Gecentraliseerde monitoringsysteemoplossing voor windparken

Tel: +86 18702111813 E-mail: shelly@acrel.cn

Acrel Co., Ltd.

Abstract:Als een van de bronnen van schone energie is de geïnstalleerde capaciteit van windparken de afgelopen jaren snel gegroeid. Windparken worden onderverdeeld in onshore windparken en offshore windparken. Over het algemeen bevinden ze zich op afgelegen locaties, met verspreide installaties en zware omstandigheden. Daarom hebben windparken een systeem voor monitoring op afstand nodig om het operationele en onderhoudspersoneel in staat te stellen de exploitatie van het windpark efficiënter te beheren.

Trefwoord:windmolenpark, gecentraliseerd monitoringsysteem, meet- en regelapparaat voor transformatoren

1. Elektrische apparatuur voor windparken

De bovenste cabine van elke generatorset is uitgerust met een turbinegenerator en de voorkant is voorzien van een verstelbaar ventilatorblad. Het systeem kan de hellingshoek van het ventilatorblad aanpassen aan verschillende windomstandigheden. De gemiddelde snelheid van het ventilatorblad bedraagt ​​10-15 tpm, via de tandwielkast kan een snelheid van 1500 tpm worden ingesteld om de generator aan te drijven. In de machinekamer is ook een industriële PLC geconfigureerd voor de besturing en bijbehorende gegevensverzameling. De windsnelheid, windrichting, rotatiesnelheid, het actieve vermogen en reactieve vermogen van de stroomopwekking en andere gerelateerde gegevens worden via de PLC verzameld, en de generator wordt in realtime aangestuurd op basis van de verzamelde gegevens. Op het land is een boxtransformator geïnstalleerd aan de onderkant van de windtoren die verantwoordelijk is voor het versterken en convergeren. Afhankelijk van het vermogen en de geografische omstandigheden worden meerdere windturbines één keer versterkt en parallel geschakeld om te convergeren naar het versterkingsstation. De elektriciteit wordt vervolgens naar het net gestuurd. Het elektrische schema van het windpark is weergegeven in figuur 1. De spanning die de ventilator afgeeft is doorgaans 0,69 kV, die door de kasttransformator wordt verhoogd tot 10 kV of 35 kV. Na meerdere parallelle samenloopstromen worden ze aangesloten op de laagspanningsrail van het step-up-substation en vervolgens door de hoofdtransformator verhoogd tot 110 kV of hoger. Het wordt dan aan het elektriciteitsnet geleverd.

Anders dan bij windenergie op land, is de droge transformator die wordt gebruikt voor de primaire versterking, vanwege de zware omstandigheden van windenergie op zee (hoge luchtvochtigheid, hoge zoutdichtheid), geïntegreerd in het motorcompartiment van de trekventilator. Dit lost niet alleen het probleem van de benodigde ruimte voor de hele unit op, maar vermijdt ook de moeilijkheid van bescherming die ontstaat door de transformator op een lagere positie te installeren.

Figuur 1 Schematisch diagram van de elektrische bedrading van het windpark

2. Beschermings- en meet- en regelapparatuur voor windparken

Van windturbine-energieopwekking - boosterboxtransformator - samenvloeiing - middenspanningsrail van boosterstation - hoofdtransformator - hoogspanningsrail van boosterstation - hoogspanningsstopcontact - netaansluiting. De middelste moet twee keer worden versterkt voordat deze op het net kan worden aangesloten. Het elektriciteitsnet heeft een groot aantal en verschillende soorten elektrische apparatuur, en elke storing in een van de verbindingen heeft invloed op de normale werking van het windpark. Daarom is het noodzakelijk om in alle verbindingen van het windpark beveiligings-, meet- en regelapparatuur te installeren om de operationele status van het windpark volledig te kunnen bewaken. Figuur 2 toont een schematisch diagram van de configuratie van de beveiligings-, meet- en regelapparatuur van het windpark.

Figuur 2 Configuratiediagram van beschermingsmeet- en regelapparatuur voor windparken

2.1 Meet- en regelapparaat voor doostransformatoren

Om lijnverlies in windparken op land te verminderen, wordt doorgaans een 0,69/35(10) kV box-type boosterstation naast de windturbine geïnstalleerd. De afstand tussen de windturbines in het windpark bedraagt ​​honderden meters, wat ver verwijderd is van de centrale controlekamer. De step-up transformatoren bevinden zich in het open veld en de natuurlijke omgeving is relatief ruw, wat handmatige inspectie bemoeilijkt. De meet- en regelapparatuur van de box-type transformator vormt de kern van het monitoringsysteem van het windpark en zorgt voor intelligent beheer van de box-type transformator. De meet- en regelapparatuur van het box-type kan het windenergiebox-station beschermen en op afstand bewaken, de functies van "afstandssignalering, telemetrie, afstandsbediening en afstandsregeling" volledig benutten en de efficiëntie van de exploitatie en het onderhoud van het windpark aanzienlijk verbeteren.

Figuur 3 Meet- en regelapparaat voor windparkboxstations

Het AM6-PWC-transformatorbeveiligingsmeet- en regelapparaat is een geïntegreerd apparaat dat bescherming, meting, regeling en communicatie integreert voor verschillende vereisten van step-up transformatoren voor windenergie en fotovoltaïsche energie. De functionele configuratie is weergegeven in de onderstaande tabel.

