풍력 발전소를 위한 중앙 모니터링 시스템 솔루션

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추상적인:청정 에너지원 중 하나인 풍력 발전소의 설치 용량은 최근 몇 년 동안 빠르게 증가해 왔습니다. 풍력 발전소는 육상 풍력 발전소와 해상 풍력 발전소로 나뉩니다. 일반적으로 풍력 발전소는 외딴 지역에 위치하며, 설비가 분산되어 있고 환경이 열악합니다. 따라서 풍력 발전소에는 운영 및 유지보수 담당자가 풍력 발전소 운영을 더욱 효율적으로 관리할 수 있도록 원격 모니터링 시스템이 필요합니다.

예어:풍력발전소, 중앙집중형 모니터링 시스템, 박스형 변압기 측정 및 제어 장치

1. 풍력발전소용 전기장비

각 발전기 세트의 최상단 캐빈에는 터빈 발전기가 장착되어 있으며, 전면에는 조절식 팬 블레이드가 있습니다. 이 시스템은 다양한 풍향 조건에 따라 팬 블레이드의 경사각을 조절할 수 있습니다. 팬 블레이드의 일반적인 속도는 10~15rpm이며, 기어박스를 통해 최대 1500rpm까지 조절하여 발전기를 구동할 수 있습니다. 기계실에는 제어 및 관련 데이터 수집을 위해 산업용 PLC가 설치되어 있습니다. 풍속, 풍향, 회전 속도, 발전량의 유효 전력 및 무효 전력 등 관련 데이터는 PLC를 통해 수집되며, 수집된 데이터를 통해 발전기를 실시간으로 제어합니다. 육상에서는 풍력 타워 하단에 상자형 변압기가 설치되어 승압 및 수렴을 담당합니다. 전력 및 지리적 조건에 따라 여러 대의 풍력 터빈이 한 번 승압된 후 병렬로 연결되어 승압 변전소로 수렴합니다. 전력은 계통으로 송전됩니다. 풍력 발전 단지의 전기 배선도는 그림 1에 나와 있습니다. 팬에서 방출되는 전압은 일반적으로 0.69kV이며, 박스 변압기에 의해 10kV 또는 35kV로 승압됩니다. 여러 개의 병렬 합류 지점을 거쳐 승압 변전소의 저압 측 모선에 연결되고, 주 변압기에 의해 110kV 이상으로 승압되어 전력망에 연결됩니다.

해상풍력은 육상풍력과 달리, 해상풍력의 가혹한 환경(고습도, 고염도)으로 인해 1차 승압에 사용되는 건식 변압기를 송풍기의 엔진실에 통합하여 전체 장치의 설치 면적 문제를 해결할 뿐만 아니라 변압기를 낮은 위치에 설치함으로써 발생하는 보호의 어려움도 피할 수 있습니다.

그림 1 풍력발전소 전기배선 개략도

2. 풍력발전소 보호 및 계측제어 장비

풍력 발전 - 부스터 박스 변압기 - 합류 지점 - 부스터 스테이션 중전압 모선 - 주 변압기 - 부스터 스테이션 고전압 모선 - 고전압 출력 - 계통 연결. 중간 지점은 계통에 합류하기 전에 두 번 승압해야 합니다. 전력망에는 수많은 종류의 전기 장비가 있으며, 어느 한 링크에 고장이 발생하면 풍력 발전단지의 정상적인 운영에 영향을 미칩니다. 따라서 풍력 발전단지의 모든 링크에 보호, 계측 및 제어 장치를 설치하여 풍력 발전단지의 운영 상태를 종합적으로 모니터링해야 합니다. 그림 2는 풍력 발전단지의 보호, 계측 및 제어 장치 구성을 개략적으로 나타낸 것입니다.

그림 2 풍력발전소 보호계측 및 제어장치 구성도

2.1 박스형 변압기 측정 및 제어 장치

육상 풍력 발전 단지의 선로 손실을 줄이기 위해 일반적으로 0.69/35(10)kV 박스형 부스터 스테이션이 풍력 터빈 옆에 설치됩니다. 풍력 발전 단지 내 풍력 터빈 간의 거리는 수백 미터로 중앙 제어실에서 멀리 떨어져 있습니다. 승압 변압기는 야외에 위치하며 자연 환경이 비교적 열악하여 수동 점검이 어렵습니다. 박스형 변압기의 계측 및 제어 장치는 풍력 발전 단지 모니터링 시스템의 핵심 부분으로, 박스형 변압기의 지능적인 관리를 실현합니다. 박스형 변압기 계측 및 제어 장치는 풍력 발전 박스형 변압기를 보호하고 원격으로 모니터링하며, "원격 신호, 원격 측정, 원격 제어 및 원격 조정" 기능을 완벽하게 구현하여 풍력 발전 단지의 운영 및 유지보수 효율성을 크게 향상시킵니다.

그림 3 풍력발전소 박스스테이션 측정 및 제어 장치

AM6-PWC 박스형 변압기 보호 계측 제어 장치는 풍력 및 태양광 승압 변압기의 다양한 요구 사항에 맞춰 보호, 계측 및 제어, 통신 기능을 통합한 통합 장치입니다. 기능 구성은 아래 표와 같습니다.

