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风电场设计接口管理中国电建集团核电工程有限公司 刘春宏 崔 伟摘要：随着风电场、光伏发电等新能源在全球电力市场形成新一波浪潮，越来越多中国承包商在全球范围承建风电场项目。由于不同国别在电网管理制度、设计习惯、执行标准等方面与中国市场风电场建设的不同，中国承包商或多或少在设计接口管理方面出现了水土不服。本文在对国内风电场项目的各阶段设计工作任务与后续的风电场设备采购、施工图设计（施工）、设备调试进行分析的基础上，同时参考越南电力市场的项目执行经验，阐明这些过程的内在逻辑关系、相互制约影响，及应采取的应对措施，为后续的风电场项目的设计接口管理提供参考经验和建议。关键词：风电场；设计；接口管理1 风电场设计接口概述随着新能源建设浪潮的来临，中国承包商在海外承建风电项目正在增多，在设计管理工作中更多地涉及了风电场建设前期工作的相关成果和文件。其中可行性研究和初步设计及审查结论是 EPC 承包商中标后执行项目的重要基础和依据，尤其是可行性研究中含有的各工艺系统基本方案是承包商开展详细设计的重要基础。参考国内及越南风电项目，项目可行性研究工作（报告）主要有以下工作1：a.项目概况及综述；b.风资源评价；c.工程地质调研；d.项目规模及电力接入系统调研；e.风电机组选型、布置及风电场发电量估算；f.工程各专业初步设计方案（基本设计）；g.其他，包含：施工组织、主要施工机械、环保及水土保持等研究。由于风电场的工艺系统较传统火电、燃气发电简单，初步设计阶段无论是国内还是国外，深度都达到可以进行设备招标采购的程度。上述可行性研究中牵涉到EPC 承包商，并在项目执行中进行设计接口管理的有 b、c、d、e、f，主要涉及风电场布置、电力系统计算、设备容量计算、电气一次主接线确定、电力系统保护、计量、通信设计方案的确定及电气一二次设备选型及配置工作。2 风电场主要设备组成及相互关系风电场主要系统有风机、集电线路、变电站、高压送出线路四大系统组成，各系统组成如下：2.1 风机系统2-3风机系统是风电场的核心设备，参考图1其组成为：a.风机本体，包括机仓、叶片、塔筒；b.风机电气系统，包括发电机、逆变系统、升压变系统；图1 典型风机系统组成146 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering图2 典型变电站电气一次设备单线图图3 典型变电站集成控制系统原理图2023.7 下 EPEM 147电力工程Electric Engineeringc.风机控制系统，包括就地、远程监控系统。2.2 集电线路系统集电线路系统，通常为中压35kV，是风场内部电能汇集组网、风机监控信号传输的主干网络，包括电缆线路、光纤环网系统、杆塔等设备。这里强调的是，35kV 地下电缆和架空线路需要根据施工范围内的土壤热阻系数（Rho）及地表植被特点，合理分配和布置，以达到技术经济最优4。2.3 变电站设备系统变电站是一个风场的电能汇集升压、控制、送出的中心，这里布置了风电场大部分的电气设备，如图2所示，一次电气设备主要包括：主变压器、中高压开关设备、无功补偿装置等及站用低压配电系统等。变电站监视及控制系统如图3所示。主要包括：风机监控系统、变电站自动化系统、系统通信系统/变电站 SCADA、风电场计量系统等。2.4 高压送出线路系统高压送出线路系统由高压架空线路、铁塔组成，在负责将风电场的连接到电网上并输出电力的同时，还承担着在风场与电网之间进行控制、通信的任务。上述四个系统在 EPC 执行阶段，均存在接口管理，有的是供货范围接口，有的是方案确认，但其都关系到设计进度、设备采购进程及后续设备安装、调试进程。因此，这些接口的提前规划和尽早确认对后续的相关执行工作能起到事半功倍的效果。3 设计接口详述及管理措施3.1 自动化系统3.1.1保护及控制系统与电网接口保护及控制系统与电网侧1的接口主要有：保护配置图的确认、保护定值的计算及下发。保护配置图的确认需要初步/基本设计阶段即确定配置方案，并由设计方或咨询方编制完成后，由项目建设方报相关政府、电网侧审批，并与电网侧签订继电保护协议。在 EPC 执行阶段保护配置图需要再次在技术设计中由设计方进行完善、确认，原则上不允许违背已签订的保护协议相或发生较大变化。保护定值计算需要在保护设备调试前尽早完成。参考越南项目，定值计算需要电网侧进行计算、确认下发。一般在项目建设中期项目所在国电网侧即会向项目建设方收集项目关键机务、电气设备的相关参数资料，尤其是各种自动化装置的手册、定值导入软件、初始定值等，在调试阶段电网侧进行定值的下发，并在自动化装置厂家的配合下完成定值的录入。3.1.2线路光差保护（87L）与电网侧接口87L 是变电站线路送出接入电网的必备重要保护，由于新建项目接入现有电网变电站或者在现有线路进行 T 接或者 接，根据线路差动保护的设计原则，一条线路两侧的差动保护装置需要采用同一厂牌、同一型号。因此，该保护装置在技术设计、设备采购阶段承包商应提前从电网侧获得接入或相邻变电站所差动保护装置采用的品牌及型号，对于同期建设的存在差动保护配合的变电站应提前协调该装置的采购顺序及依从原则，以免造成设备采购延期和变更，及后续调试的困难。另外，对于光纤通道的建立，需要在技术设计阶段对现有光纤通道的使用情况进行调研，是否满足项目的需要，是否有替代方案等，进行确认。