Soluzione di sistema di monitoraggio centralizzato per parchi eolici

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Acrel Co,. Ltd.

Astratto:Essendo una delle fonti di energia pulita, la capacità installata dei parchi eolici è cresciuta rapidamente negli ultimi anni. I parchi eolici si dividono in onshore e offshore. Generalmente, sono situati in località remote, con installazioni sparse e ambienti difficili. Pertanto, i parchi eolici necessitano di un sistema di monitoraggio remoto per facilitare il personale operativo e di manutenzione e gestire le operazioni in modo più efficiente.

Parola chiave:parco eolico, sistema di monitoraggio centralizzato, dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore in scatola

1. Apparecchiature elettriche per parchi eolici

La cabina superiore di ogni gruppo elettrogeno è dotata di un generatore a turbina e la parte anteriore è costituita da una pala del ventilatore regolabile. Il sistema può regolare l'angolo di inclinazione della pala del ventilatore in base alle diverse condizioni del vento. La velocità generale della pala del ventilatore è di 10-15 giri/min, e tramite il riduttore può essere regolata fino a una velocità di 1500 giri/min per azionare il generatore. Un PLC industriale è inoltre configurato nella sala macchine per il controllo e la raccolta dei dati correlati. La velocità del vento, la direzione del vento, la velocità di rotazione, la potenza attiva e reattiva del generatore e altri dati correlati vengono raccolti tramite il PLC e il generatore viene controllato in tempo reale tramite i dati raccolti. A terra, un trasformatore a scatola è installato alla base della torre eolica per il boosting e la convergenza. In base alla potenza e alle condizioni geografiche, più turbine eoliche vengono boostate una volta e collegate in parallelo per convergere verso la sottostazione di boosting. L'elettricità viene immessa in rete. Lo schema elettrico del parco eolico è mostrato in Figura 1. La tensione emessa dal ventilatore è generalmente di 0,69 kV, che viene aumentata a 10 kV o 35 kV dal trasformatore a scatola. Dopo diverse confluenze parallele, i cavi vengono collegati alla barra di bassa tensione della sottostazione elevatrice e quindi aumentati a 110 kV o più dal trasformatore principale, immettendoli nella rete elettrica.

Diversamente dall'energia eolica terrestre, a causa dell'ambiente ostile dell'energia eolica offshore (elevata umidità, elevata densità salina), il trasformatore a secco utilizzato per l'aumento di potenza primario è integrato nel vano motore del ventilatore di tiraggio, il che non solo risolve il problema dell'ingombro dell'intera unità, ma evita anche la difficoltà di protezione causata dall'installazione del trasformatore in una posizione più bassa.

Figura 1 Schema del cablaggio elettrico del parco eolico

2. Apparecchiature di protezione, misura e controllo per parchi eolici

Dalla generazione di energia della turbina eolica - trasformatore della cabina di amplificazione - confluenza - barra di distribuzione di media tensione della stazione di amplificazione - trasformatore principale - barra di distribuzione di alta tensione della stazione di amplificazione - presa di corrente ad alta tensione - connessione alla rete, il centro deve essere amplificato due volte prima di essere immesso nella rete. La rete elettrica ha un gran numero e tipologie di apparecchiature elettriche e qualsiasi guasto in uno qualsiasi dei collegamenti influirà sul normale funzionamento del parco eolico. Pertanto, è necessario installare dispositivi di protezione, misurazione e controllo in tutti i collegamenti del parco eolico per monitorare in modo completo lo stato operativo del parco eolico. La Figura 2 è uno schema della configurazione dei dispositivi di protezione, misurazione e controllo del parco eolico.

Figura 2 Schema di configurazione dei dispositivi di misura e controllo della protezione per parchi eolici

2.1 Dispositivo di misura e controllo del trasformatore in scatola

Per ridurre le perdite di linea nei parchi eolici onshore, una stazione di booster a scatola da 0,69/35(10) kV viene generalmente installata accanto alla turbina eolica. La distanza tra le turbine eoliche nel parco eolico è di centinaia di metri, il che significa che la sala di controllo centrale è lontana. I trasformatori elevatori si trovano in campo aperto e l'ambiente naturale è relativamente ostile, il che rende difficile l'ispezione manuale. Il dispositivo di misura e controllo del trasformatore a scatola è il cuore del sistema di monitoraggio del parco eolico, che realizza una gestione intelligente del trasformatore a scatola. Il dispositivo di misura e controllo della stazione a scatola può proteggere e monitorare a distanza la stazione a scatola dell'impianto eolico, svolgere appieno le funzioni di "segnalazione remota, telemetria, controllo remoto e regolazione remota" e migliorare notevolmente l'efficienza operativa e di manutenzione del parco eolico.

Figura 3 Dispositivo di misura e controllo della stazione box del parco eolico

Il dispositivo di misura e controllo per la protezione dei trasformatori AM6-PWC è un dispositivo integrato che integra protezione, misura, controllo e comunicazione per le diverse esigenze dei trasformatori elevatori per impianti eolici e fotovoltaici. La sua configurazione funzionale è illustrata nella tabella seguente.

2.2 Misurazione e controllo della protezione della linea e della sbarra collettrice lato bassa tensione

Più turbine eoliche vengono aumentate a 35 (10) kV per la prima volta e poi collegate in parallelo per formare un circuito collegato alla barra collettrice lato bassa tensione della sottostazione di potenza. Per ottenere un monitoraggio completo, la linea è dotata di dispositivi di protezione di linea, strumenti di misurazione e controllo multifunzionali, dispositivi di monitoraggio della qualità dell'energia e dispositivi di misurazione della temperatura wireless per realizzare il monitoraggio in tempo reale della protezione elettrica della linea, della misurazione e della temperatura, e le barre collettrici lato bassa tensione sono dotate di dispositivi di protezione dagli archi.

