Solução de sistema de monitoramento centralizado para parques eólicos

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Acrel Co. Ltda.

Resumo:Como uma das fontes de energia limpa, a capacidade instalada de parques eólicos cresceu rapidamente nos últimos anos. Os parques eólicos são divididos em parques eólicos onshore e offshore. Geralmente, estão localizados em locais remotos, com instalações dispersas e ambientes hostis. Portanto, os parques eólicos precisam de um sistema de monitoramento remoto para facilitar a operação e a manutenção do parque eólico com mais eficiência.

Palavra-chave:parque eólico, sistema de monitoramento centralizado, dispositivo de medição e controle de transformador de caixa

1.Equipamentos elétricos para parques eólicos

A cabine superior de cada grupo gerador é equipada com um gerador de turbina, e a extremidade frontal é uma pá de ventilador ajustável. O sistema pode ajustar o ângulo de inclinação da pá do ventilador de acordo com diferentes condições de vento. A velocidade geral da pá do ventilador é de 10-15 rpm, através da caixa de engrenagens pode ser ajustada para uma velocidade de 1500 rpm para acionar o gerador. Um CLP industrial também é configurado na sala de máquinas para controle e coleta de dados relacionados. A velocidade do vento, direção do vento, velocidade de rotação, potência ativa e potência reativa da geração de energia e outros dados relacionados são coletados através do CLP, e o gerador é controlado em tempo real através dos dados coletados. Em terra, um transformador de caixa é instalado na parte inferior da torre eólica para ser responsável pelo reforço e convergência. De acordo com as condições de energia e geográficas, várias turbinas eólicas são reforçadas uma vez e conectadas em paralelo para convergir para a subestação de reforço. Enviar eletricidade para a rede. O diagrama de fiação elétrica do parque eólico é mostrado na Figura 1. A tensão emitida pelo ventilador é geralmente de 0,69 kV, que é aumentada para 10 kV ou 35 kV pelo transformador de caixa. Após múltiplas confluências paralelas, eles são conectados à barra de baixa tensão da subestação elevadora e, em seguida, aumentados para 110 kV ou mais pelo transformador principal na rede elétrica.

Diferentemente da energia eólica terrestre, devido ao ambiente hostil da energia eólica offshore (alta umidade, alta densidade de sal), o transformador do tipo seco usado para reforço primário é integrado ao compartimento do motor do ventilador de tiragem, o que não apenas resolve o problema da pegada de toda a unidade, mas também evita a dificuldade de proteção causada pela instalação do transformador em uma posição mais baixa.

Figura 1 Diagrama esquemático da fiação elétrica do parque eólico

2. Equipamentos de proteção, medição e controle para parques eólicos

Da geração de energia da turbina eólica - transformador da caixa de reforço - confluência - barramento de média tensão da estação de reforço - transformador principal - barramento de alta tensão da estação de reforço - saída de alta tensão - conexão à rede, o meio precisa ser reforçado duas vezes antes de ser integrado à rede. A rede elétrica possui um grande número e tipos de equipamentos elétricos, e qualquer falha em qualquer link afetará a operação normal do parque eólico. Portanto, é necessário instalar dispositivos de proteção, medição e controle em todos os links do parque eólico para monitorar completamente o status operacional do parque eólico. A Figura 2 é um diagrama esquemático da configuração dos dispositivos de proteção, medição e controle do parque eólico.

Figura 2 Diagrama de configuração de dispositivos de medição e controle de proteção para parques eólicos

2.1 Dispositivo de medição e controle do transformador de caixa

Para reduzir as perdas de energia em parques eólicos terrestres, uma estação de reforço tipo caixa de 0,69/35(10) kV é geralmente instalada próxima à turbina eólica. A distância entre as turbinas eólicas no parque eólico é de centenas de metros, o que a torna distante da sala de controle central. Os transformadores elevadores estão localizados em campo aberto e o ambiente natural é relativamente hostil, o que dificulta a inspeção manual. O dispositivo de medição e controle do transformador tipo caixa é a parte central do sistema de monitoramento do parque eólico, que realiza o gerenciamento inteligente do transformador tipo caixa. O dispositivo de medição e controle da estação tipo caixa pode proteger e monitorar remotamente a estação tipo caixa de energia eólica, realizar plenamente as funções de "sinalização remota, telemetria, controle remoto e ajuste remoto" e melhorar significativamente a eficiência da operação e manutenção do parque eólico.

Figura 3 Dispositivo de medição e controle de estação-caixa de parque eólico

O dispositivo de medição e controle de proteção de transformador tipo caixa AM6-PWC é um dispositivo integrado que integra proteção, medição, controle e comunicação para diferentes requisitos de transformadores elevadores de energia eólica e fotovoltaica. Sua configuração funcional é mostrada na tabela abaixo.

2.2 Medição e controle de proteção de barramento e linha lateral de baixa tensão

Várias turbinas eólicas são aumentadas para 35 (10) kV pela primeira vez e então conectadas em paralelo para formar um circuito conectado ao barramento lateral de baixa tensão da subestação elevadora. Para obter um monitoramento abrangente, a linha é equipada com dispositivos de proteção de linha, instrumentos multifuncionais de medição e controle, dispositivos de monitoramento de qualidade de energia e dispositivos de medição de temperatura sem fio para realizar o monitoramento em tempo real da proteção elétrica da linha, medição e temperatura, e os barramentos laterais de baixa tensão são equipados com dispositivos de proteção de arco.

