电网并网风电场监控系统技术规范.docx

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电网并网风电场监控系统技术规范

电网并网风电场监控系统技术规范

1范围

本规范规定了并网风电场监控系统的结构及配置、系统功能、性能指标、工作环境条件等技术要求，适用于电网范围内通过35kV及以上电压等级并网风电场监控系统的设计、建设、改造及验收。

2规范性引用文件

下列文件对于本规范的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本规范。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

IEC61400-25风力发电厂监控通信原理及模型

GB/T19963风电场接入电力系统技术规范

GB/T13729远动终端设备

NB/T31003大型风电场并网设计技术规范

NB/T31047风电调度运行管理规范

NB/T31046风电功率预测系统功能规范

DL/T5383风力发电场设计技术规范

DL/T634.5101远动设备及系统第5-101部分：

传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5102远动设备及系统第5-102部分：

传输规约电力系统电能累计量传输配套标准

DL/T634.5103远动设备及系统第5-103部分：

传输规约继电保护设备信息接口配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统第5-104部分：

传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问

NB/T31002.1风力发电场监控系统通信（原则与模式）

Q/110005中国电网电力二次系统安全防护技术规范

Q/110006电网DL634.5.104-2002远动协议实施细则

Q/110007电网DL634.5.101-2002远动协议实施细则

Q/110024电网220kV～500kV变电站计算机监控系统技术规范

Q/110025电网110kV及以下变电站计算机监控系统技术规范

中华人民共和国国家发展和改革委员会第14号令 电力监控系统安全防护规定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

风电场windfarm;

由一批风力发电机组或风力发电机组群（包括机组单元变压器）、汇集线路、主升压变压器及其它设备组成的发电站。

3.2

风力发电机组windturbinegeneratorsystem;WTGS

将风的动能转换为电能的系统。

3.3

监控系统supervisionandcontrolsystem

利用计算机对生产过程进行实时监视和控制的系统。

3.4

测风设备anemometrydevices

用于测量风速、风向的设备，该设备一般具备测量温度、湿度、气压等气象数据的能力。

测风设备包括测风塔、风机测风系统、海面测风浮标和卫星测风系统等。

3.5

无功补偿装置reactivepowercompensationequipment

在电力系统中安装的用于平衡无功功率的并联电容器装置、并联电抗器、同期调相机和动态无功补偿等装置。

3.6

风电功率预测windpowerforecasting

以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风电场机组的设备状态及运行工况，预测风电场未来的有功功率。

3.7

站控层stationlevel

由主机、操作员站、远动装置、继电保护信息子站、五防工作站、通信设备等构成，面向全风电场进行运行管理的中心控制层。

3.8

间隔层baylevel

由（智能）I/O单元、控制单元、保护单元、控制网络和接口设备等构成，是面向单元设备的就地测量控制层。

3.9

规约转换设备protocolconverter

可以对多种电力或控制领域的通信/控制规约之间进行双向或单向转换的设备。

3.10

五防

指防止误入带电间隔、防止带负荷误拉（合）隔离开关、防止带接地开关（接地线）合隔离开关、防止带电合（挂）接地开关（接地线）、防止误分合断路器等五项防止电气误操作。

4总则

4.1监控系统应采用开放式体系结构，具备标准软件接口和良好的可扩展性，稳定性强，抗干扰能力强。

4.2监控系统应实现对风电场完整、可靠的监视、测量、控制、保护、计量，并具有遥测、遥信、遥调、遥控等全部远动功能，具有与电网调度控制中心计算机系统交换信息的能力。

