حل نظام المراقبة المركزي لمزارع الرياح

الزمان: 2 سبتمبر 2023 |المصدر: اكرل

ملخص: باعتبارها واحدة من مصادر الطاقة النظيفة، نمت القدرة المركبة لمزارع الرياح بسرعة في السنوات الأخيرة.وتنقسم مزارع الرياح إلى مزارع الرياح البرية ومزارع الرياح البحرية.وبشكل عام، فهي تقع في أماكن نائية، مع منشآت متناثرة وبيئات قاسية.ولذلك، تحتاج مزارع الرياح إلى نظام مراقبة عن بعد لتسهيل عملية التشغيل وصيانة الموظفين لإدارة عمليات مزرعة الرياح بشكل أكثر كفاءة.

الكلمات المفتاحية: مزرعة الرياح، نظام المراقبة المركزية، جهاز قياس وتحكم صندوق المحولات

1. المعدات الكهربائية لمزارع الرياح

تم تجهيز المقصورة العلوية لكل مجموعة توليد بمولد توربيني، والواجهة الأمامية عبارة عن شفرة مروحة قابلة للتعديل.يمكن للنظام ضبط زاوية ميل شفرة المروحة وفقًا لظروف الرياح المختلفة.السرعة العامة لشفرة المروحة هي 10-15 نقطة دورة في الدقيقة، ويمكن تعديلها من خلال علبة التروس إلى سرعة 1500 دورة في الدقيقة لقيادة المولد.يتم أيضًا تكوين PLC صناعي في غرفة الآلة للتحكم وجمع البيانات ذات الصلة.يتم جمع سرعة الرياح واتجاه الرياح وسرعة الدوران والطاقة النشطة والطاقة التفاعلية لتوليد الطاقة والبيانات الأخرى ذات الصلة من خلال PLC، ويتم التحكم في المولد في الوقت الفعلي من خلال البيانات المجمعة.على الأرض، يتم تركيب محول صندوقي في أسفل برج الرياح ليكون مسؤولاً عن التعزيز والتقارب.وفقًا للقوة والظروف الجغرافية، يتم تعزيز توربينات الرياح المتعددة مرة واحدة وتوصيلها بالتوازي لتتقارب مع محطة التعزيز الفرعية.إرسال الكهرباء إلى الشبكة.يظهر الشكل 1 مخطط الأسلاك الكهربائية لمزرعة الرياح. يبلغ الجهد المنبعث من المروحة بشكل عام 0.69 كيلو فولت، والذي يتم تعزيزه إلى 10 كيلو فولت أو 35 كيلو فولت بواسطة المحول الصندوقي.بعد نقاط التقاء متوازية متعددة، يتم توصيلها بقضيب التوصيل الجانبي ذو الجهد المنخفض للمحطة الفرعية، ومن ثم يتم تعزيزها إلى 110 كيلو فولت أو أعلى بواسطة المحول الرئيسي.في شبكة الكهرباء.

يختلف عن طاقة الرياح البرية، نظرًا للبيئة القاسية لطاقة الرياح البحرية (الرطوبة العالية، كثافة الملح العالية)، يتم دمج المحول من النوع الجاف المستخدم للتعزيز الأولي في حجرة المحرك بمروحة السحب، مما لا يحل المشكلة فقط من مساحة الوحدة بأكملها، ولكنه أيضًا يتجنب صعوبة الحماية الناتجة عن تركيب المحول في موضع أقل.

الشكل 1: رسم تخطيطي للأسلاك الكهربائية لمزرعة الرياح

 

2. معدات الحماية والقياس والتحكم لمزارع الرياح

من توليد الطاقة من توربينات الرياح - محول صندوق التعزيز - التقاء - محطة تقوية بسبار الجهد المتوسط ​​- المحول الرئيسي - محطة التعزيز بسبار الجهد العالي - مخرج الجهد العالي - توصيل الشبكة، يحتاج الوسط إلى تعزيز مرتين قبل دمجه في الشبكة شبكة الكهرباء تحتوي على عدد وأنواع كبيرة من المعدات الكهربائية، وأي عطل في أي وصلة سيؤثر على التشغيل الطبيعي لمزرعة الرياح.لذلك، من الضروري تركيب أجهزة حماية وقياس وتحكم في جميع وصلات مزرعة الرياح لمراقبة حالة تشغيل مزرعة الرياح بشكل شامل.الشكل 2 عبارة عن رسم تخطيطي لتكوين أجهزة الحماية والقياس والتحكم في مزرعة الرياح.

الشكل 2: مخطط تكوين أجهزة قياس الحماية والتحكم لمزارع الرياح

2.1 جهاز قياس ومراقبة محولات الصندوق

من أجل تقليل فقدان الخطوط في مزارع الرياح البرية، يتم بشكل عام تركيب محطة معززة من النوع الصندوقي بقدرة 0.69/35(10) كيلو فولت بجوار توربينات الرياح.تبلغ المسافة بين توربينات الرياح في مزرعة الرياح مئات الأمتار، وهي بعيدة عن غرفة التحكم المركزية.توجد محولات الرفع في الحقل المفتوح، والبيئة الطبيعية قاسية نسبيًا، مما يجعل الفحص اليدوي صعبًا.يعد جهاز القياس والتحكم للمحول من النوع الصندوقي هو الجزء الأساسي من نظام المراقبة لمزرعة الرياح، والذي يحقق الإدارة الذكية للمحول من النوع الصندوقي.يمكن لجهاز القياس والتحكم في محطة صندوق الرياح حماية ومراقبة محطة صندوق طاقة الرياح عن بعد، وتحقيق وظائف "الإشارات عن بعد، والقياس عن بعد، والتحكم عن بعد، والضبط عن بعد"، بشكل كامل، وتحسين كفاءة تشغيل وصيانة مزرعة الرياح بشكل كبير .