2.2 Meting en regeling van de beveiliging van laagspanningszijlijnen en -rails

Meerdere windturbines worden voor het eerst op 35 (10) kV gebracht en vervolgens parallel geschakeld om een ​​circuit te vormen dat is aangesloten op de laagspanningszijrail van het step-up-substation. Om uitgebreide monitoring te realiseren, is de lijn uitgerust met lijnbeveiligingsapparatuur, multifunctionele meet- en regelinstrumenten, apparatuur voor het bewaken van de netkwaliteit en draadloze temperatuurmeters om realtime monitoring van de elektrische bescherming, meting en temperatuur van de lijn te realiseren. De laagspanningszijrails zijn bovendien voorzien van boogbeveiligingsapparatuur.

Tabel 1 Configuratie van de meting en regeling van de laagspanningszijlijn, busbarbeveiliging

2.3 Meting en regeling van de hoofdtransformatorbeveiliging

Nadat de stroomopwekking van de windturbine is samengevoegd met de laagspanningsrail, wordt deze via de hoofdtransformator opgevoerd tot 110 kV en aangesloten op het net. De hoofdtransformator is uitgerust met differentiaalbeveiliging, hoge back-upbeveiliging, lage back-upbeveiliging, niet-elektrische beveiliging, meet- en regelapparatuur, temperatuurregeling voor de transformator en een transmissietransmitter om de beschermings-, meet- en regelfunctie van de hoofdtransformator te realiseren, en een centrale groepsscherminstallatie.

Tabel 2 Configuratie van de hoofdtransformatorbeveiliging meting en regeling

2.4 Meting en regeling van de beveiliging van hoogspanningsleidingen

De door het windpark opgewekte elektrische energie wordt tweemaal versterkt tot 110 kV en vervolgens aan het elektriciteitsnet toegevoegd. De 110 kV-lijn is uitgerust met glasvezeldifferentiaalbeveiliging, afstandsbeveiliging, anti-eilandbeveiliging en meet- en regelapparatuur.

Tabel 3 Configuratie van de meting en regeling van de 110 kV-lijnbeveiliging

3. Windmolenpark monitoringsysteem

Het windpark monitoring platform realiseert de bewaking, besturing en het beheer van de operationele status van het windpark en de real-time gegevens van de windturbines, verbetert de betrouwbaarheid en operationele efficiëntie van het windpark, verlaagt de onderhoudskosten en realiseert intelligent beheer.

Het windpark beslaat een relatief groot gebied en de apparatuur is verspreid. Het systeem stelt relatief hoge eisen aan de betrouwbaarheid van de datacommunicatie en realtime prestaties. Indien de omstandigheden het toelaten, kan het redundante ringnetwerk van glasvezel worden gebruikt voor dataverzameling en -communicatie, en kan de draadloze LORA-methode ook worden gebruikt voor datatransmissie.

Figuur 4 Diagram van een windparkmonitoringsysteem

De gegevens van de PLC van de trekventilator en de meet- en regelapparatuur van de transformator worden via het glasvezelringnetwerk geüpload naar de dataserver in de controlekamer. De gegevens van het uitgebreide automatiseringssysteem van het boosterstation worden via ethernet naar de dataserver geüpload. Transmitters, DC-systemen en andere slimme apparaten zijn verbonden met de communicatiebeheermachine om gegevens naar de server te uploaden.

3.1 Monitoring van windparken

Uitgebreid overzicht van de basisparameters van de gehele windpark-trekventilator (inclusief windsnelheid, vermogen, snelheid, enz.), en kan de dagelijkse stroomopwekking, maandelijkse stroomopwekking, jaarlijkse stroomopwekking realiseren. De bewaking van de stroomopwekking is handig voor realtime bewaking van de bedrijfsstatus van de trekventilator.

3.2 Bemanningsmonitoring

Bewaak de parameters en de regelstatus van elke regelmodule in de unit, waaronder: pitch, gierhoek, tandwielkast, generator, hydraulisch station, machinekamer, omvormer, elektriciteitsnet, veiligheidsketting, koppel, hoofdas, torenvoet, windmeter, enz. Profiteer van de uitgebreide weergave van parameters, storingen en trendgrafieken van elke module.

3.3 Realtime gegevensweergave

De trekventilator, onderstations en andere apparatuur in het windpark zijn uitgerust met sensoren en controleapparatuur. Deze kunnen in realtime de elektrische bedrijfsgegevens, temperatuur, trillingen en andere parameters van de apparatuur verzamelen en tijdig waarschuwen in geval van afwijkingen.

3.4 Energiebeheer

Het weergeven van actieve en reactieve parameters, het regelen en aanpassen van actief en reactief vermogen en andere functies kunnen de bedrijfskosten van ondernemingen effectief verlagen en gegevensondersteuning bieden voor het doel van energiebesparing en emissiereductie.

3.5 Productierapport

Weergave en rapportage van rapportfuncties voor belangrijke parameters zoals windenergie, prestatie-indicatoren van windparken en nieuwe energie-eenheden, en ondersteunende statistieken over de werking van elk windparkapparaat volgens de tijdsdimensie (dag, maand en jaar). Met behulp van de querymethode van dag, maand en jaar worden de belangrijke parameters per item geclassificeerd en geteld, waarna het rapport wordt gegenereerd.

3.6 Statistische analyse

Ondersteunt diverse statistische analysefuncties, benut de potentiële waarde van data volledig, biedt energiebesparende optimalisatieoplossingen, biedt een basis voor besluitvorming voor managers, verbetert het managementniveau van bedrijven op een haalbare manier en bereikt uiteindelijk het doel van energiebesparing, emissiereductie en wetenschappelijke productie. De analysemethoden omvatten: storingsstatistieken, vermogenscurves, beschikbaarheidsstatistieken, windroosdiagrammen, windsnelheidsrapporten, maandelijkse en dagelijkse statistieken over gebruik en uitval, enz.

Referenties:

[1] Acrel Enterprise Microgrid-ontwerp- en toepassingshandleiding. Versie 2022.05