Rozwiązanie centralnego systemu monitorowania dla farm wiatrowych

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

Acrel Co,. Ltd.

Abstrakcyjny:Jako jedno z czystych źródeł energii, zainstalowana moc farm wiatrowych gwałtownie wzrosła w ostatnich latach. Farmy wiatrowe dzielą się na farmy wiatrowe lądowe i morskie. Zazwyczaj są zlokalizowane w odległych lokalizacjach, z rozproszonymi instalacjami i trudnymi warunkami. Dlatego farmy wiatrowe potrzebują zdalnego systemu monitorowania, aby ułatwić personelowi ds. obsługi i konserwacji wydajniejsze zarządzanie operacjami farm wiatrowych.

Słowo kluczowe:farma wiatrowa, scentralizowany system monitorowania, urządzenie pomiarowo-kontrolne transformatora skrzynkowego

1. Sprzęt elektryczny do farm wiatrowych

Górna kabina każdego zespołu prądotwórczego jest wyposażona w turbinę, a przód to regulowana łopatka wentylatora. System może regulować kąt nachylenia łopatki wentylatora w zależności od różnych warunków wietrznych. Ogólna prędkość łopatki wentylatora wynosi 10-15 punktów obr./min, przez przekładnię można ją dostosować do prędkości 1500 obr./min, aby napędzać generator. W maszynowni skonfigurowano również przemysłowy sterownik PLC do sterowania i zbierania powiązanych danych. Prędkość wiatru, kierunek wiatru, prędkość obrotowa, moc czynna i moc bierna wytwarzania energii oraz inne powiązane dane są zbierane przez sterownik PLC, a generator jest sterowany w czasie rzeczywistym za pomocą zebranych danych. Na lądzie transformator skrzynkowy jest zainstalowany u dołu wieży wiatrowej, aby odpowiadać za wzmacnianie i konwergencję. W zależności od warunków zasilania i geograficznych, wiele turbin wiatrowych jest wzmacnianych raz i połączonych równolegle w celu zbieżności do podstacji wzmacniającej. Wysyłaj energię elektryczną do sieci. Schemat okablowania elektrycznego farmy wiatrowej pokazano na rysunku 1. Napięcie emitowane przez wentylator wynosi zazwyczaj 0,69 kV, które jest wzmacniane do 10 kV lub 35 kV przez transformator skrzynkowy. Po wielu równoległych połączeniach są one podłączane do szyny zbiorczej niskiego napięcia podstacji podwyższającej, a następnie wzmacniane do 110 kV lub więcej przez transformator główny. do sieci energetycznej.

W odróżnieniu od elektrowni wiatrowych na lądzie, ze względu na trudne warunki panujące w elektrowniach wiatrowych na morzu (duża wilgotność, wysokie stężenie soli), transformator suchy używany do wspomagania pierwotnego jest zintegrowany w komorze silnika wentylatora wyciągowego, co nie tylko rozwiązuje problem zajmowanej przez całą jednostkę powierzchni, ale również pozwala uniknąć trudności związanych z ochroną, jakie występują przy montażu transformatora w niższej pozycji.

Rysunek 1 Schematyczny diagram okablowania elektrycznego farmy wiatrowej

2. Urządzenia zabezpieczające i pomiarowo-sterujące dla farm wiatrowych

Od generatora energii turbiny wiatrowej - transformatora skrzynki wzmacniającej - połączenia - stacji wzmacniającej szyny zbiorczej średniego napięcia - transformatora głównego - stacji wzmacniającej szyny zbiorczej wysokiego napięcia - wyjścia wysokiego napięcia - połączenia sieciowego, środek musi zostać wzmocniony dwukrotnie przed połączeniem z siecią Sieć energetyczna ma dużą liczbę i typy urządzeń elektrycznych, a każda awaria w dowolnym łączu wpłynie na normalną pracę farmy wiatrowej. Dlatego konieczne jest skonfigurowanie urządzeń zabezpieczających oraz pomiarowo-kontrolnych we wszystkich łączach farmy wiatrowej w celu kompleksowego monitorowania stanu pracy farmy wiatrowej. Rysunek 2 to schematyczny diagram konfiguracji urządzeń zabezpieczających oraz pomiarowo-kontrolnych farmy wiatrowej.

