近海风电场电气系统自动化设计与运行关键技术2.0

1、近海近海风电场电气系统风电场电气系统自动化自动化设计设计与运行关键技术与运行关键技术华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室杨杨 苹苹主要内容 1. 电气性能电气性能2. 经济性经济性3. 可靠性可靠性4. 实际工程约束条件：实际工程约束条件：（1）考虑电缆功率限制，升压站进线电缆不能超过其功率传输上限 （2）考虑施工因素，集电系统拓扑连线不能出现交叉（3）考虑海底地形限制，某些风机之间不能连线华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South Ch

2、ina University of Technology1针对单升压站，多达100台以上风机，海上或陆上风电场。3支持设计传统开关配置和完全开关配置两种开关配置的拓扑2设计的拓扑采用树形结构。华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology支持对拓扑图的修改，并重新计算其经济性和可靠性指标。支持对拓扑图的修改，并重新计算其经济性和可靠性指标。根据综合考虑经济性或可靠性指标来设计出满足设计方要求的拓扑。根据综合考虑经济性或可靠性

3、指标来设计出满足设计方要求的拓扑。对集电系统拓扑可靠性评估对集电系统拓扑可靠性评估对集电系统拓扑进行全生命周期的经济性评估对集电系统拓扑进行全生命周期的经济性评估对拓扑进行潮流计算，设备选型。对拓扑进行潮流计算，设备选型。根据用户要求完成对海上风电场集电系统的拓扑设计。根据用户要求完成对海上风电场集电系统的拓扑设计。功能强大，专业性强，针对集电系统设计开发界面简洁，操作简单，可视化操作采用针对集电系统拓扑的搜索算法，能适应各种升压站和风机排列情况.采用全生命周期的经济性评估方法对拓扑进行经济性评估采用的可靠性评估模型算法能精确计算够拓扑可靠性指标华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guan

4、gdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology软件特点华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology软件框图采用Nbes算法的优点体现在：1. 针对性强，充分考虑了集电系统拓扑约束条件，如电缆功率限制，连线不能交叉等。2. 根据满足约束条件，通过nbest搜索算法给出尽可能多的满足要求拓扑接线图。3.

5、通过对大量拓扑图进行经济性评估和可靠性评估，便找出拓扑连线的最优方案。4. 可动态改变寻优范围，从而调节运算时间和输出图数量。5. 通过在搜索中增加修正环节，让拓扑连线图成辐射状，连线图大多满足规整性要求。华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology 华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China Un

6、iversity of Technology风机SCADA系统：由整机厂提供海上和陆上升压站综合自动化系统：由厂家提供测风监控系统：包括单独的海上气象监测塔，或者集成在海上升压站的气象设备，由相关厂家提供风电功率预测系统：由系统供应商提供安防系统：由五防、安防系统厂家提供AGC/AVC：由设备供应商提供CMS（风机在线诊断系统）：由系统供应商提供华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology 风电场一体化监控涉及系统很多，彼

7、此关系复杂，通信/控制的实时性要求也不一样。如果用常规的工程实施，系统实施和调试需要两两在现场进行的话，一体化的风险和实施难度极大，尤其对于海上风电场而言，由于现场运输的成本较高，这个问题尤其突出。所以，在监控一体化的设计方案阶段，需要对监控系统下辖的各系统进行层次和功能的划分。华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology划分可以带来如下好处：划分可以带来如下好处：在风场设计之初，就对风场及其周边系统有全方位了解对风场内部

8、各系统有清晰的功能定位，前瞻性地为未来各种系统预留空间，风场如何利用现有硬件资源的过程也一目了然有助于各系统的通信和交互清晰化，便于规划和设计控制和通信总线方案，并通过信息驱动视角对其通信、控制进行理解和实现有利于下一层的系统/服务，可以为多个上层系统/服务所使用，反过来，上次系统/服务，可以调用多个下一层的系统/服务。从而有可能节省投资，减少重复建设华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology纵向上，将电场各系统按照功能

9、性质分为三类：纵向上，将电场各系统按照功能性质分为三类：内部管理类，顺应发电公司内部管理要求而建，包括OA，ERP，视频会议，安防报警，车辆管理，故障记录等操作实施类，围绕风场日常操作处理流程而建，包括各种计划安排（含发电和检修计划）、集控接口、AGC/AVC、电网EMS（含调度指令接口）等。操作保障类，检查是否运行正常，以及保证操作实施可以顺利进行，包括测风系统、CMS、风机SCADA、海上和陆上升压站综合自动化系统、SVC、风电功率预测系统、通信中心系统、数据中心系统等。华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy

10、 Technology, South China University of Technology横向上，将风场各系统划分为四个层面横向上，将风场各系统划分为四个层面:最底层为供应层。包括各种硬件及对应监视系统/周边系统，是风场需要处理和调度的原子对象。第二层为协调层。对底层的一个或多个系统的信息进行综合使用或综合控制。AGC/AVC，功率预测，通信协议转换设备/通信中心均属于这一层。第三层为服务层，主要是软件实现。将一个或多个协调层中的消息、动作封装为服务。每个服务均可提供给一个或多个应用所调用。服务层的存在，便于异构系统构筑为一套整体框架，减少重复投资和重复劳动。第四层为应用层，主要封装风

