风电场综合自动化系统

一、风电场综合自动化系统产品介绍

风电场综合自动化系统是针对风电场特殊运行环境设计的全站二次一体化解决方案。系统将风机监控、升压站综自、功率预测、AGC/AVC、一次调频、箱变监控、故障录波、电能计量及调度通信等功能集成于统一的站控层网络平台，实现全场数据采集、控制、分析与调度交互。系统采用分层分布式架构，兼顾可靠性、扩展性与易维护性。

站控层部署中央监控服务器（主/备冗余）、操作员站、工程师站、数据服务器、WEB发布服务器及打印机。中央监控服务器运行SCADA软件平台，完成全场数据的汇集、存储、处理与分发；操作员站提供图形化人机界面，支持实时画面、趋势曲线、报警列表、控制操作、报表生成等；工程师站用于系统配置、数据库维护、画面编辑及高级分析；WEB发布服务器支持远程浏览器访问及移动APP推送。

间隔层配置升压站保护测控装置（主变保护、线路保护、母线保护、电容器保护等）、公用测控装置、故障录波装置、PMU同步相量测量装置、电能采集终端及风功率预测服务器。保护测控装置就地完成间隔级的保护、测量、控制与通信功能；公用测控装置采集母线电压、频率、站用电等公共信号；故障录波装置记录故障前后的波形数据，支持COMTRADE格式导出；PMU装置向调度上传同步相量数据，用于动态监测与广域控制。

过程层通过光纤冗余环网连接各风机塔基PLC、箱变测控单元、气象站及测风塔。每台风机配置塔基PLC控制器，实现机组启停、偏航、变桨、并网、功率调节等控制逻辑；箱变测控单元采集油温、油位、压力、绕组温度、低压侧电参量等，通过光纤环网上传至站控层；气象站提供风速、风向、温度、气压、湿度等实时数据，用于功率预测与机组控制优化。

系统支持IEC 61850（升压站）、IEC 61400-25（风机通信）、Modbus TCP、OPC UA等多种规约，可接入不同品牌的风机控制系统，实现异构系统集成。站控层网络采用A/B双网冗余，间隔层与过程层采用光纤环网自愈技术，确保通信可靠性。

二、风机SCADA监控子系统

风机SCADA子系统是风电场综合自动化系统的核心组成部分，实现对全场每台风机的全面监控与控制。系统通过IEC 61400-25标准规约与风机塔基PLC通信，采集包括但不限于以下参数：

• 电气参数：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、发电量（日/月/年/累计）
• 机械参数：风轮转速、发电机转速、桨距角（三个叶片独立）、偏航角度、机舱方位角
• 环境参数：机舱风速、风向、环境温度、湿度、气压
• 温度参数：齿轮箱油温、轴承温度、发电机定子/转子温度、变频器散热器温度、机舱温度
• 振动参数：主轴振动（X/Y/Z）、齿轮箱振动、发电机轴承振动（加速度/速度/位移）
• 液压与润滑：液压系统压力、润滑油位、冷却液温度、制动片磨损
• 状态与告警：运行状态（运行/待机/停机/故障/维护）、各类故障码、告警等级

控制功能包括：远程启停、复位、偏航左/右、变桨角度设定、有功功率/无功功率设定值下发、限功率运行模式切换、紧急停机等。系统支持批量操作（如全场限功率）、分组操作（按区域/机型）及单机操作，操作权限分级管理。

三、升压站综合自动化子系统

升压站综合自动化子系统完成风电场升压站内所有高压设备的保护、测量、控制、监视与调度通信功能。典型配置包括：

四、AGC/AVC与一次调频子系统

AGC自动发电控制：接收调度下发的有功指令（全厂总有功目标值），结合场内风机可用功率、尾流效应、机组健康状态，通过优化算法分配至各风机，实现全厂有功闭环调节。支持限功率运行、一次调频配合、储能协调等模式。

