9-风电场电气与控制系统

1、1、并网型风力发电系统主要由【风力发电机组】和【升压变电站组成】2、考虑管理、运行、维护以及投资、产权等综合成本因素，在我国风力发电一 般采用【集中并网远距离传输】运行。3、风电场的电气与控制系统主要包括 【升压站（含入网送出线路）】、【场内输变 电系统（含箱变）】、【风电机组电气系统】三部分。4、根据风电场的规模、电力输送距离、接入变电站的系统电压等级等多种因素， 风电场升压站一般有【330kV升压站】、【220kV升压站】、【110kV升压站】、【66kV 升压站】4种电压等级。5、根据风电场规模及电网公司的要求， 送出线路的杆塔可以是 【单塔单回】、单 塔双回；LGJ导线可以是单根或【多

2、分裂】。送出线路还应包括通讯用的【光 缆】或【微波通讯装置等】。6、根据风电场设计规范，风电场升压站按用户站设计，其主接线结构简单，一 般为【线路-变压器组】或【单母线】接线形式，一般为中型布置，而配电装 置有【开放式】和【成套组合式电器】两种形式。7、配电装置开放式布置的优点是【投资省】，缺点是【占地较大】。成套组合电 器的有点是【占地少，可靠性高】，缺点是价格贵。8、线路-变压器组接线的优点是：接线简单清晰，【高压侧不设母线】，【电气设 备少】，投资少，操作简便，【继电保护简化】。缺点是：当一组单元中的某个 元件故障或检修时，整个单元将停止运行。适用于设置【11台主变压器的风 电场。9、单

3、母线接线的优点是：接线简单明显，设备少、【经济性好】，运行时操作方便，便于扩建。缺点是：当【母线】或者【母线侧】刀闸发生故障或者进行 检修时，各支路都必须停止工作；引出线的开关检修时，该支路要停止供电。单母线接线适用范围为多期开发，设置【24】台主变压器、只有【1】回送出线路的风电场。如取消线路上的断路器，就成为【扩大线路-变压器组】 接线方式。风电场升压站低压侧（10Kv或35k*电气主接线一般采用【单母线】或【单母分段】接线方式。但考虑到调度管理以及减小投资的关系，建议风电场升压站低压侧（10Kv或35kV）电气主接线采用【单母线】方式，而不分段，不设计【母线联络开关】。风电场电气主接线3

4、5Kv中性点，根据风电场【容性】电流的大小，一般采用不接地或【消弧线圈】、小电阻、以及【消弧消谐】装置接地方式。根据实际运行经验，对于风电场的集电线路为全电缆形式，且其容性充电电流大于【30】A, 一般采用【小电阻】接地方式。而对风电场集电线路为 架空线路和电缆组合方式，如电缆容性充电电流小于【10】A 一般采用不接 地方式；如容性电流大于10A且小于30A或最大为【35】A 一般采用【消弧 消谐接地装置】接地方式。由于风电场升压站按用户站设计，且为保证故障尽快切除，不建议选用【消弧线圈】接地方式，如带病电网系统运行较长的时间，可能出现【两相 短路】或【三相短路】故障，可能出现保护越级。由于风

5、的随机性和不稳定性，风电场需要无功补偿，并且一般选择为【动态无功补偿】装置，根据实际风电场运行经验，风电场所需要的总的无功容 量在【12%- 16%之间。对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时【汇流线路】、【主变压器的感性无功】以及风电场送出线路的【一 半】感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的【一 半】的充电无功功率。对于通过220kV风电汇集系统升压到500kV或750kV电压等级接入公共电网的风电场群中的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时 【汇集线路】、【主变压器的感性无功】及风电场送出线路的【全部】感性无功之和，其配置的

6、感性无功容量能够补偿风电场送出线路的【全部】充电无 功功率。无功补偿装置形式为选用【静止型动态无功补偿装置】(SVGt SVC和【固定电容滤波】支路组成。35kV接地形式与中性点设备，现在一般为【小电阻】接地或消弧消谐装置加【精确选线】装置接地。220kV母线采用【LGJ架空导线】，35kV采用【TMY线铜排】风电场升压站内所有电气设备、构架等均采用【2】根接地引下线与主接地网可靠连接。【构架避雷针】、【氧化锌避雷器】等与主接地网连接处设集中接地装置。风电场输变电系统包括【箱式变压器】、【场内输电线路】、【升压站低压侧】等部分。一般50MW35kV电压等级的风电场输电线路为 【24】回，100