Rysunek 2 Schemat konfiguracji urządzeń pomiarowo-sterujących zabezpieczających farm wiatrowych

2.1 Urządzenie pomiarowo-sterujące transformatorem skrzynkowym

Aby zmniejszyć straty liniowe w lądowych farmach wiatrowych, stacja wspomagająca typu skrzynkowego 0,69/35(10)kV jest zazwyczaj instalowana obok turbiny wiatrowej. Odległość między turbinami wiatrowymi w farmie wiatrowej wynosi setki metrów, co jest dużą odległością od centralnej sali sterowania. Transformatory podwyższające napięcie znajdują się na otwartym terenie, a środowisko naturalne jest stosunkowo surowe, co utrudnia ręczną inspekcję. Urządzenie pomiarowo-kontrolne transformatora typu skrzynkowego jest podstawową częścią systemu monitorowania farmy wiatrowej, który realizuje inteligentne zarządzanie transformatorem typu skrzynkowego. Urządzenie pomiarowo-kontrolne stacji skrzynkowej może chronić i zdalnie monitorować stację skrzynkową elektrowni wiatrowej, w pełni realizować funkcje „zdalnej sygnalizacji, telemetrii, zdalnego sterowania i zdalnej regulacji” i znacznie poprawić wydajność eksploatacji i konserwacji farmy wiatrowej.

Rysunek 3 Urządzenie pomiarowo-sterujące do stacji skrzynkowej farmy wiatrowej

Urządzenie pomiarowo-kontrolne do ochrony transformatora AM6-PWC typu skrzynkowego to zintegrowane urządzenie integrujące ochronę, pomiar i sterowanie oraz komunikację dla różnych wymagań transformatorów podwyższających napięcie w elektrowniach wiatrowych i fotowoltaicznych. Jego konfiguracja funkcjonalna jest pokazana w poniższej tabeli.

2.2 Pomiary i sterowanie zabezpieczeniami linii bocznych i szyn zbiorczych niskiego napięcia

Po raz pierwszy kilka turbin wiatrowych jest wzmacnianych do 35 (10) kV, a następnie łączonych równolegle w celu utworzenia obwodu podłączonego do szyny zbiorczej niskiego napięcia podstacji podwyższającej napięcie. Aby zapewnić kompleksowy monitoring, linia jest wyposażona w urządzenia zabezpieczające linię, wielofunkcyjne przyrządy pomiarowe i kontrolne, urządzenia do monitorowania jakości energii elektrycznej i bezprzewodowe urządzenia do pomiaru temperatury w celu realizacji monitorowania w czasie rzeczywistym ochrony elektrycznej linii, pomiaru i temperatury, a szyny zbiorcze niskiego napięcia są wyposażone w urządzenia zabezpieczające przed łukiem elektrycznym.

Tabela 1 Konfiguracja pomiaru i sterowania zabezpieczeniami linii bocznej niskiego napięcia i szyn zbiorczych

2.3 Pomiar i kontrola zabezpieczenia transformatora głównego

Po połączeniu generatora energii z turbiny wiatrowej z szyną zbiorczą niskiego napięcia, następuje wzmocnienie do 110 kV przez główny transformator i podłączenie do sieci. Główny transformator jest wyposażony w zabezpieczenie różnicowe, zabezpieczenie wysokiego napięcia zapasowego, zabezpieczenie niskiego napięcia zapasowego, zabezpieczenie nieelektryczne, urządzenie pomiarowe i sterujące, sterowanie temperaturą transformatora i nadajnik przekładni w celu realizacji funkcji ochrony, pomiaru i sterowania głównego transformatora oraz scentralizowanej instalacji ekranu grupowego.

Tabela 2 Konfiguracja pomiaru i sterowania zabezpieczeniami głównego transformatora

2.4 Pomiar i kontrola zabezpieczeń linii wysokiego napięcia

Energia elektryczna generowana przez farmę wiatrową jest wzmacniana dwukrotnie do 110 kV, a następnie włączana do sieci energetycznej. Linia 110 kV jest wyposażona w światłowodowe zabezpieczenie różnicowe, zabezpieczenie odległościowe, zabezpieczenie antywyspowe oraz urządzenia pomiarowe i kontrolne.

Tabela 3 Konfiguracja pomiaru i sterowania zabezpieczeniami linii 110 kV

3.System monitoringu farm wiatrowych

Platforma monitorująca farmę wiatrową umożliwia monitorowanie, kontrolę i zarządzanie stanem operacyjnym farmy wiatrowej oraz danymi w czasie rzeczywistym z turbin wiatrowych, poprawia niezawodność i wydajność pracy farmy wiatrowej, zmniejsza koszty konserwacji i umożliwia inteligentne zarządzanie.

