福建风电场远程集中控制方案研究

杨　林福建闽东电力股份有限公司，福建宁德　352100



福建风电场远程集中控制方案研究

杨林
福建闽东电力股份有限公司，福建宁德352100

摘要本文针对风电场“无人值班”设计方案进行研究，创新性的提出了基于智能巡检系统的风电场“无人值班”设计方案，同时结合风电场集控系统技术特点，对风电场集控系统进行了经济效益分析。

关键词风电场；集中控制；智能巡检；无人值班

福建风电场规模较小，数量多，星罗棋布于沿海、内陆山区。若风电场按有人值班设计，需设置较多的运行维护人员和配套设施，同时也增加了电网调度的工作量，最终将限制福建风电场的大规模开发建设。

风电场集控系统将能有效解决上述问题。对风电场集控系统方案经济效益分析的结果表明，风电场集控系统将能有效的实现风电公司的减员增效和缓解电网调度工作量的目的。

1　福建风电场现状

福建风电场发展建设的特点：

1）主要分布在沿海、内陆的山区：地理上分散、地形条件复杂、交通不便。

2）个体风电场规模较小：已建风电场中，大部分风电场规模集中在20MW～50MW之间，个别风电场甚至才达到10MW级别。

3）采用就地监控方式，在每个风电场的升压站设置主控室及值班宿舍、食堂等配套设施，并配备相应的运行维护人员。

福建省风电场大部分分布于沿海、山地等偏远地区，所处地形地势较为复杂，交通不够便利，电厂运行人员长时间值守在风电场，工作与生活条件较为艰苦；福建省风电场受制于福建省山多沿海的地形特点，每个风电场装机容量均较小，而沿海风资源的条件又导致大量投产风电场，大量的风电场需要配置大量的运行人员。这给各风电公司在运营以及管理方面带来了不同程度的挑战，一定程度上降低了风电公司的效益。

另外，电网调度部门需同时面对大量星罗棋布的中小规模风电场，造成风电场的电网调度管理工作繁重，也将限制风能资源丰富的福建省风电场大规模建设。若风电场采取集中控制方式，将减少就地运维人员的配置，提高整体管理水平，简化电网调度管理工作，达到减员增效的目的。

2　集控系统建设总体目标及面临问题

2.1总体目标

1）以风电公司为单位，根据风电公司风电场分布情况，建设各风电公司所属的区级或者省级风电场集控中心。

2）集控中心按一体化监控管理模式建设，实现各子系统整合优化。

3）按集中运行管理模式建设，对风电场进行无人值班化设计。

4）通过风电场集中监控系统的建设，实现风电公司管理模式的转变，实现“无人值班、区域检修”的区域化集中运行管理。

2.2面临问题

福建已建或在建风电场并未考虑集中监控系统的建设，若进行集控系统的建设必然面临原有系统的改造方案和新建风电场的集控系统设计等问题：

1）风电场无人值班化设计问题：需改变省内风电场原有设计方案，采用当前先进、成熟技术，实现新建风电场的无人值班化。

2）集中监控管理制度问题：与集中监控系统配套，各风电公司需相应建立区域化集中运行管理制度，进行运维人员的优化配置，实现公司的减员增效。

3　风电场集控系统总体方案设计

3.1总体结构设计

风电场群集中监控系统在集约化、流程化、规范化和标准化的设计构想下，根据工业实时历史数据库与SCADA系统为架构框架进行设计。

该系统的主要功能包括：采集风电场内各综自设备、各管理系统、监控系统的信息；实现对风电场各子系统的监视、控制功能。

图1　系统总体示意图

3.2系统功能设计

通过远程集中监控系统，可以实现对风电场内的所有风机、风电场、视频等信息进行下述功能的远方监控和管理，也可方便的对多个风场的状况进行对比，找出差距：1）生产运行监测；2）生产控制；3）智能巡检；4）视频图像控制；5）电能计量；6）设备故障告警与分析；7）运行优化与维护管理；8）生产报表；9）系统自诊断。

4　风电场无人值班设计方案

4.1一次设备方案设计

由于装机容量较小，福建省风电场一般以110kV或35kV（10kV）电压等级接入电网。福建风电场在沿海建设，一次设备采用110kV GIS设备，110kV主变压器采用户外油浸变（自然风冷），35kV（10kV）采用户内开关柜设备；集电线路采用架空线或电缆直埋方式；风机升压变采用户外箱式变（或塔筒内干变）；升压变高压侧采用户外环网柜设备。