Tabela 1 Medição e configuração de controle da proteção de barramento e linha lateral de baixa tensão

2.3 Medição e controle da proteção do transformador principal

Após a geração de energia da turbina eólica ser confluída pelo barramento lateral de baixa tensão, ela é impulsionada para 110 kV através do transformador principal e conectada à rede. O transformador principal é equipado com proteção diferencial, proteção de backup alta, proteção de backup baixa, proteção não elétrica, dispositivo de medição e controle, controle de temperatura do transformador e transmissor de engrenagem para realizar a função de proteção, medição e controle do transformador principal, além de instalação centralizada de blindagem de grupo.

Tabela 2 Configuração de medição e controle da proteção do transformador principal

2.4 Medição e controle de proteção de linha de alta tensão

A energia elétrica gerada pelo parque eólico é amplificada duas vezes para 110 kV e, em seguida, incorporada à rede elétrica. A linha de 110 kV é equipada com proteção diferencial de fibra óptica, proteção de distância, proteção anti-ilhamento e dispositivos de medição e controle.

Tabela 3 Configuração de medição e controle de proteção de linha de 110 kV

3. Sistema de monitoramento de parques eólicos

A plataforma de monitoramento de parques eólicos realiza o monitoramento, o controle e o gerenciamento do status operacional do parque eólico e dos dados em tempo real das turbinas eólicas, melhora a confiabilidade e a eficiência operacional do parque eólico, reduz os custos de manutenção e realiza o gerenciamento inteligente.

O parque eólico cobre uma área relativamente grande e os equipamentos estão dispersos. O sistema possui requisitos relativamente altos de confiabilidade na comunicação de dados e desempenho em tempo real. Se as condições permitirem, a rede redundante em anel de fibra óptica pode ser usada para coleta e comunicação de dados, e o método sem fio LORA também pode ser usado para transmissão de dados.

Figura 4 Diagrama do sistema de monitoramento de parques eólicos

Os dados do CLP da unidade de ventilação de tiragem e do dispositivo de medição e controle do transformador de caixa são enviados para o servidor de dados na sala de controle por meio da rede de fibra óptica em anel, e os dados do sistema de automação abrangente da estação de reforço são enviados para o servidor de dados por meio da Ethernet. Transmissores, sistemas CC e outros dispositivos inteligentes são conectados à máquina de gerenciamento de comunicação para enviar dados ao servidor.

3.1 Monitoramento de parques eólicos

Exibição abrangente dos parâmetros básicos de todo o ventilador de tiragem do parque eólico (incluindo velocidade do vento, potência, velocidade, etc.) e pode realizar a geração de energia diária, geração de energia mensal, anual. O monitoramento da geração de energia é conveniente para o monitoramento em tempo real do status operacional do ventilador de tiragem.

3.2 Monitoramento da tripulação

Monitore os parâmetros e o status de controle de cada módulo de controle na unidade, incluindo: inclinação, guinada, caixa de engrenagens, gerador, estação hidráulica, sala de máquinas, conversor, rede elétrica, corrente de segurança, torque, eixo principal, base da torre, anemômetro, etc. Obtenha a exibição abrangente de parâmetros, falhas e gráficos de tendência de cada módulo.

3.3 Exibição de dados em tempo real

O ventilador de tiragem, as subestações e outros equipamentos no parque eólico são equipados com sensores e equipamentos de monitoramento, que podem coletar dados elétricos operacionais, temperatura, vibração e outros parâmetros do equipamento em tempo real, e emitir alertas oportunos em caso de anormalidades.

3.4 Gerenciamento de energia

A exibição de parâmetros ativos e reativos, o controle e o ajuste de potência ativa e reativa e outras funções podem reduzir efetivamente os custos operacionais das empresas e fornecer suporte de dados para a meta de conservação de energia e redução de emissões.

3.5 Relatório de produção

Exibe e gera relatórios para parâmetros importantes, como energia eólica, indicadores de desempenho de parques eólicos e novas unidades de energia, além de fornecer estatísticas da operação de cada equipamento do parque eólico por dimensão temporal (dia, mês e ano). Os parâmetros importantes são classificados e contabilizados por item, de acordo com o método de consulta de dia, mês e ano, e o relatório é gerado.

3.6 Análise estatística

Suporta uma variedade de funções de análise estatística, explora totalmente o potencial dos dados, fornece soluções de otimização para economia de energia, fornece base para a tomada de decisões para gestores, melhora o nível de gestão das empresas de forma viável e, finalmente, atinge os objetivos de economia de energia, redução de emissões e produção científica. Os métodos de análise incluem: estatísticas de falhas, curva de potência, estatísticas de disponibilidade, diagrama de rosa dos ventos, relatório de velocidade do vento, estatísticas mensais e diárias de utilização e tempo de inatividade, etc.

Referências:

[1] Manual de Projeto e Aplicação de Microrrede Acrel Enterprise. Versão 2022.05