7、MW35kV电压等级的风电场输电线路为【48】回。风电场内输电线路有【架空线路】和【高压电缆】两种方式。出于环境保护、森林防火等的需要，应当采用【高压电缆】的方式。35kV架空线路的经济输送距离为【10】km以内，极限输送距离【20】km左右0风电场35kV电压等级线路进站前12km称为【进站保护段】，需装设【避雷线箱式变电站是由【高压开关设备】、【电力变压器】、【低压开关设备】等部分组合在一起，构成的户外变配电成套设备。具有【成套性强】、【占地面积小】、【投资小】、【安装维护方便】、【外形美观】、【耐候性强】特点。箱式变电站有【欧式变】和【美式变】两种类型，一般风电场常使用美式变。欧式变有一

8、层外壳，有操作空间，便于现场维护；美式变的【高压负 荷开关】和【熔断器】直接在油箱里，利用油绝缘，有体积小、结构紧凑、 价格便宜等优点。箱式变电站设置【2】个直径不小于【12mm的铜质螺栓的接地体，接地电阻应满足FK【4】Q ,并在定期检查时查验。雷电流引起的过电压，取决于引下系统和接地网的【电阻】和【面积】 。引下系统和接地网的【电阻】越小，【面积】越大，雷电流引起电压越小，反 之亦然。风电场共采用三套计算机监控系统：一套【随风力发电机组配套的计算机风电机群SCAD制控系统】、一套【升压站用的计算机监控系统】、一套【用 于远方监视终端服务器系统】。风电场升压站的计算机监控系统采用【分层】、【

9、分布】、【开放式】的网络结构，由【主控】层和【现地】层组成，分别使用100M和10M以太网。【主控】层包括监控主站、远动站、打印机和 GPS寸钟系统等设备。【现地】层可 在现地单机控制、保护、测量和采集信号。升压站信号分为电气设备【运行状态信号】、电气设备和线路【事故和故障信号】。升压站的主要电气设备可【现地】控制也可在中控室进行【集中监控】 。中控室及现地均可操作断路器、隔离开关等。【隔离开关】与相应的断路器和接地刀闸之间装设【闭锁装置】。根据风电场接入系统设计要求，风电场上网电量计量点设在【出线处】，计量点安装【2】套电能表和电能量远方终端【 1】套，电能表采用【智能式多功能电能表】，精度

10、为10.2S级。220kV主变压器配置【2】套冗余的差动、后备及非电量保护，保护动作于断开主变压器的【各】侧断路器。35kV无功自动补偿装置的断路器配置【电流速断保护】和【过电压保护】。【电流速断保护】动作于断开断路器；【过电压保护】带时限动作于断开断路器。35kV进线保护配置【限时电流速断】和【过电流保护】,以及【零序过流保护】、【过负荷保护】及小电流接地选线保护，保护动作于信号或跳闸。升压站根据规模配置1套或2套【220】V直流电源系统。直流电源系统配1组或2组容量为【200】 Ah蓄电池组，采用高频开关电源装置对蓄电池 组进行充电和【浮】充电。需要交流电源供电的计算机监控设备由UPS电源

11、供电，一般选用1套或2套5KvsJ的UPS电源，UPS电源由直流系统的【蓄电池】供电。风电场的通信系统主要包括【系统通信】、【场内通信】以及【对外通信】。风力发电机组的现地监控系统主要包括两部分：第一部分为【计算机控制单元】，控制模块由plc或微计算机构成；第二部分为【同步并网及功率控 制单元】，由变频器组成。风力发电机组的机械保护包括：风力发电机组配置的【温度升高保护】、【振动超限保护】、【转速升高保护】、【电缆纽绞保护】等。风电场能量管理平台在对风电机组进行功率调节时，两次限功率指令之间的最小时间间隔为【501s。电能管理平台在当风速达到【功率】要求时，可实现单机有功功率在【10%- 10

12、0%额定功率之间调节。风电场应配置风电功率预测系统，系统具有048h】短期风电功率预测以及【15min4h】超短期风电功率预测功能。风电场每【15min】自动向电力系统调度部门滚动上报未来 【15min4h】的风电场发电功率预测曲线，预测值的时间分辨率为【15min0风电场每天按照电力系统调度部门规定的时间上报次日【024】时风电场发电功率预测曲线，预测值的时间分辨率为【15min风电场功率预测系统的组成。一般分为 4个模块，即【中尺度数值模拟系统】、【微尺度气象模型】、【发电量计算物理模型】和【误差统计校正模型】。风功率预测系统能进行短期预测，提供【72】h风电功率预测，时间分辨率为【15】