2.2 저압측선 및 모선 보호 측정 및 제어

여러 대의 풍력 터빈을 최초로 35(10)kV로 승압한 후 병렬로 연결하여 승압 변전소의 저압측 모선에 연결된 회로를 형성합니다. 종합적인 모니터링을 위해 선로에는 선로 보호 장치, 다기능 계측 및 제어 기기, 전력 품질 모니터링 장치, 무선 온도 측정 장치가 장착되어 선로 전기 보호, 계측 및 온도의 실시간 모니터링이 가능하며, 저압측 모선에는 아크 보호 장치가 장착되어 있습니다.

표 1 저압측선, 모선 보호 측정 및 제어 구성

2.3 주변압기 보호 측정 및 제어

풍력 터빈 발전은 저압 측 모선에 의해 합류된 후, 주 변압기를 통해 110kV로 승압되어 계통에 연결됩니다. 주 변압기에는 차동 보호, 고전압 백업 보호, 저전압 백업 보호, 비전기 보호, 계측 제어 장치, 변압기 온도 제어 장치, 기어 트랜스미터 등이 장착되어 주 변압기의 보호, 계측 제어 기능을 구현하고, 중앙 집중식 그룹 스크린을 설치합니다.

표 2 주변압기 보호 측정 및 제어 구성

2.4 고전압선 보호 측정 및 제어

풍력 발전 단지에서 생산된 전기 에너지는 110kV로 두 배로 승압된 후 전력망에 통합됩니다. 110kV 송전선에는 광섬유 차동 보호, 거리 보호, 단독 운전 방지 보호, 계측 및 제어 장치가 장착되어 있습니다.

표 3 110kV 선로 보호 측정 및 제어 구성

3. 풍력발전소 모니터링 시스템

풍력발전소 모니터링 플랫폼은 풍력발전소의 운영 상태와 풍력 터빈의 실시간 데이터에 대한 모니터링, 제어 및 관리를 실현하여 풍력발전소의 신뢰성과 운영 효율성을 높이고, 유지보수 비용을 절감하며, 지능화된 관리를 실현합니다.

풍력 발전 단지는 비교적 넓은 면적을 차지하고 있으며, 장비는 분산되어 있습니다. 이 시스템은 데이터 통신 신뢰성과 실시간 성능에 대한 요구 사항이 비교적 높습니다. 조건이 허락한다면 광섬유 이중화 링 네트워크를 사용하여 데이터 수집 및 통신을 수행할 수 있으며, LORA 무선 방식을 사용하여 데이터 전송도 가능합니다.

그림 4 풍력발전소 모니터링 시스템 다이어그램

송풍기 유닛 PLC와 박스 변압기 계측 제어 장치의 데이터는 광섬유 링 네트워크를 통해 제어실의 데이터 서버에 업로드되고, 부스터 스테이션 종합 자동화 시스템의 데이터는 이더넷을 통해 데이터 서버에 업로드됩니다. 송신기, 직류 시스템 및 기타 스마트 기기는 통신 관리 시스템에 연결되어 서버에 데이터를 업로드합니다.

3.1 풍력발전소 모니터링

풍력발전소 송풍기 전체의 기본 매개변수(풍속, 전력, 회전속도 등)를 종합적으로 표시하고, 일일 발전량, 월간 발전량, 연간 발전량 모니터링을 실현하여 송풍기 작동 상태를 실시간으로 모니터링하는 데 편리합니다.

3.2 승무원 모니터링

피치, 요, 기어박스, 발전기, 유압 스테이션, 엔진실, 컨버터, 전력망, 안전 체인, 토크, 메인 샤프트, 타워 베이스, 풍속계 등을 포함하여 장치 내 각 제어 모듈의 매개변수 및 제어 상태를 모니터링합니다. 각 모듈의 매개변수, 고장 및 추세 그래프를 종합적으로 표시합니다.

3.3 실시간 데이터 표시

풍력발전소의 통풍기, 변전소 및 기타 장비에는 센서 및 모니터링 장비가 장착되어 있어 장비의 작동 전기 데이터, 온도, 진동 및 기타 매개변수를 실시간으로 수집하고 이상이 있는 경우 적시에 경고를 제공합니다.

3.4 전원 관리

유효 및 무효 매개변수 표시, 유효 및 무효 전력 제어 및 조정 등의 기능을 통해 기업의 운영 비용을 효과적으로 절감하고 에너지 절약 및 배출 감소 목표에 대한 데이터 지원을 제공할 수 있습니다.

3.5 생산 보고서

풍력, 풍력 발전단지 성과 지표, 단위 신에너지 등 주요 매개변수에 대한 표시 및 보고 기능을 제공하며, 각 풍력 발전단지 설비의 시간 차원(일, 월, 년)에 따른 운영 통계를 지원합니다. 일, 월, 년 조회 방식에 따라 주요 매개변수를 항목별로 분류 및 집계하여 보고서를 생성합니다.

3.6 통계 분석

다양한 통계 분석 기능을 지원하고, 데이터의 잠재적 가치를 최대한 활용하며, 에너지 절약 최적화 솔루션을 제공하고, 관리자에게 의사 결정 기반을 제공하며, 기업의 경영 수준을 실현 가능한 방식으로 향상시켜 궁극적으로 에너지 절약, 배출량 감축, 그리고 과학적인 생산 목표를 달성합니다. 분석 방법에는 고장 통계, 전력 곡선, 가용성 통계, 풍향도, 풍속 전력 보고서, 월별 및 일별 사용률 및 가동 중단 통계 등이 포함됩니다.

참고문헌:

[1] Acrel Enterprise Microgrid 설계 및 응용 매뉴얼. 버전 2022.05