4.3监控系统须满足《电力监控系统安全防护规定》（发改委第14号令）及《电网电力二次系统安全防护技术规范》（Q/110005）的要求。

4.4监控系统可与功率预测系统、有功功率控制系统、无功功率控制系统、继电保护故障信息管理系统和辅助系统一体化设计和集成。

5系统构成

1

2

3

4

5

5.1系统结构

5.1.1监控系统宜由站控层、间隔层两部分组成，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。

5.1.2站控层由主机或/和监控工作站、其它功能工作站和远动通信设备等构成，提供全站设备运行监控、运行管理和与电网调度控制中心通信。

5.1.3间隔层由现场总线网络/计算机网络连接的各种现场设备、就地装置等构成，提供全站发电运行和就地监控功能，在站控层或网络失效的情况下，仍能独立完成间隔设备的就地监控功能。

5.2网络结构

5.2.1站控层、间隔层宜采用标准以太网，并具有良好的开放性。

典型风电场网络结构如附录A所示。

5.2.2网络拓扑结构可采用星型、环形或两种相结合的方式。

5.2.3测控装置、保护装置共同组网，风机综合信息管理系统和保护故障信息分别独立组网，不应与监控系统共网传输。

6硬件要求

6.1总则

6.1.1风电场监控系统的硬件设备必须选用性能优良、符合工业标准的通用产品。

6.1.2风电场监控系统的硬件设备应满足风电场运行监视、控制的实时性、连续性、高可靠性等要求。

6.2站控层设备

6.2.1站控层主机配置应满足系统功能及性能指标要求，主机台数应与风电场的规划容量相适应。

6.2.2远动装置、网络通信等重要设备应采用双机热备方式运行。

6.2.3操作员工作站、远动装置的网络通信接口应采取冗余配置。

6.2.4站控层五防可采用独立五防或一体化五防。

6.2.5风电场监控系统的网络通信采用冗余配置的工业级以太网交换机，交换机的以太网接口应满足工程需要且预留一定的备用接口。

6.2.6远动装置应采用嵌入式双套冗余配置，传送各级调度的通信模块应独立配置，其容量及性能指标应满足风电场与电力调度控制中心信息交互的要求。

6.2.7站控层设备与室外的电缆联接应配置防雷设备。

6.2.8应配置时间同步系统，由主时钟、从时钟、传输介质组成，通过接收无线和有线的时间基准信号，实现时间同步信号的输出，用于站内二次设备的同步授时。

6.2.9应按照电力监控系统安全防护规定（中华人民共和国国家发展和改革委员会第14号令）配置二次安全防护设备。

6.2.10应配置1台网络打印机，方便报表、故障报警和操作票的打印。

6.2.11应配置音响报警装置，由操作员工作站驱动音响报警，可按事故、事件等分类发出不同报警音响。

6.3间隔层设备

6.3.1测控装置

6.3.1.1测控装置应按电气单元独立配置，母线设备和站用电设备的测控装置应单独配置。

6.3.1.2各间隔测控装置的I/O回路数量应满足本间隔信号数量的要求，并预留备用。

6.3.1.3测控装置在组屏时应按电气单元配置手动应急操作把手/按钮。

6.3.1.4测控装置应满足以下基本要求：

1）测控装置应是模块化、标准化的结构，易维护和更换方便；任何一个模块发生故障（微处理器和电源除外），应不影响其它模块的正常运行。

测控装置应配备诊断、维护、编程接口；

2）测控装置应选用强电I/O模块，能在静电、高频、强磁场干扰的环境中正常工作而不降低精度和处理能力，抗干扰能力能满足风电场运行环境的要求；

3）应保证在接点抖动（单点防抖时间可设置）和存在外部干扰的情况下不误发信号；

4）测控装置应具备断路器合闸同期检测功能和“捕捉”同期功能，PT二次回路断线时，不能造成非同期合闸；间隔层设备的五防闭锁功能应不依赖于站控层设备，当站控层发生故障而停运时，不能影响间隔层设备的正常五防闭锁控制操作；