AVC自动电压控制：接收调度下发的并网点电压目标值或无功指令，通过调节风机无功出力、SVG/SVC无功补偿装置及主变分接头，维持并网点电压在合格范围内。支持恒电压、恒功率因数、恒无功三种控制模式。

一次调频与惯量响应：系统配备高速测频装置与调频控制装置，实时监测并网点频率，当频率变化率或偏差超出设定值时，快速调节全厂有功出力，惯量响应≤2s，一次调频响应≤10s，满足GB/T 40595-2021要求。

五、风功率预测子系统

风功率预测子系统基于数值天气预报（NWP）数据和场内实测气象数据，采用物理模型与统计学习相结合的混合建模方法，提供超短期（0~4小时，15分钟分辨率）、短期（0~72小时，15分钟分辨率）及中期（周/月）功率预测结果。预测数据自动上传调度主站，满足电网对新能源功率预测的考核要求。系统支持多模式集合预报、误差统计分析、预测结果可视化展示及报告自动生成。

六、箱变监控与振动监测子系统

箱变监控：每台风机配套的箱式变压器配置智能测控终端，采集油温、油位、油压、绕组温度、低压侧三相电压/电流/有功/无功、高压侧开关状态、风机出口开关状态等，通过光纤环网接入站控层。支持温度越限告警、油位异常告警、瓦斯保护动作信号上传。

振动在线监测：在齿轮箱、主轴轴承、发电机轴承等关键部位安装加速度传感器，实时采集振动信号，通过FFT变换、包络分析、倒频谱分析等方法提取特征值，评估设备健康状态。系统可自动识别齿轮啮合频率、轴承故障频率、不平衡、不对中等典型故障模式，提前发出预警，指导预防性维护。

七、风电场综合自动化系统产品特点

全站一体化：风机监控、升压站综自、功率预测、AGC/AVC、一次调频、箱变监控、振动监测等功能统一平台，消除信息孤岛。

开放兼容：支持IEC 61400-25、IEC 61850、Modbus TCP、OPC UA等主流规约，可接入国内外主流风机品牌（如金风、远景、明阳、上海电气、Vestas、Siemens Gamesa等）。

高可靠性：站控层服务器双机热备，网络A/B双网冗余，风机通信光纤环网自愈，MTBF≥100000小时。

涉网合规：AGC/AVC、一次调频、功率预测、PMU、电能质量监测等功能均满足国家电网及南方电网最新并网标准。

智能化运维：振动监测、温度趋势分析、性能衰减评估、故障诊断专家系统，实现预测性维护。

远程集控：支持WEB发布与移动APP，管理人员可随时随地查看风电场运行状态，接收告警推送。

八、风电场综合自动化系统技术参数

九、安装尺寸与部署说明

风电场综合自动化系统采用分层部署方式：站控层设备安装于风电场中央控制室，间隔层设备安装于升压站继保室，过程层设备安装于各风机塔筒底部及箱变内。站控层与间隔层屏柜采用2200×800×600mm或2260×800×600mm标准尺寸，前后开门，19英寸机架安装。

中央控制室屏柜布局（典型配置）

升压站继保室屏柜（典型配置）

安装要求：中央控制室面积根据风电场规模确定，一般不小于40㎡，配置防静电地板，接地电阻≤1Ω。屏柜前后预留操作与维护通道：正面≥1500mm，背面≥800mm。屏柜底部电缆入口采用防火封堵，光缆与电缆分开引入。风机塔基PLC安装于塔筒底部控制柜内，箱变测控安装于箱变低压室内，均需满足防水、防尘、防振要求。所有室外通信光缆采用铠装直埋或穿管敷设，光纤环网每段长度不超过80km（单模光纤）。

环境要求：中央控制室温度18~28℃，相对湿度40%~70%；升压站继保室温度-10℃~+45℃，相对湿度5%~95%（无凝露）；风机塔基控制柜温度-30℃~+55℃（宽温选件）。所有设备安装完成后需进行绝缘测试、通信测试、联调测试及168小时试运行。