Tabella 1 Configurazione di controllo e misurazione della protezione della sbarra collettrice e della linea lato bassa tensione

2.3 Misurazione e controllo della protezione del trasformatore principale

Dopo che la generazione di energia della turbina eolica è confluita dalla barra collettrice lato bassa tensione, viene aumentata a 110 kV attraverso il trasformatore principale e collegata alla rete. Il trasformatore principale è dotato di protezione differenziale, protezione di backup elevato, protezione di backup basso, protezione non elettrica, dispositivo di misura e controllo, controllo della temperatura del trasformatore e trasmettitore di potenza per realizzare le funzioni di protezione, misura e controllo del trasformatore principale, nonché di un'installazione centralizzata di schermatura di gruppo.

Tabella 2 Configurazione di controllo e misurazione della protezione del trasformatore principale

2.4 Misurazione e controllo della protezione della linea ad alta tensione

L'energia elettrica generata dal parco eolico viene aumentata due volte a 110 kV e poi immessa nella rete elettrica. La linea a 110 kV è dotata di protezione differenziale in fibra ottica, protezione di distanza, protezione anti-islanding e dispositivi di misura e controllo.

Tabella 3 Configurazione di misura e controllo della protezione della linea da 110 kV

3. Sistema di monitoraggio del parco eolico

La piattaforma di monitoraggio del parco eolico realizza il monitoraggio, il controllo e la gestione dello stato operativo del parco eolico e dei dati in tempo reale delle turbine eoliche, migliora l'affidabilità e l'efficienza operativa del parco eolico, riduce i costi di manutenzione e realizza una gestione intelligente.

Il parco eolico copre un'area relativamente ampia e le apparecchiature sono distribuite in modo sparso. Il sistema ha requisiti relativamente elevati in termini di affidabilità della comunicazione dati e prestazioni in tempo reale. Se le condizioni lo consentono, la rete ad anello ridondante in fibra ottica può essere utilizzata per la raccolta e la comunicazione dei dati, e anche il metodo wireless LORA può essere utilizzato per la trasmissione dei dati.

Figura 4 Diagramma del sistema di monitoraggio del parco eolico

I dati del PLC dell'unità di ventilazione e del dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore vengono caricati sul server dati nella sala controllo tramite la rete ad anello in fibra ottica, mentre i dati del sistema di automazione completo della stazione di booster vengono caricati sul server dati tramite Ethernet. Trasmettitori, sistemi CC e altri dispositivi intelligenti sono collegati al sistema di gestione delle comunicazioni per caricare i dati sul server.

3.1 Monitoraggio del parco eolico

Visualizzazione completa dei parametri di base dell'intero ventilatore di tiraggio del parco eolico (tra cui velocità del vento, potenza, velocità, ecc.) e può realizzare la produzione di energia giornaliera, la produzione di energia mensile, la produzione di energia annuale. Il monitoraggio della produzione di energia è utile per il monitoraggio in tempo reale dello stato operativo del ventilatore di tiraggio.

3.2 Monitoraggio dell'equipaggio

Monitorare i parametri e lo stato di controllo di ciascun modulo di controllo nell'unità, tra cui: passo, imbardata, cambio, generatore, stazione idraulica, sala macchine, convertitore, rete elettrica, catena di sicurezza, coppia, albero principale, base della torre, anemometro, ecc. Ottenere una visualizzazione completa dei parametri, dei guasti e dei grafici di tendenza di ciascun modulo.

3.3 Visualizzazione dei dati in tempo reale

Il ventilatore di tiraggio, le sottostazioni e le altre apparecchiature del parco eolico sono dotati di sensori e apparecchiature di monitoraggio, in grado di raccogliere in tempo reale i dati elettrici di funzionamento, la temperatura, le vibrazioni e altri parametri delle apparecchiature e di fornire avvisi tempestivi in ​​caso di anomalie.

3.4 Gestione dell'alimentazione

La visualizzazione dei parametri attivi e reattivi, il controllo e la regolazione della potenza attiva e reattiva e altre funzioni possono ridurre efficacemente i costi operativi delle aziende e fornire supporto dati per l'obiettivo del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni.

3.5 Rapporto di produzione

Visualizza e crea report per parametri importanti come l'energia eolica, gli indicatori di prestazione del parco eolico e l'energia nuova prodotta dall'unità, e supporta le statistiche di funzionamento di ciascuna apparecchiatura del parco eolico in base alla dimensione temporale (giorno, mese e anno). In base al metodo di query per giorno, mese e anno, i parametri importanti vengono classificati e conteggiati per elemento, quindi viene generato il report.

3.6 Analisi statistica

Supporta una varietà di funzioni di analisi statistica, sfrutta appieno il potenziale valore dei dati, fornisce soluzioni di ottimizzazione del risparmio energetico, fornisce una base decisionale per i manager, migliora il livello di gestione delle imprese in modo fattibile e, infine, raggiunge l'obiettivo di risparmio energetico, riduzione delle emissioni e produzione scientifica. I metodi di analisi includono: statistiche di guasto, curva di potenza, statistiche di disponibilità, diagramma a rosa dei venti, report sulla velocità del vento e sulla potenza, statistiche di utilizzo e tempi di inattività mensili e giornalieri, ecc.

Riferimenti:

[1] Manuale di progettazione e applicazione di microgrid di Acrel Enterprise. Versione 2022.05