5）间隔层的单元测控装置应能实时反映本间隔一次设备的分、合状态，宜有该电气单元的实时模拟接线状态图；

6）测控装置应采用直流供电方式，当电压波动范围在-20％～+15%时，测控装置应能正常工作；

7）测控装置宜具备相互间通信功能，实现状态信息共享和五防联锁功能；

8）测控装置应配置具有电气防误操作的闭锁继电器，其接点可持续保持，当测控装置异常或失电时应在断开状态，防止误操作。

9）测控装置应能记录各种操作命令的源地址、时间等信息。

6.3.1.5模拟量输入

交流工频电量测量应采用交流采样方式，具体要求如下：

1）额定交流输入：

电流5A、1A，电压100V（线电压）；

（相电压）；110V/380V（站用电），频率50Hz；

2）14位及以上高精度模数转换器，采样速度应

32点/周波；

3）输入回路应有电气隔离；

4）电压互感器回路应有快速小开关保护；

5）满量程应有200%的裕度，满量程后数据不能归零；

6）交流采样测量误差

0.2％（U，I）；

0.5％（P，Q）；

7）模拟量死区整定值

0.2％；

8）遥测响应时间

0.5s；

9）其它指标应满足GB/T13729中的相关要求。

6.3.1.6非电气量直流输入

非电量信号宜采用直流采样，具体要求如下：

1）模拟量输入：

4～20mA/0～20mA和1～

5V/0～

5V；

2）A/D转换精度

0.2％；

3）模拟量死区整定值

0.2％。

6.3.1.7开入量（包括BCD码）输入

风电场的开入量通过无源接点输入方式，具体要求如下：

1）输入方式：

无源空接点，并经光电隔离；

2）输入回路应有防抖动的滤波回路；

3）事件顺序记录（SOE）分辨率

2ms；

4）户外开关量的工作输入电压≥110/220VDC。

6.3.1.8开关量输出

开关量输出具体要求如下：

1）输出方式：

空接点、硬压板；

2）接点容量：

接点闭合容量（不断弧）：

8A250VAC，5A220VDC；

接点开断容量：

8A250VAC，60W220VDC；

对断路器、刀闸控制宜采用脉冲输出，输出继电器接点闭合自保持时间：

20ms～10s可调。

6.3.1.9主保护动作、装置故障等信号通过无源接点输入。

6.4网络设备

6.4.1站控层、间隔层应独立配置网络汇聚设备，分别实现站控层、间隔层设备的汇聚接入，网络应采用双网结构，网络设备应冗余配置，冗余配置的网络设备采用不同直流母线段的电源供电。

6.4.2网络介质可采用超五类以上带屏蔽网络线，通往户外的通信介质采用铠装光纤。

6.4.3以太网交换机应能满足如下技术要求：

1）支持基于VLAN（802.1q）的网络隔离和安全；

2）支持IEEE802.1p优先级协议；

3）支持QualityofService（802.1p），支持实时数据流；

4）支持组播过滤；

5）支持端口速率限制和广播风暴限制；

6）支持端口配置、状态、统计、镜像、安全管理、SNMP；

7）支持光纤口链路故障管理；

8）支持基于端口的网络访问控制（802.1x）；

9）采用环形网络结构时应支持RSTP；

10）直流供电（注：

双重化网络配置的交换机应分别使用不同回路的电源供电）；

11）无风扇设计；

12）提供完善的异常告警功能，包括失电告警、端口异常等；

13）符合IEEE1613Class2标准（电力）；

14）交换机能在温度介于－40℃～＋70℃之间、湿度介于10%～95%之间的工作环境长期稳定运行。

6.5屏柜

6.5.1监控系统的屏柜应采用标准规格，站内屏柜宜统一尺寸，柜内的端子排应根据间隔和功能（模拟量、开关量输入、开关量输出、电源、通信和时间同步等）分段排列（由端子头隔开），并应留有10～15％的备用端子。

直流电源的正负极和交流电源的输入端子不应布置在相邻的端子上。

6.5.2屏上的所有设备单元分别配置独立的电源空气开关，设备工作电源应与信号电源分开，测控装置的PT回路应有快速空气开关保护回路，CT回路应有短路压板和串接回路。

