门能够对变电站的故障进行远端监控与控制。变电站的自动系统的建立基于的是 IEC61850 面向对象以及分层分布的思想，借助站控层网络进而完成变电站的系统建模。

站控层网络的建立相对成熟，而过程层网络的设计方案则有不同的版本，总结起来有以下三种方案：

1. 过程层全部采用直采直跳的方式，即通过光纤将过程层中的开关量/模拟量信息与使用这些信息的设备进行点对点的连接。这种方案和传统的电缆连接方式比较类似，都是从源端到目的端，只不过将传输介质由电缆更换为光纤。相较于传统方案，这种方式比较容易被接收，同时外部时钟不会对保护装置有所影响，使保护装置拥有一定的独立性，进而成为当前建设智能化变电站推崇的方案。不过这种方案目前还存有一些问题：首先是不能够进行信息共享；其次在通信能力上，需要拥有多个光纤以太网口，要求二次设备具有较高的通信能力；还有就是三次设备自身需要提供一个同步信号，从而确保不同的合并单元间能够实现采用同步，如果同步信号出现问题，容易导致出现实时性的差异；最后就是需要大量的光纤与交换设备，进而导致现场施工以及后期运行维护的难度较大。

2. 采用GOOSE组网，SMV信号点对点的方式。GOOSE的信息量相对较少，不会造成网络堵塞的情况，同时对实用性没有过高的要求，对保护动作的执行没有影响。不过因为SMV信息需要保证动作能够正确执行，因此选择点对点的方式。这种方案在GOOSE上选择的是组网方案，因此可以使网络利用率有一定程度的提高，能够减少光缆的使用量。不过同第一种方案一样，还是存在同样的问题，没有降低大件设备的数量，因此整体改进不明显。

3. 采用GOOSE、SMV、1588信息共网传递的方式。这种方案的采样值以及开光量网络通过共用一个交换机网络，从而降低了交换机的使用数量以及使用成本，同时使出现故障的地方也减少了，进而使维护更加方便，在进行协议施工时更加快捷，使整体的可靠性有较大程度的提升。在使用组网进行传输时，采样值能够使用IEEE1588精密对时标准完成采样的同步工作。此外，主变压器作为一个大间隔单独配置交换机，一个交换机上挂有保护以及合并单元，从而使差动主保护的动作时间指标有所提升，进而使整体主变压器保护的可靠性得到保障。

通过对上述方案进行对比，并和相关单位进行沟通交流，听取多方的意见，最终决定选择方案一，尽管网络的利用水平比较低，但整个方案更加稳妥，同时也满足国家电网的要求。 方案三的组网方式虽然比较先进，但技术还不是很成熟，不过拥有很大的发展空间。方案二介于方案一与方案三之间，不过因为在设备上的投入相对较少，而整个网络方案又比较复杂，因此不适合当做首选方案。

3结语

随着我国数字化变电站的技术不断成熟，智能电网以及智能监控系统等技术的应用在不断的深入。本文通过对风电场中的升压站所采用的智能监控系统进行分析，提出不同的网络方案，通过对比各个方案的优劣，从而选择最优的，并进行了成功的应用，从而对智能化变电站的推广以及应用有重要作用。

参考文献

1. 田成凤. 智能变电站相关技术研究及应用[D]. 天津大学.

2. 田伟,肖荣国,刘剑锋,刘剑飞,沈连滨.黑龙江省延寿数字化变电站的实施[J].黑龙江电力,2009,31(04):261-263+293.

作者简介：姓名：曹德友（1978.10--）；性别：男，民族：汉，籍贯：重庆市南川区，学历：本科；现有职称：工程师；研究方向：电气工程及其自动化。