风力发电变电站解决方案(国电南自内部文档).pdf
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风电站整体解决方案风电站整体解决方案南京国电南自自动化有限公司南京国电南自自动化有限公司技术支持部技术支持部2015年年10月月26日日目录风电项目背景介绍1风电场的结构3|1风电系统整体解决方案4技术方案及产品配置5典型工程事例6风电行业市场概况2|2风电发电的背景:
风电发电的背景:
煤炭、石油等化石能源频频告急煤炭、石油等化石能源频频告急环境污染问题日益严峻环境污染问题日益严峻风能风能属于天然且可再生、无污染的能源。
属于天然且可再生、无污染的能源。
风力发电工作原理风力发电工作原理:
将空气动能首先通过叶轮转化为机械能,将空气动能首先通过叶轮转化为机械能,再通过发电机将机械能转化为电能,通过升压再通过发电机将机械能转化为电能,通过升压变电站升压后输送到电网中,电网再将电能送变电站升压后输送到电网中,电网再将电能送至各用电单位。
至各用电单位。
机械能风能电能风电项目背景介绍风电项目背景介绍1风力发电形式11:
独立运行系统:
独立运行系统通常由一台小型风力发电机向一户或几户供电,它用蓄电池蓄能,以保证无风时的用电。
22:
风力发电并网运行:
风力发电并网运行通常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机,向大电网提供电力,这是风力发电的主要发展方向。
|3风力发电并网系统介绍风力发电并网过程:
风力发电并网过程:
风带动风车叶片旋转,将风能转化为机械能。
通过传动系统将风车旋转速度提升,促使发电机发电,机械能转化为电能。
通常风力发电机组出口电压为交流690V,但电压幅值和频率都不稳定,需经整流控制器整流,在整流控制器的输出端装设储能元件来提高电能质量。
整流后电压经逆变器得到工频50Hz的交流电压,就地经箱式变压器升压后至风电场升压变电站。
|4|9截止2014年底,全球风电累计装机容量排名前五是:
中国(114.7GW),美国(65.8GW),德国(39.2GW),西班牙(22.98GW),印度(22.5GW)。
2015年上半年,全球风电新装机容量达到15.8GW,其中9GW在中国。
风电行业市场概况风电行业市场概况2020406080100中国美国德国西班牙印度装机容量装机容量单位单位GW装机容量|92012年度2015年度中国风电装机容量分别为65GW、91.37GW、114.7GW、139.7GW。
十三五规划并网风电装机容量达到200GW,比十二五规划的100GW目标提升1倍。
0204060801001201401602012201320142015装机容量装机容量单位单位GW装机容量2014年我国风机装机容量概况|52014年底,全国风电累计并网装机容量达到114.7GW,各省区市风电新增装机容量中,排名前五的省份有甘肃、新疆、内蒙古、宁夏和山西,占全国新增装机容量的52.6%。
2014年我国海上风机装机容量概况|6海上风电已成为风电开发的重要发展方向,2014年,中国海上风电新增装机61台,容量达到229.3MW,同比增长487.9%。
截至2014年底,中国已建成的海上风电项目装机容量共计657.88MW。
2012年-2013年国内风电市场份额对比|72013年,国产机组的市场占有率比2012年又有增长,达到94%。
金风科技的份额最大,占当年累计总装机容量的20.73%;华锐风电第二,占当年累计总装机容量的16.49%。
|92014年,中国风电新增装机容量23.5GW。
2014年风电装机容量,金风科技以443.4万千瓦新增装机容量稳居行业第一,第二名联合动力新增260.05万千瓦,第三名明阳风电新增205.8万千瓦。
2014年国内风电市场份额对比-叶轮:
将风能转变为机械能-传动系统:
将叶轮的转速提升到发电机的额定转速-发电机:
将叶轮获得的机械能再转变为电能-偏航系统:
使叶轮可靠地迎风转动并解缆【使机舱反向偏转,恢复扭转的电缆】-其它部件:
如塔架、机舱等1)风力发电机组的构成风电场的结构风电场的结构3|132)风力发电机组的控制系统风力发电机组控制系统(WPCU)是每台风机的控制核心,分散布置在机组塔筒和机舱内。
风力发电机组的控制系统包括二部分:
第一部分为计算机单元,主要功能是控制风力发电机组;第二部分为电源单元,主要功能是保证风力发电机组与电网同期。
|133)风力发电机组保护监控配置风力发电机组的保护及监控设备由风力发电机组配套提供。
监控系统配置监控系统配置:
集中监控模式:
由中控室运行人员通过风力发电机组计算机监控系统的人机接口,对风电场内所有风力发电机组进行集中、远方监视和控制。
单机控制模式:
在风力发电机组的现场控制柜上运行人员计算机对风力发电机进行就地监视和控制。
保护配置保护配置:
温度保护,过负荷保护,电网故障保护,低电压保护,震动超限保护和传感器故障保护等。
保护装置动作后,跳开发电机和电网连接的开关,并发出保护装置动作信号。
|8风电场箱变按风力发电机组配置,配置于风机就地,布置分散,距离风电场集中升压变电所较远。
目前市场上风力发电机组出口电压多为690V,经整流逆变后接入箱变,需就地经箱式变压器升压至35kV后传送至风电场升压变电站。
4)箱变系统结构|85)箱变系统保护配置非电量保护配置:
非电量保护配置:
重瓦斯油温保护压力释放(跳箱变高、低压侧开关,发报警信号)高压铅丝熔断(跳箱变高侧开关,发报警信号)风机组进线开关:
风机组进线开关:
速断保护过流保护小电流接地选线(跳进线开关,发报警信号)箱变测控装置:
箱变测控装置:
测控参数包括低压侧电流电压、变压器温度和环境温度、变压器本体保护、高低压侧及小空开开关位置、箱变门状态、高低压侧开关位置、重/轻瓦斯的报警信号|136)箱变测控网络拓扑图风电场统一采用一机一变的单元接线形式,在箱变的低压侧加装智能型测控装置,在保证箱变主要元件稳定运行的同时可以为运行检修人员提供生产指挥、设备运行等信号,并且可将信号上传至变配电中心实行远方监控。
|131)风力变电站监控系统结构GPS(主)区通信网关机1网络打印机操作员站1站控层A网站控层B网国电南京自动化股份有限公司PSX610G国电南京自动化股份有限公司PSX610G操作员站2区通信网关机2GPS装置对时网络继保主站区通信网关机1国电南京自动化股份有限公司PSX610G区通信网关机2光口交换机光口交换机11号箱变保护测控室号箱变保护测控室nn号箱变保护测控室号箱变保护测控室升压站升压站防火墙去电网调度路由器远程维护国电南京自动化股份有限公司PSX610GAVC控制系统光口交换机1号箱变保护装置1号箱变测控装置AGC保护测控屏AVC上下位机1号规约转换器n号箱变保护装置n号箱变测控装置AGC保护测控屏AVC上下位机规约转换器国电南京自动化股份有限公司PSX643U测控装置保护装置其它智能设备故障录波器调度数据网五防工作站控制室控制室风功率预测系统n号规约转换器国电南京自动化股份有限公司PSX643U国电南京自动化股份有限公司PSX643U其它智能设备其它智能设备监控系统整体解决方案监控系统整体解决方案4|132)风电场站控层架构电电力力调度调度控制控制中心中心风电场风电场厂站厂站远动通信工作站远动通信工作站计划计划系统系统/风功率预测系统风功率预测系统(II区)区)EMS(I区)区)无功补偿装置电压控制曲线功率预测结果实时和历史信息厂站实时和历史信息无功补偿装置实时和历史信息风机监控/风电集控本地功率预测数值天气预报风电场本地功率预测结果实时信息电力电力调度数据网调度数据网/2M专线专线无功电压控制指令有功控制指令有功控制、无功电压控制指令安全II区安全I区测风塔实时信息风电发电计划有功自动控制无功电压控制发电计划风电场监控数据交换气象预气象预报系统报系统反向隔离装置数据交换防火墙远动通信工作站与风电场监控系统、风机监控系统、无功补偿装置等设备通信读取实时运行信息,对实时信息进行定时采样形成历史数据存储在终端中;将实时数据和历史数据通过电力调度数据网或2M专线上传到主站系统,同时从主站接收有功/无功的调节控制指令,转发给风机监控系统、无功补偿装置等进行远方调节和控制。