6.5.3屏柜或测控装置面板应有测控装置远方/就地操作选择开关、经五防闭锁的断路器手动应急分/合按钮、自动同期检测投入/退出选择开关以及闭锁投入/退出选择开关。

6.5.4屏柜应设有与柜体绝缘的接地母线铜排，铜排截面积不小于100mm2。

6.6系统通信

6.6.1站控层和间隔层宜采用DL/T860协议，不能提供网络接口的间隔层设备，应通过规约转换器和站控层通信。

6.6.2独立配置的功率预测系统与监控系统通信宜采用DL/T634.5104通信协议。

6.6.3远动通信要求

1）应满足通过电力调度数据网通道与调度主站系统通信的要求，远动通信设备的接口应满足电力调度数据网接入要求，宜采用DL/T634.5104或采用调度自动化系统要求的通信协议。

2）远动通信设备应直接从间隔层获取调度所需的数据，实现远动信息的直采直送。

6.6.4远动通信设备应能够同时和多级调度中心进行数据通信，且能对通道状态进行监视。

7软件要求

7.1软件总体要求

7.1.1可靠性要求

1）系统的开发应遵循软件工程的方法，经过充分测试，程序运行稳定可靠，系统软件平台应选择可靠和安全的版本；

2）系统应遵循共同的国际或国内标准，以保证不同产品组合一起能可靠地协调工作；

3）系统使用的全部软件为正版软件，提供全套使用授权。

7.1.2开放性要求

1）系统应遵循国际标准，满足开放性要求，选用通用的或者标准化的产品；

2）系统具有良好的可扩展性，可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级，以满足电网监控与运行管理不断发展的要求。

7.1.3可维护性要求

1）系统应具备图模库一体化技术；

2）系统应具备简便、易用的维护诊断工具；

3）软件产品应有完整详细的使用和维护手册。

7.2操作系统要求

宜采用符合POSIX和OSF标准的UNIX和LINUX操作系统及Windows系列操作系统。

7.3数据库要求

7.3.1数据库管理系统宜采用成熟的商用数据库。

系统应是分布式的、标准C/C++语言调用、SQL、X/OPEN的调用级接口（CLI）等。

系统应支持所有的数据类型，包括基本的数据类型、声音和图形数据类型、以及用户定义的数据类型等。

系统应提供系统管理工具和软件开发工具进行维护、更新和扩充数据库使用。

7.3.2历史数据应周期性地保存，且保存时间应不少于36个月，数据储存分辨率不低于5分钟。

7.4应用软件要求

7.4.1应用软件应采用模块化结构，具有良好的实时响应速度和可扩充性，并具有出错检测能力。

当某个应用模块出错时，除有错误信息提示外，应不影响其它模块的正常运行。

7.4.2应用软件应采用统一风格的人机界面，并能够共享公共电力系统模型及数据库。

8站控层功能要求

8.1数据采集

8.1.1监控系统通过I/O测控装置实时采集模拟量、开关量等信息量；通过智能设备接口接收其它智能装置的数据。

8.1.2涉及控制的一次设备位置信号应按双位置采集，对分相断路器位置信号应可分相采集并能进行逻辑合成。

8.1.3宜采用网络通信方式采集继电保护设备、电能计量装置、风力发电机组、测风设备、UPS电源、站用直流电源、通信设备和机房动力环境等风电场运行设备的运行状态信息、动作报告、保护装置的复归和投退、定值的设定和修改等信息，并对故障录波信息实现监视。

重要的保护信号、设备运行状态信息和无法通过通信接口输出的设备运行状态信号和报警信息等宜采用硬接点的方式采集。

具体采集量如附录B。

8.2监视

8.2.1监控系统应能提供满足现场运行所需要的监视画面，至少包括电气主接线图、设备实时运行状态图、风机运行状态图、动态棒型图、动态曲线、历史曲线、功率预测曲线等和满足运行管理所需要的统计表格。