13、 min。也能进行超短期预测，提供未来【5】h风电功率预测， 时间分辨率为【15】min。SCAD廉统可以对风电场的运行设备进行 【监视】和【控制】，以实现【数据采集】、【参数调节】、各类信号【报警】，以及产生统计报表等各项功能。风电场中央监控系统通过【电缆】、【光缆】等介质将风力发电机组进行物理连接，对于介质的选择依据风电场的【地理环境】、风力发电机组的【数 量】、风力发电机组之间的【距离】、风力发电机组与中央监控室的距离、项 目的投资以及对通讯速率的要求制定。大规模存储电能的作用是：可以解决电力生产中的【峰谷差难题】；提高电力系统供电的【可靠性】，避免突然停电带来的麻烦和损失； 储能可以提

14、高 系统的【稳定性】，在电力系统遇到大的扰动时，避免系统失稳；储能装置是【风力发电】、【太阳能发电】等可再生不稳定能源发电设备中不可缺少的装 备。风电场电池储能是风电机组发出的电经过【双向逆变】的整流回路成直流存入电池，以后在需要用电时，电池里的电经过【逆变器】成交流输出。海上风电机组的冷却方式均采用【油冷】或者【水冷】，通过【热交换器】与外界进行热交换来达到【散热】的目的。海上风电机组的结构是【密封性】结构，设计的【空气过滤器】可以把水汽、盐分隔绝在外面，减少了这些不利因素对塔筒内部不见的腐蚀和污染，通过水冷系统对塔筒内的【变频器】、变压器、【控制柜】进行冷却。海上风电有它的特殊性，其场内输

15、变电系统都是海缆，箱变一般在塔筒内。 海缆长度比较长，充电电容比较【大】，风电场场内无功呈现【容】性，这与陆上风电有突出 差别，所以对风电场升压站配置【无功补偿】有独特要求。风电场电能传输一般都经过二次升压，即风力发电机组0.69千伏经机旁安装的箱变升至10千伏或35千伏为【一次】升压，二次升压为汇集后的10千伏或35千伏经安装在升压站的主变升至【66】/【110】/【220】/【330】千伏接入公共电网。风电场规模在【100】MWA内，输送距离在【30】km以内，考虑经济性，在系统接入变电站有110千伏等级的情况下，可建【1】个110千伏升压站，在系统接入变电站 有220千伏等级的情况下，可

16、建【1】个220千伏升压站；风电场规模较大、输送距离 较长的情况下，拟建【220】千伏升压站为宜。风电场升压站低压侧电气主接线之所以采用单母线分段接线方式，其目的是考虑【主变】检修时，便于其母线段风机发出的电能能送出或在小风月便于某台主变退出运 行，以节约一台主变的【空载损耗】。风电场主变压器一般采用【三相双绕组油浸风冷有载调压】电力变压器，而在风电场场内集电线路为电缆时，部分风电场采用了【三相双绕组带平衡绕组的有载调压】变 压器。35千伏开关柜采用【手车式】或固定式金属铠装】开关柜。无功补偿系统含电力电容器滤波支路的开关柜，由于容性电流较大，一般选用经【老化】试验的【真空断路器】或【SF6断

17、路器】。断路器的额定电流根据容量选择，而热稳 定电流一般取【31.5】kA。220千伏、35千伏母线、220千伏、35千伏进线线路侧、主变压器【两侧】及主变压器【中性点】均装设【复合外套金属氧化锌】 避雷器，此外主变压器中性点还装设 【放 电间隙】，35千伏并联电容器装设避雷器保护。开关柜需要有完善系统的过电压解决方案，35千伏开关柜一般在 PT柜装设【避雷器】，或在每个开关柜安装过电压保护性能更好的【过电压保护器】，采用【大能容】和【自脱离防爆型】两项过电压技术，能有效抑制系统过电压对设备损坏。升压站采用复合式接地网。水平接地体采用【60*6】热镀锌扁钢；垂直接地极采用2.5m长的热镀锌角钢

18、。变压器四周与人行道相邻处，设置与主接地网相连接的【均压带】风电场的控制系统应由两部分组成：一部分为【就地】计算机控制系统；另一部分为【主控室】计算机控制系统。主控制室计算机应备有【不间断】电源控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电机组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完成机组的最佳运行状态【管理】和【控制】。SCAD由文名称【数据采集与监视控制系统】。风电机控制系统参数及远程监控系统实行【分级管理】，未经授权不准【越级操作】。为了提高风电场的整体管理水平和自动化水平，保证风电场的安全、 可靠运行，升压站应设置计算机监控系统、【微机继电保护】系统、【防误操作闭锁】系统、光纤和通信系统。蓄电

