摘要：本文对风电场二次系统进行组网设计，并对二次系统组网设计的网络配置、特点和存在问题进行论述。
关键词：风力发电；电气二次；系统设计
概述
随着近年来风电的迅速发展，风机的布置越来越分散，乃至分散式风电的出现，如何将风电场箱变监控系统和风力发电机组控制系统一起纳入变电站控制系统，进一步实现数字化风电场，成为一种全新的设计思路。电气二次系统设计方案是至关重要的组成部分，更是数字化变电站先进、安全的设计方案的重要前提。
1 监控范围
1.1风电场变电站监控系统
风电场变电站监控系统的对象主要包含风电场箱变和变电站二次设备。
1.1.1箱变的监控
监测箱变高低压侧电流、电压、高低压开关状态、变压器油温等必要的报警信号，实现高低压侧开关远方／就地控制。
1.1.2变电站设备的监控
监控220kV线路电流、电压、功率及保护信号，220kV线路断路器状态和保护信号，220kV隔离开关和接地开关状态信号，220kV变压器高低压侧电流、电压、保护、非电量及有载开关档位信号。监控35kV母线电压、馈线电流、功率及保护信号及馈线断路器状态信号。监测直流、UPS系统报警及馈线开关状态信号、计量仪表电能量信号、SVC系统报警信号及其他电气控制系统重要信号。
1.2风力发电机组监控系统
风力发电机监控系统由在线的各风力发电机组的控制器和主控室中集中监控装置组成。风力发电机组的控制器系统包括二部分：第一部分为计算机单元，它的主要功能是控制风力发电机组；第二部分为电源单元，它主要功能是使异步风力发电机组与电网同期。集中监控系统的对象包括40台单机容量为1250kW 的风力发电机组。风力发电机组监控系统可对风力发电机组进行远方手动开机、手动停机、马达启动、风力发电机组向顺时针方向旋转或向逆时针方向旋转。风力发电机组在运行过程中，可持续监视风力发电机组的转速、风力发电机组的电流、功率及启停机开关状态。
2 组网系统设计方案
2.1变电站监控系统二次网络及配置
风电场变电站监控系统由监控系统主网，35kV开关柜控制系统子网，箱变控制系统子网和其他非电气控制系统通讯网络组成。
2.1.1监控系统主网
监控系统主网采用双光纤以太网结构，以太网的网络拓扑采用全交换星型网状拓扑。传统变电站监控系统采用了分层分布式结构，即监控系统分为变电站层和间隔层。变电站层包括监控、远动、五防闭锁等需要集中全站信息完成的功能，而间隔层设备主要对应于一次间隔设备的保护、测量和控制。间隔层设备之间，间隔层设备和互感器及开关刀闸等一次设备之间通过大量控制电缆进行信号传输。
2.1.2 35kV开关柜控制系统子网
35kV馈线综保装置和母线PT综保装置与35kV配电装置一起安装在开关柜中，综保装置同时具有测控和保护功能，可直接采集CT／PT信号，完成馈线断路器的监控功能。35kV综保装置组成通讯子网，通过lEC61850与变电站监控系统主网相连。
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2.1.3风电场箱变控制系统子网
对于分布分散的风电场箱变，与风力发电机组控制就地控制器一起，根据其布置位置和集电线路的规划，分成4条光纤通讯线路，每条通讯线路包含10台箱变就地测控装置数据，
每条通讯线路内部网络拓扑为环网，4条光纤通讯线路组成通讯子网，通过I EC61850与与变电站监控系统主网相连。
2.2风电机组监控系统二次网络及配置
对于分布分散的风力发电机组，根据其布置位置和集电线路的规划，分成4条光纤通讯线路，每条通讯线路包含10台风机监控数据，每条通讯线路内部网络拓扑为环网，4条光
纤通讯线路连接至变电站控制中心，光纤通讯线路与控制中心之间网络拓扑图为星型网状拓扑。
风力发电机组就地控制器通过就地RJ45／光口的光电转换器将电信号转换成光信号，再由光缆向远方控制中心输出风机发电机组的功率、风速、保护及启停机开关状态等监控信号。风力发电机组就地控制器和变电站控制中心之间及风力发电机组监控系统与变电站监控系统之间通过以太网TCP／I P协议进行数据交换。
3 二次系统组网的设计特点
3.1 一体化
35kV馈线综保装置安装在户内开关柜，风电场箱变测控装置按照在变压器就地，实现一体化设计，35kV馈线综保装置和风电场箱变测控装置直接采集CT／PT信号，监控开关状态，可进一步省略智能接口装置。
3.2可靠性保障
采用双以太网，实现双网热备用，提高可靠性；过程层、间隔层、变电站层之间用光缆连接，最大程度减少了电磁兼容问题。提高电气设备的监控水平。对今后运行、检修提供极大便利。
3.3 经济效益提高
风电场二次控制和保护系统统一规划，最大程度的实现了信息共享和系统集成。避免重复投资，减少二次盘柜数量，减小继电器小室面积。同时过程层、问隔层、变电站层之间用光缆连接，基本取消了控制电缆，仅增加了组网光缆，降低了投资，提高了经济性。
3.4网络化
所有的开关量、模拟量输入／输出逐步实现通过网络的数字化传输。总体建立在I EC61 850通信技术规范基础上，通过采用符合标准的数据建模和通信服务实现I ED间的信息共享和互操作性。间隔层与变电站层设备间采用IEC61850—8—1通信协议。间隔层与过程层CT／PT智能接El装置间采用IEC61850—9—1／2等通信协议。间隔层保护与智能接IZI单元采用GOOSE协议。
4 存在的部分问题及小节
考虑风电场监控系统与用户办公Intranet开放网络甚至Internet相连的情况，必须考虑连接安全问题。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，安全问题尤
其突出。现一般采用的安全防护措施分为两类：加密技术与防火墙。前者对网络中传输的数据进行加密处理。到达目的地址后再解密还原为原始数据，从而防止非法用户对信息的截取
和盗用。防火墙技术通过对网络的隔离和限制访问等方法，来控制网络的访问权限，从而保证综自系统的网络安全。二次监控系统组网设计通过上述设计，不但提高了电气设备的监控水平及可靠性，并由于监控和保护装置的一体化，35kV综保装置与开关柜及箱变就地控制器与变压器的一体化，并大大减少了二次设备盘柜和控制电缆的投资，降低了工程造价。
参考文献：
[1]王得胜，韩红彪.电气控制系统设计.电子工业出版社；第1版，2011.4.1
[2]Brendan Fox.风电并网：联网与系统运行.机械工业出版社；第1版，2011.8.1
[3]黄林根，吴卫国，熊杰.电气设备运行与维护.河海大学出版社；第1版，2005.3.1
论文作者:贾天翼
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
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