表1 变电站控制系统接口关系及管理措施序号系统关联系统接口描述及管理措施接口输出影响范围应对措施1保护及控制系统风场监控系统、通信设备系统、电网调度系统保护配置图、中继协议（越南电力市场）技术设计、设备采购、调试技术设计应在接入系统批复/继电保护协议（越南）的基础上开展，并在技术设计前召开相关方设计联络会确认2线路光差保护（87L）保护及控制系统相邻、对侧变电站保护系统差动保护光纤通道连接原理图、中继协议（越南电力市场）技术设计、设备采购、调试技术设计前应与相邻/接入变电站确认87L 保护装置的品牌、型号；对现有线路光纤通道使用情况进行调查3故障录波系统保护及控制系统、系统通信设备、电网调度系统保护&控制、故录配置原理图、继电保护协议技术设计、设备采购、调试进行该系统的技术设计前再次与电网侧沟通，确认相关协议和初步设计方案4计量系统系统通信设备、电网调度系统计量数据收集系统原理图、Scada 协议技术设计、设备采购、调试该系统的技术设计应在接入系统批复/计量协议（越南）的基础上开展，并及时与电网侧共同确认5系统通信设备上述1，3，4及电网调度系统电力系统接入批复/Scada 协议（越南）设备采购、调试该系统的技术设计应在接入系统批复/Scada 协议（越南）的基础上开展，并及时与电网侧共同确认Scada&Fr 通信通道原理图148 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering3.1.3故障录波系统与电网侧接口故障录波为变电站自动化系统的一部分，对于录波范围，尤其是多风场（项目）共用变电站的情况，数据上传是按照变电站上传还是风电场（项目）上传，将直接影响故障录波的设计和组屏方案，应在初步设计中明确，在技术设计前与电网侧沟通，再次确认。3.1.4系统通信与电网侧接口系统通信设备是变电站自动化系统和电网侧之间的信息桥梁，接受调度指令、反馈和上传数据。对于多风场/项目共用变电站的情况应特别注意是独立通道还是复用；数据上传级别（如国家调度，区域调度，省、市级等），这直接影响设计方案和装置的配置。在技术设计阶段应对电网接入系统批复或者 SCADA 协议进行深入研究和确认，使详细设计及施工图设计方案不违反这些官方文件，为后续的设备安装和调试做到充分的保障。3.1.5计量系与电网侧接口计量系统，参考越南项目，由 DIM，计量 PC，SQLsever 三部分组成。其需要通过民用光纤和无线网络（VPN）与电网侧进行通信，承包商应及尽早协调当地网络运营商，确定通道建立的程序和日程。同样地，计量系统的配置方案需要在初步设计和技术设计中明确。否则会造成设计遗漏或错误，对后续的设备采购、安装、调试工作造成阻碍。3.1.6对以上各系统的关联系统、接口输出及影响范围/程度进行整理（见表1）3.2 电力系统研究风电场项目电力系统研究主要包括系统计算，如电力系统短路计算、潮流计算、谐波分析等。设备选型计算等，如主变容量计算、无功补偿装置容量计算等。这些研究、计算需要初设文件、电网侧提供的数据如下：一是接入变电站规模及容量；二是接入变电站主接线型式及各电压等级短路电流水平；三是接入变电站各电压等级接地型式；四是电网接入点短路水平（最大和最小）；五是电网接入点无功配置要求；六是接入变电站储能配置要求；七是送出线路的接入型式（T 或者）。上述信息在接入系统批复或者电网接入协议、基本设计审定结果（越南电力市场）应有提及，如果信息缺失或存疑，承包商应及时会同建设方与电网侧沟通确认，避免造成系统性错误，对后续的技术设计、设备采购造成阻碍。3.3 风电场总体布置风电场的微观选址及风机布置需要综合分析风场规划占地范围、地貌、地质特点、风能资源、风机类型、叶轮直径、轮毂高度等，综合分析以避免接受的尾流损失。另外，应结合风机组网方案（亦可理解为集电线路路径）、变电站位置及高压送出线路路径等进行优化。尤其应注意多风场同期开发的情况，是否存在场区重叠、机位跨越的现象。对于项目可研、初设完成后，又发生风机机型、装机台数变化的，应重新进行风机微观选址，并重新进行风机倒塔安全距离评估。参考越南市场，一旦变电站位置、高压送出线路路径发生变化，需要报送电网侧重新审批。3.4 变电站内部设备、系统接口变电站内部设备间接口直接影响设计配合，进而影响设备的采购、安装、调试工作，主要接口如下：a.风场监控系统与变电站自动化系统的通信接口、数据转发及调用清单；b.箱变监控系统与风机监控系统（SCADA）系统的光纤接口位置、组网形式等确认；c.无功补偿装置控制系统与变电站综自系统通信接口确认，协议转换等；d.柴油发电机控制与低压控制系统、变电站自动化系统的控制逻辑确认。4 结语本文通过对风电场设备系统组成及相互关系进行研究，并结合国内及海外电力市场风电建设项目不同阶段的具体设计接口管理工作经验，针对其中的关键节点、工作成果输出以及他们的相关工作的逻辑关系、制约范围进行分析、归纳、总结，提出管理、应对措施，为后续的风电场项目设计管理工作提供参考经验和建议。参考文献1GB/T 51096-2015风力发电场设计规范 S.2015.2 叶杭冶.风力发电系统的设计、运行与维护 M.（第2版）电子工业出版社,2016.3 Andrzej Tywoniuk,Zbigniew Skorupka WIND POWER PLANTS-TYPES,DESIGN AND OPERATION PRINCIPLES,Journal J.of KONES Powertrain and Transport,2018,3.4IEEE PES Wind Plant Collector System Design Working Group Wind Power Plant Collector System Design Considerations,R.2009.