19、池是一种储能设备，它能把【电能】转变为【化学能】储存起来；使用时，又把【化学能】转变为【电能】，通过外电路释放出来。海上风电的适应性要求包括【防盐雾腐蚀】措施、【防雷】措施、防雷接地系统。中央监控系统的网络结构支持【链形】、【星形】、【树形】结构。具体的连接方式需要根据风电机组的排布位置，结合现场施工的便捷性确定。单母线接线高压只有【一】组母线，每个出线和变压器都通过【断路器】和【隔离开关】接到母线上。母线起着【汇集】和【分配】电能的作用。扩大线路-变压器组仅仅比单母线少一个【出口断路器】等相应开关设备。为解决220千伏线路长效应现象， 就要求在风电场升压站 220千伏线路【出口】处安装能补偿

20、220千伏线路充电功率【一半】的线路电抗器。线路隔离开关采用水平双断口式隔离开关，额定电流根据容量选择， 热稳定电流为40kA。主变压器、出线回路电流互感器配置【6】个次级线圈。26/35千伏电压等级的电力电缆用于 【35】千伏输电线路；8.7/15千伏电缆用于【10】千伏输电线路；0.69/1千伏用于【机组至箱变】之间的连接电缆。在同样的截面下，铝芯电缆载流量比铜芯的【小】，在选用时，在同样容量下，往往比铜芯【大】一个截面。箱式变压器应具有完整的【保护】、【测量】、【控制】、【信号】回路。应每年对机组的接地电阻进行测试一次，电阻值不宜高于【4每年对轮毂至塔架底部的引雷通道进行检查和测试一次，

21、电阻值不应高于【220kV升压站主接地网实测接地电阻应满足FK 0.5 Q , 110kV及以下升压站主接地网实测接地电阻应满足 FK 4QO风电场场内输变电系统：包括【箱式变压器】、【场内集电线路】两部分。集电线路有【架空线路】、【高压电缆】两种方式。变频器按照主电路工作方式分类，可以分为【电压型】变频器和【电流型】变频器。防止直击雷的保护装置有【避雷针】和【避雷线】。风电机组沿避雷带沿风机基础四周敷设，一般应用【50m诉5mm热镀锌扁钢，距离基础约为【1门，避雷带将基础周围的接地极相连接，形成完整的接地装置。升压站内微机防误闭锁装置对站内全部【断路器】、【隔离开关】和【接地开关】等进行防误

22、闭锁，实现“五防”操作。风电场远程监控终端服务器系统通过【 OPO议】与风电机组 SCAD曲控系统和升压站监控系统通讯。风电场升压变电站通常配置两套监控系统 ，一套是【风电机组 SCADA监控】系统，另一套是【升压变电站设备的监控】系统。控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电机组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完成机组的最佳运行状态【管理】和【控制】 。日常监视时，重点关注风电机组状态有【故障告警信号】、【各部件的温度】、【桨距角】、【风速和功率】的对应等监控数据。UPS由电池、【整流器】和【逆变器】三部分组成，共有三种工作模式。低温、高温、高湿、盐雾腐蚀、高海拔等运行环境以及风沙、雷电

23、、冰雪、台风等灾害性气候会对设备的安全稳定运行带来较大影响。因此，在实际的运行中，风电场应根据不同的气候特点，针对性地加强【防尘】、【防雷】、【防台】、防污闪、防腐蚀等工作 ， 保证风电场的安全稳定运行。风电场与电网调度之间应保证有可靠的【通信联系】。风电机组电控系统包含保证机组【安全可靠】运行、从自然风中获取 【最大能量】、向电网提供质量良好的电力三个方面的职能。变频器是双馈式风电机组中非常关键的部件，它将发电机转子侧的电能通过 【整流】、【逆变】接入电网。静止无功发生器和静止无功补偿相比具有更快的【响应速度】，更宽的【运行范围】，尤其重要的是，电压较低时仍可以向电网注入【较大的无功电流】。在风力发电中,异步发电机的就地无功补偿可采取以下几种方法：电力电容器等容分组自动补偿、【固定】补偿与【分组自动】补偿相结合、SVC静态无功补偿。风力发电场将多台大型并网型的风力发电机组安装在风资源好的场地，按照【地形】和【主风向】排列，组成机群向电网供电。由于风的随机性和不稳定性，风电场需要无功补偿，并且一般选择为【动态无功补偿装置】，根据实际风电场运行经验，风电场所需要的无功容量在 【12%-16%之间。送出线路