8.2.2电气设备的监视画面应具有电网拓扑着色功能。

8.2.3屏幕显示、制表打印、图形画面中的画面名称、设备名称、告警提示信息等均应采用中文。

8.2.4监控信息应能根据运行要求进行分类、分层、分级显示和统计。

8.2.5监控系统画面上的实时信息（遥测、遥信）的显示应能根据信息的当前品质状态使用不同的显示颜色。

当前品质状态至少包括：

1）采集失败；

2）越高限；

3）越低限；

4）不刷新（在一定的时间内没有收到，时间可设）；

5）死数（在一定的时间内数据没变化，时间可设）；

6）检修态；

7）人工置数。

8.3控制与操作

8.3.1控制范围：

对所有具备电动操作的开关（断路器）、隔离开关、接地刀闸、主变有载调压开关、无功功率补偿装置、交直流站用电、风机出力限制、风机启停及其辅助设备等实现控制。

8.3.2控制方式：

可采用点对点的单对象控制和特定逻辑的批量顺序控制，同时，控制方式还应具备手动应急控制功能，当站控层设备停运时，应能在间隔层对断路器进行手动控制。

手动应急控制应具备同期功能。

8.3.3控制应包括下列各级控制，控制级别由低至高的顺序为：

1）远方控制：

调度或集控中心远方控制；

2）站控层当地控制：

风电场的监控系统后台控制；

3）间隔层应急控制：

间隔层测控屏上的手动开关对断路器进行控制；

4）设备层就地控制：

设备就地手动开关控制。

8.3.4高控制级别在操作时，低控制级别操作均应处于闭锁状态，并对被闭锁的控制应提供告警信息。

8.3.5唯一性原则：

同一时间应仅允许一个控制级别、一种控制方式、一个控制对象进行控制。

对任何操作方式，应保证只有在上一次操作步骤完成后，方可进行下步操作。

8.3.6高可靠性原则：

在控制指令发出时，应可靠地执行，既不能拒动也不能误动；要有完善的闭锁措施，确保操作正确、可靠。

对正确动作、拒动和误动应有相应的告警信息提示。

8.3.7安全原则

1）应具备操作员和监护员身份验证和权限设置功能；

2）支持监护员在操作员工作站或另一台工作站上实施监护功能；

3）遥控操作应具备选择、返验、执行步骤；

4）操作必需在具有控制权限的工作站上进行。

8.3.8提供详细的记录文件记录操作人员和监护人员姓名、操作对象、操作内容、操作时间、操作结果等，可供调阅和打印。

8.3.9应具备设备检修挂牌功能，检修挂牌时禁止控制。

8.3.10自动控制应包括顺序（程序化）控制和调节控制，由站内设定其是否采用，主要包括电压无功自动控制、主变联调控制、以及顺序操作控制等，程序化操作应逐次通过五防校验后方可执行。

。

8.3.11顺序控制和调节控制功能管理应相对独立。

它可以由运行人员投入/退出，而不影响正常运行。

8.3.12操作员工作站应提供间隔操作画面，在其中显示与间隔有关的信息，包括间隔有关的动作事件、光字牌等，控制操作宜在间隔画面实现。

8.3.13对运行人员的任何操作，计算机应做命令合法性检查和闭锁条件检查，对不满足联锁及闭锁条件的操作，监控系统应闭锁操作，给出报警提示。

8.4五防功能

8.4.1风电场五防系统应由站控层五防、间隔层五防及现场电气五防三层构成。

站控层五防应实现面向全站设备的综合操作闭锁功能；间隔层五防应实现本单元所控制设备的操作闭锁功能；现场电气五防实现对本间隔电动操作的隔离开关和接地开关的防误操作功能，任一层防误功能故障不应影响其它层正常防误功能的实现。

8.4.2监控系统的所有操作应经防误闭锁，并有出错报警和判断信息输出，显示闭锁原因。

在特殊情况下应能实现一定权限的解除闭锁功能，但禁止全站设备同时解除闭锁。

8.4.3站控层五防应满足以下要求：

1）强制运行人员的控制操作遵照既定的安全操作程序和五防闭锁逻辑，先开票、模拟预演，再对电气设备进行操作避免由于操作顺序不当而引起各种电气设备的误操作，实现五防要求；