一次设备可控性要求除断路器、隔离开关能远方控制外，35kV（10kV）开关柜手车、接地刀闸采用电动执行机构，并纳入集中监控系统。

4.2风电场自动化体系

风电场一体化监控系统直接采集站内电网运行信息和二次设备运行状态信息，通过标准化接口与电气设备状态监测、辅助应用、计量等进行信息交互，实现风电场全景数据采集、处理、监视、控制、运行管理等。

自动化系统采用无人值班变电站自动化体系结构，站控网络采用基于IEC61850的单星型MMS/GOOSE网络；考虑风电场以一次设备以35kV/10kV高压开关柜为主，而仅有不多的110kV设备，自动化系统不采用过程层网络，二次设备与一次设备之间采用常规电缆引接方式。

4.3保护配置

场内各继保装置支持IEC61850标准，能够直接纳入风电场监控系统；支持IEC61850-9-2规约、GOOSE报文等方式应用于模拟量、开关量的收发；进一步为无人值班创造条件。

4.4智能巡检系统

通过设置图像监视、火灾报警等子单元建立智能巡检系统，以实现无人值班。该系统的设置，能够大幅度减少、甚至达到取消运行人员就地巡视工作。同时，智能巡检还具备与风电场辅助控制各子系统之间的联动。

图像巡检：该系统可以实现与场内事件的联动。当场内发生诸如：断路器跳闸、继保装置动作等事件时，该系统能够启动录像、打开照明（夜间）、切换视频通道以及报警等操作。

红外线测温巡检：主变的摄像头带有红外线测温功能，可以检测主变的温度。当摄像头检测到主变温度异常或者发生火灾，图像监控主机通过分析判断，立即在本地显示告警信号，同时将告警信号传送至集控中心。

与场内辅助控制各子系统的联动：

1）与火灾报警及消防的联动：通过图像巡检系统中的各种监视装置，检测风电场是否发生火灾。当火灾发生时，图像巡检系统通过RS232/RS485通道与消防系统联动，同时立即启动火灾报警及消防系统。

2）与给排水系统的联动：在电缆沟、电缆竖井等关键位置安装水浸探头，当水浸探头检测到电缆沟、电缆竖井等发生积水时，图像巡检系统通过RS232/RS485通道将此告警信息传送至给排水系统。

3）与暖通系统的联动：该系统通过对温湿度的信号采集、数据分析，从而对空调、取暖器等设备进行调温调湿控制。

4）与照明系统的联动：灯光可根据事件（如入侵报警、消防报警、温湿度报警），自动对场内内照明灯光进行远程开启、关闭操作；用户在远程监控巡视过程中，如果发现远程现场照明不足，可进行灯光开启和关闭操作。

5　风电场集控系统经济效益分析

对于新建的风电场，由于取消了以往分散的就地监控模式，风电场不再配置运行维护人员，仅设置1～2名警卫，同时减少了配套的宿舍和食堂等。新增建设了远程集控中心，配置相应运行维护人员及配套生活设施。

以某风电场公司为例，该公司下辖15个风电场，设置省级集控中心1个，在地市一、地市二各设巡检中心各1个。其中集控中心设置值班运行人员15人，每个巡检中心设置巡检人员10人，共计巡检人员20人。具体经济效益分析见表1。

表1　某风电场公司集控系统建设经济效益分析

由表1可知，风场建设初期按本地无人值班，采取远方集中控制考虑。由于增加集控中心、巡检中心设置，相应需增加设备及设施建设费用约500万元；风电场采用无人值班集控设计后，增减的设备及设施费用基本持平，因此设备及设施费用总计需增加500万元。

风电场采用无人值班后，可减少运维人员225人，

按每人每年5万元工资算，减少人员工资1 125万/年；集控中心、巡检中心共计新增35个运维人员，共计增加人员工资175万/年。风电场公司每年可减少人员工资约950万元。

同时，利于降低风电公司运行人员工作强度，提高工作效率，实现公司对员工的人文关怀。

6　结论

福建风电场集控系统建设面临集控系统的设计、风电场的“无人值班”方案设计、风电公司运行模式转变等问题。基于此，本文相应开展了风电场总体方案设计、风电场“无人值班”设计方案研究，创新性的提出了基于智能巡检系统的风电场“无人值班”设计方案。本文结合风电场集控系统技术特点，结合经济效益分析，对风电场公司区域化集中运行管理制度提出了建议。

参考文献

［1］阳云.中国风力发电的未来趋势［J］.国内外机电一体化技术，2015（5）：41-43.

［2］王韬.远程监控系统在风力发电中的应用［J］.华电技术，2011，33（11）：74-79.

中图分类号TM62

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）165-0204-02

作者简介：杨林，工程师，从事电力行业投资管理、项目管理、战略规划等。