11、电场平时所面对的应用逻辑和人机界面 华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology11. 海上风电系统的建模与优化海上风电系统的建模与优化12. 海上风电系统的无功配置方案设计海上风电系统的无功配置方案设计（1）根据）根据 风电场接入电力系统技术规定风电场接入电力系统技术规定 的要求：的要求：规定中对无功总容量配置的要求；规定中对无功总容量配置的要求；规定中对风电场电压控制的要求；规定中对风电场电压控制的要求；低电压穿越对无

12、功配置的要求；低电压穿越对无功配置的要求；华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology2. 海上风电系统的无功配置方案设计海上风电系统的无功配置方案设计（2）设计步骤：）设计步骤：建立海上风电系统中各个无功源和无功符合的数学模型；建立海上风电系统中各个无功源和无功符合的数学模型；对海上风电系统无功补偿点进行选取；对海上风电系统无功补偿点进行选取；根据不同的补偿点设计各点的补偿形式及设备的选取（根据不同的补偿点设计各点的补偿

13、形式及设备的选取（各种各种补补偿偿装置装置的配比）的配比）；华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology13. 系统的动态无功补偿控制算法设计及优化系统的动态无功补偿控制算法设计及优化华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology11. 系统仿真整体电气

14、图系统仿真整体电气图Page 2712. 系统参数设置和调度模块系统参数设置和调度模块华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology13. 系统调度内部图系统调度内部图华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology1 通过光纤以太网与风场监控中心SCADA

15、后台进行连接，实现对风机的远程监控 机组运行数据可以根据业主要求形成相应格式的报表，同时进行本地存储和远程上传 机组与风场监控软件通过OPC协议进行实时数据交换，良好兼容风场原有硬件设备华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology1华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University o

16、f Technology11. 模块化设计模块化设计华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology12. 主界面主界面华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology13. 风机参数设置界面风机参数设置界面华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangd

17、ong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology14. 变桨系统监控界面变桨系统监控界面华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology, South China University of Technology15. 功率曲线监控界面功率曲线监控界面华南理工大学广东省绿色能源技术重点实验室Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technol

18、ogy, South China University of Technology11、定期维护、定期维护轮班周期为轮班周期为12个月（个月（80-120个工作时）个工作时）检查、清洁等等检查、清洁等等2、修理安排、修理安排一般是在维修时期进行或等待通知一般是在维修时期进行或等待通知涉及某种程度的故障维修涉及某种程度的故障维修从手动启动到更换主要部件从手动启动到更换主要部件3、备件管理、备件管理电网指令电网指令维修计划维修计划功率预测功率预测控制策略控制策略实时数据实时数据控制指令控制指令风机风机SCADAn 能量管理系统：根据电网调度能量管理系统：根据电网调度指令，对风电各风机的出力进行指令

19、，对风电各风机的出力进行控制。控制。n能自动获取电网限电指令、风能自动获取电网限电指令、风机机/升压站升压站/测风塔测风塔/无功补偿装置无功补偿装置的实时数据、风电功率预测系统的实时数据、风电功率预测系统的超短期的超短期/短期结果，同时形成综短期结果，同时形成综合数据库。合数据库。n多种策略对风机出力进行控制多种策略对风机出力进行控制风机风机无功无功补偿补偿测风测风塔塔升压升压站站电网电网风电功风电功率预测率预测AGC风电场风电场电网电网千 兆 交千 兆 交换机换机AGC AGC 服务器服务器风 电 功 率风 电 功 率预 测 服 务预 测 服 务器器ModBusModBus/ /串串口口风机

20、风机/ /风场监控风场监控测风塔测风塔OPCOPC或或DL/T 634DL/T 634升压升压站站监控工作站监控工作站DL/T 634DL/T 634通信管理机通信管理机调度数调度数据网据网I 区区II 区区 控制约束控制约束 限电指令：支持自动获取和人工录入限电指令：支持自动获取和人工录入 风机维修计划风机维修计划 有功有功/无功功率控制方式无功功率控制方式 风机组支持风机组支持AGC：所有风机变桨：所有风机变桨/变速变速 风机组不支持风机组不支持AGC时：部分停机时：部分停机 控制目标控制目标 频率、联络线功率为给定值频率、联络线功率为给定值 经济性最佳经济性最佳n 控制控制 多种控制策略多种控制策略 实时性好实时性好可利用风电功率预测结果进一步改进控制方式可利用风电功率预测结果进一步改进控制方式支持风机维修计划支持风机维修计划n同时采集多种系统的数据同时采集多种系统的数据风机风机/测风塔测风塔/升压站升压站/无功