|19技术方案及产品配置技术方案及产品配置45PS6000+综合自动化监控系统综合自动化监控系统序号名称型号备注1PS6000+监控系统PS6000+2风功率控制系统外购3风功率预测系统外购4远动通信网关机PSX610G5通信管理单元(站控层)PSX643U6通信管理单元(风电场)PSX643D7保护测控单元U系列保护测控8分布式并网发电接口装置PSD641U9SVG保护装置PST648U、PSC641U10防孤岛保护SSD540UF11电能质量检测PS6000+PS6000+监控系统监控系统|211)PS6000+综合自动化系统关键技术综合自动化系统关键技术1、强大的跨平台能力(操作系统操作系统、LinuxLinux系统系统、WindowsWindows系统系统)2、基于元数据、元规则的动态建模技术3、面向应用的并行实时库克隆技术4、遵循CIM、SVG标准的图模库一体化5、高可靠的“1N”多机容错6、历史数据缓存机制和自恢复技术7、完备的责任区管理PS6000+PS6000+监控系统监控系统|222)PS6000+综合自动化系统功能综合自动化系统功能A.数据采集数据采集与处理与处理配合适当的测控单元、保护单元、智能电表单元或分布/集中RTU以及其它终端设备,PS6000+可以采集变电站各出线开关、电容器、母线、母联、主变、站用电、发电机组、直流系统、电能表等变电站的各种监控对象的实时遥信(断路器及开关状态、有载调压变压器抽头位置、预告信号、事故总信号、保护信号)、遥测(电流、电压、功率)、电度量、GPS时钟信号和频率等,并按监控回路在变电站接线模型中的位置,自动同步刷新实时数据库并通知与之相关的功能模块,完成相关功能的同步更新。
PS6000+PS6000+监控系统监控系统|232)PS6000+综合自动化系统功能综合自动化系统功能B.一般一般控制功能控制功能配合适当的控制输出设备,提供开关、刀闸分/合闸控制、变压器分接头调节控制、补偿电容器投切控制、设备投/退、备用电源投切、信号的复归、隔离刀闸的分合等自动和人机交互处理功能。
PS6000+PS6000+监控系统监控系统|242)PS6000+综合自动化系统功能综合自动化系统功能C.VQC控制功能控制功能VQC(电压无功控制功能)是通过自动调节主变分接头和控制电容器的投切,来提高供电质量和提高供电效率;同时该调节遵循电压优先原则,即确保电压合格率的前提下尽量补偿无功。
PS6000+内置先进VQC调节算法,配置简单,具备完备的闭琐功能,单元接口灵活。
PS6000+的VQC功能既适用于单台主变的VQC自动调节控制,也适用于多台主变的VQC联合自动调节控制,调节参数配置灵活。
PS6000+PS6000+监控系统监控系统|252)PS6000+综合自动化系统功能综合自动化系统功能D.事件事件顺序记录和事故追忆功能顺序记录和事故追忆功能事故追忆是监控软件一个重要的功能。
电力系统发生事故后启动事故追忆功能,全面记录保存事故前和事故后一段时间内SCADA数据库中全部或部分实时信息,每一次事故追忆形成一个追忆文件。
事故追忆信息是运行、检修及生产管理人员分析事故前后电网状态的有效方法。
PS6000+PS6000+监控系统监控系统|302)PS6000+综合自动化系统功能综合自动化系统功能E.人机界面人机界面功能功能变位报警画面,显示最近发生的、由系统根据采集信息和当前实时数据库状态和用户配置的报警方式生成的遥信变位信息,并在发生变位时,自动将该换面显示在最上层,如果定义了关联处理画面,系统同时将关联处理画面显示在当前可视范围。
开关动作报警画面,显示最近发生的、由系统根据采集信息和当前实时数据库状态和用户配置的报警方式生成的带动作原因的开关动作报告信息,并在发生开关动作时,自动将该换面显示在最上层,如果定义了关联处理画面,系统同时将关联处理画面显
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