2）应具备所有设备的防误操作规则，并充分应用监控系统中电气设备的闭锁功能实现防误闭锁。

监控系统遥控应经过五防规则校验，如果不满足五防规则，应提出五防规则校验结果报告，指出满足及不满足的具体规则，并禁止遥控；如果满足五防规则，监控系统下发遥控命令到装置；

3）应能实时、准确采集监控系统的遥信，保证与实际一次设备状态的一致性；

4）程序的编制应简单、可靠、实用，具有自动校验功能，必须有效防止“走空程”（操作过程中漏项），当监控系统控制失灵时应具备解除闭锁的应急措施；

5）五防配置：

五防数据库组态、五防接线图绘制、五防权限设置和五防规则编辑；

6）操作票：

可根据运行要求完成操作票的生成、编辑、预演、打印、执行、记录和管理；

7）模拟操作：

应能提供电气一次系统及二次系统有关布置、接线、运行、维护及电气操作前的预演，并能通过相应的操作画面对运行人员进行操作培训，支持手动和自动预演方式；

8）虚拟检修挂牌可作为相关刀闸操作的联锁及闭锁条件。

8.4.4间隔层五防应满足以下要求：

1）间隔层测控装置之间应具备不依赖于站控层设备的通信功能，实现跨间隔的防误闭锁。

2）测控装置闭锁逻辑所需的信号应能由相关测控装置准确快速提供，并充分考虑通信中断及逻辑关联测控装置检修时防误功能的安全实现。

8.4.5电脑钥匙应满足以下功能要求：

1）电脑钥匙应具有口令设置、试听语音、调节液晶对比度、背光、电池电量显示、锁编码检查、对时，以及记录、浏览、重复、中止当前操作等功能；

2）电脑钥匙与电脑的通讯应可靠、灵活、快捷，每套电脑钥匙应通过多通讯接口、转换开关、网络接口等形式实现与两台主机的通讯；

3）电脑钥匙与锁具应顺畅配合，无卡涩现象，保证能在符合条件时顺利开锁，单次开锁成功率≥99％，每张操作票向电脑钥匙传票时间应小于5秒（50项操作任务内）；

4）电脑钥匙的电池宜采用便拆卸结构，并能提供备用电池和充电座。

关闭电源及更换电池时，电脑钥匙记忆存储的操作票信息不丢失；

5）电脑钥匙应具备自动验证实际开锁功能（如通过检测回路电流、电脑钥匙机械按钮接触等）。

8.5功率预测

8.5.1风电场监控系统应能向功率预测系统提供实时有功等信息，并能实时接收功率预测系统提供的短期和超短期功率预测结果、短期数值天气预报。

8.5.2风电功率预测系统应具备直接向调度和集控中心上报预测结果的能力。

8.6有功功率控制

8.6.1风电场监控系统应具备有功功率控制功能。

8.6.2风电场监控系统应能接收并执行电网调度部门远方发送的有功出力控制指令。

8.6.3调节风力发电机组包括发出启停控制指令或分配有功功率控制指令。

8.6.4风电场监控系统应能实时上送全站有功出力的输出范围、有功出力变化率、有功功率等信息。

8.6.5风电场监控系统应在有功功率控制出现异常时，提供告警信息，并记录故障的数据现场。

8.7无功电压控制

8.7.1风电场监控系统应具备无功电压控制功能。

8.7.2风电场监控系统应能接收并执行电网调度部门发送的电压无功控制指令，风电场自动调节其发出（或吸收）的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。

8.7.3当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压的97％～107％范围内。

8.7.4风电场监控系统应能实时上送全站无功范围、无功功率等信息。

8.7.5风电场监控系统应在无功功率控制出现异常时，提供完善的告警信息，并记录故障的数据现场。

8.8远