Farma wiatrowa zajmuje stosunkowo duży obszar, a sprzęt jest rozproszony. System ma stosunkowo wysokie wymagania dotyczące niezawodności komunikacji danych i wydajności w czasie rzeczywistym. Jeśli warunki na to pozwalają, można użyć redundantnej sieci pierścieniowej światłowodowej do zbierania danych i komunikacji, a także bezprzewodowej metody LORA do transmisji danych.

Rysunek 4 Schemat systemu monitorowania farmy wiatrowej

Dane jednostki wentylatora wyciągowego PLC i urządzenia pomiarowo-kontrolnego transformatora skrzynkowego są przesyłane do serwera danych w pomieszczeniu kontrolnym za pośrednictwem pierścieniowej sieci światłowodowej, a dane kompleksowego systemu automatyki stacji wspomagającej są przesyłane do serwera danych za pośrednictwem sieci Ethernet. Nadajniki, systemy DC i inne inteligentne urządzenia są podłączone do maszyny zarządzającej komunikacją w celu przesyłania danych do serwera.

3.1 Monitorowanie farm wiatrowych

Kompleksowe wyświetlanie podstawowych parametrów wentylatora wyciągowego całej farmy wiatrowej (w tym prędkości wiatru, mocy, prędkości obrotowej itp.) oraz możliwość śledzenia dziennej, miesięcznej i rocznej produkcji energii. Monitorowanie produkcji energii jest wygodne w celu monitorowania w czasie rzeczywistym stanu pracy wentylatora wyciągowego.

3.2 Monitorowanie załogi

Monitoruj parametry i stan sterowania każdego modułu sterującego w jednostce, w tym: pochylenie, odchylenie, skrzynia biegów, generator, stacja hydrauliczna, maszynownia, przetwornik, sieć energetyczna, łańcuch bezpieczeństwa, moment obrotowy, wał główny, podstawa wieży, wskaźnik wiatru itp. Realizuj kompleksowe wyświetlanie parametrów, usterek i wykresów trendów każdego modułu.

3.3 Wyświetlanie danych w czasie rzeczywistym

Wentylator wyciągowy, podstacje i inny sprzęt w farmie wiatrowej są wyposażone w czujniki i sprzęt monitorujący, który może zbierać dane dotyczące pracy urządzeń elektrycznych, temperatury, drgań i innych parametrów sprzętu w czasie rzeczywistym oraz wysyłać ostrzeżenia w przypadku wykrycia nieprawidłowości.

3.4 Zarządzanie energią

Wyświetlanie parametrów czynnych i biernych, kontrola i regulacja mocy czynnej i biernej oraz inne funkcje mogą skutecznie obniżyć koszty operacyjne przedsiębiorstw oraz dostarczyć danych wspierających cele oszczędzania energii i redukcji emisji.

3.5 Raport produkcyjny

Wyświetlanie i raportowanie funkcji raportów dla ważnych parametrów, takich jak moc wiatru, wskaźniki wydajności farmy wiatrowej i nowa energia jednostkowa, a także obsługa statystyk działania każdego sprzętu farmy wiatrowej według wymiaru czasu (dzień, miesiąc i rok). Zgodnie z metodą zapytania dzień, miesiąc i rok, ważne parametry są klasyfikowane i liczone według elementu, a raport jest generowany.

3.6 Analiza statystyczna

Wsparcie różnorodnych funkcji analizy statystycznej, pełne wykorzystanie potencjalnej wartości danych, dostarczanie rozwiązań optymalizacji energooszczędności, dostarczanie menedżerom podstaw podejmowania decyzji, poprawa poziomu zarządzania przedsiębiorstwami w sposób wykonalny i wreszcie osiągnięcie celu oszczędzania energii, redukcji emisji i produkcji naukowej. Metody analizy obejmują: statystyki błędów, krzywą mocy, statystyki dostępności, wykres róży wiatru, raport o prędkości wiatru, miesięczne i dzienne statystyki wykorzystania i przestojów itp.

Odnośniki:

[1] Podręcznik projektowania i aplikacji mikrosieci Acrel Enterprise. Wersja 2022.05