基于以太网lan的风场保护监控系统

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1、基于以太网LAN的风电场保护监控系统圈子类别：电力(晴天)2009-11-2519:40:00[我要评论]  [加入收藏]  [加入圈子]1.引言随着世界各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，风能作为一种清洁的可再生能源，近几十年来越来越受到世界各国的重视。近几年来，随着技术进步和环保事业的发展，风能发电成本的显著下降，世界风能市场每年都以40%的速度增长，世界各地有越来越多的中、大型风电场在建设和投入运行。风电场作为一个分布式发电系统，除了其本身复杂的运行特性以外，和常规配电系统的接入电网也有很大的不同，它的接入电网对电力系统的

2、安全稳定运行带来新的挑战，因而对其保护特性及监控系统也提出特殊的要求。[1-3]一直以来，由于技术方面的限制，在风电场保护监控系统设计和应用方面，存在配置的风力发电机保护不够完善、风电场缺乏系统性协调保护等问题，这些问题对风电场的安全经济运行构成严重威胁。[4-5]近年来，随着计算机保护和网络通信技术的发展，特别是基于以太网LAN的IEC61850变电站通信网络和系统标准颁布以及在电网的推广应用，国外已有部分风电场引入IEC61850的保护监控系统。[7-9]最近，用于风力发电机控制和状态监视的部分IEC61400-25风电场监视及控制通信

3、标准的也已颁发应用[10-13]，随着这二个标准的颁布实施应用，将为风电场的保护监控系统提供一个全新的解决方案。本文首先对风电场组成及拓扑结构作简要介绍，然后介绍风电场风力发电机和变电站保护配置考虑，最后介绍一个基于以太网LAN的风电场保护监控系统及应用。2.大型风场的组成及拓扑结构风电场主要由风电机组、风场变电站以及连接到电网的输电线路组成，其风场变电站和风电机组的一次接线图如图1和图2所示。为了将风电机组发出的电力输送到电网中去，在风电场中是通过逐级升压的方式来减少线损的。目前，市场上风电机组的的出口电压大部分为0.69KV或0.4KV

4、，它必须通过升压变压器升压至10KV或35KV然后通过集电线路接入到风场变电站的集电母线。在风场变电站，通过主变压器升压至输电电压等级，然后通过输电线路接入到电网。接入电网的电压等级，是根据该地区风电发展规模、开发风电的计划以及当地电网的接线情况来确定的，国内普遍接入当地的66KV、110KV或220KV电网。而风场变电站的规模和电压等级，则是根据风电场的规划和分期建设容量以及风电机组的布置情况进行技术经济比较后确定的。目前，在风电场的集电馈线接线方式中有多种拓扑结构，[5]常见的有辐射型馈线接线、分叉辐射型馈线接线、馈线-子馈线接线以及环

5、型馈线接线等。这些拓扑结构各有其优缺点。至于采用哪种接线方式，是通过考虑风力分布、风塔的布局、运行可靠性、费用等因素来确定的。对上述风场的拓扑结构，采用的集电母线-馈线布置方式普遍存在运行方面的固有限制。风场发电机组通过集电馈线接到一集电母线，并通过风电场变电站主电力变压器升压到输电级的电压。对于风场的中压集电系统，集电馈线依赖风场变电站的主变压器的中性点接地连接作为参考地。由于风力发电机升压变压器的高压侧采用三角形接线，风力发电机是不能为集电馈线提供一参考地的。如果发电机升压变压器的高压侧采用星形接地接线，则会引入多电源的接地故障电流，它

6、将使接地故障保护复杂化，并降低了变电站中保护IED的灵敏度。所以，在运行期间如果集电馈线断路器分开，则集电馈线和运行的风力发电机将被隔离，并形成一个不接地系统运行。此时如果集电馈线发生相对地故障，则会引起非故障相电压上升到线电压水平而可能危及设备的绝缘性能。此外，这种故障也可能导致严重的暂态过电压，最终可能导致绝缘故障和设备损坏。3.风电场的电气保护3.1概述风电场的保护范围，包括风电场变电站、风塔内部设备（风力发电机和升压变压器）、风场变电站和风塔之间的集电线路以及风场变电站和当地电网的输电线路。本文讨论的保护对象，主要包括风电场与电网相

7、连的输电线路，风电场变电站内的电气设备（高压母线、主变压器、集电母线）、集电馈线以及风力发电机。对于风电场的故障源，主要来自风塔内、风电场变电站以及外部电网三部分。风塔内的故障源，包括风塔电缆、变压器故障、电气配电屏内部布线、风力发电机以及励磁系统故障；风电场中的故障源，包括集电母线电缆故障、主变压器故障、变电站母线结构故障以及影响稳定性的馈线故障；外部电网的故障源，主要包括电压稳定性以及反向潮流。在现时风电场的保护监控的设计和应用方面，仍存在某些方面的缺陷，需要在保护配置及系统设计方面加以改进，以保证风电场的安全、可靠及高效运行。这些必须

8、考虑的主要问题包括：（1）某些保护配置不完善，在风轮机/风塔内中无后备保护。实际上在风电场中除了控制外还需要一个系统范围的保护应用。（2）某些保护配置中，特别是在部分风力发电机保