 

الشكل 3: جهاز قياس والتحكم في محطة مزرعة الرياح

 

جهاز القياس والتحكم في حماية المحولات من النوع الصندوقي AM6-PWC هو جهاز متكامل يدمج الحماية والقياس والتحكم والاتصال للمتطلبات المختلفة لطاقة الرياح ومحولات الطاقة الكهروضوئية.يظهر التكوين الوظيفي الخاص به في الجدول أدناه.

اسم	الوظيفة الأساسية
القياس عن بعد	قياس التيار المتردد: تيار ثلاثي الطور، جهد ثلاثي الطور، التردد، عامل الطاقة، الطاقة النشطة، الطاقة التفاعلية
	6 قنوات التيار، 6 قنوات الجهد
	قياس التيار المستمر: إجمالي 4 قنوات، قناتان قياسيتان 4-20 مللي أمبير أو قناتان 5 فولت تيار مستمر، مقاومة حرارية قياسية بقناتين (نظام سلكين أو ثلاثة أسلاك)
الإشارات عن بعد	29 قناة من المدخلات المفتوحة، منها أول 10 قنوات ثابتة كمدخل إشارة حماية غير الطاقة
جهاز التحكم	6 قنوات تتابع مخرجات الحماية أو مخرج التحكم عن بعد العادي
حماية	الحماية من غير الطاقة: الغاز الخفيف، الغاز الثقيل، درجة الحرارة المرتفعة، درجة الحرارة العالية جدًا، مستوى زيت المحول المنخفض، صمام تخفيف الضغط الحماية التقليدية: حماية التيار ثلاثي المراحل، حماية التيار بدون تسلسل، حماية الجهد الزائد، حماية الجهد المنخفض؛حماية الجهد الزائد بدون تسلسل
تواصل	2 واجهات اتصال من الألياف الضوئية ذاتية الشفاء، والتي يمكن أن تشكل شبكة حلقة من الألياف الضوئية
	واجهة اتصال إيثرنت 3 قنوات (اختياري، يرجى التحديد عند الطلب)
	4 منافذ اتصال RS485
تحويل البروتوكول	4 قنوات واجهة اتصال RS485 قابلة للتكوين، تكوين مجاني وتحويل البروتوكولات المختلفة
سِجِلّ	سجل أحدث 35 حادثًا و50 سجل عمل

 

2.2 قياس ومراقبة حماية الخط الجانبي للجهد المنخفض وقضيب التوصيل

يتم تعزيز توربينات الرياح المتعددة إلى 35 (10) كيلو فولت لأول مرة ثم يتم توصيلها بالتوازي لتشكيل دائرة متصلة بقضيب التوصيل الجانبي ذي الجهد المنخفض للمحطة الفرعية..من أجل تحقيق مراقبة شاملة، تم تجهيز الخط بأجهزة حماية الخط، وأدوات القياس والتحكم متعددة الوظائف، وأجهزة مراقبة جودة الطاقة، وأجهزة قياس درجة الحرارة اللاسلكية لتحقيق مراقبة في الوقت الحقيقي للحماية الكهربائية للخط،القياس ودرجة الحرارة، وتم تجهيز القضبان الجانبية ذات الجهد المنخفض بأجهزة حماية القوس.

غرض	صورة	نموذج	وظيفة	طلب
حماية الخط		AM6-L	35 (10) كيلو فولت حماية التيار والجهد، الحماية غير الكهربائية، وظائف القياس والتحكم الآلي.	حماية الخط والقياس والتحكم على الجانب المنخفض الجهد لمحطة التعزيز
جهاز مراقبة جودة الطاقة		أبفيو500	المراقبة في الوقت الحقيقي لجودة الطاقة مثل انحراف الجهد، وانحراف التردد، وعدم توازن الجهد على ثلاث مراحل، وتقلب الجهد وميضه، والتوافقيات، وما إلى ذلك، وتسجيل أحداث جودة الطاقة المختلفة، وتحديد مصادر الاضطراب.
متعددة الوظائف متر الطاقة		APM520	لديها قياس كامل للطاقة، ومعدل التشوه التوافقي، وإحصائيات معدل تمرير الجهد، وإحصائيات الطاقة الكهربائية لتقاسم الوقت، ومدخلات ومخرجات التبديل، والمدخلات والمخرجات التناظرية.
حماية قوس الحافلة		ARB6	إنها مناسبة لتجميع إشارة الضوء القوسي والإشارة الحالية لخزانة المفاتيح، والتحكم في فتح جميع خزائن المفاتيح على الخط الوارد أو ربطة الحافلة أو الحافلة	حماية بسبار على الجانب المنخفض الجهد من محطة التعزيز
مستشعر درجة الحرارة اللاسلكي		ATE400	مراقبة درجة حرارة قضبان التوصيل ونقاط توصيل الكابلات 35 كيلو فولت وتحت نظام توزيع الجهد والإنذار المبكر بارتفاع درجة الحرارة.	درجة حرارة.قياس اتصالات الخط وقضبان الناقل على الجانب المنخفض الجهد من محطة التعزيز

الجدول 1: الخط الجانبي ذو الجهد المنخفض وقياس حماية بسبار وتكوين التحكم

 

2.3 قياس ومراقبة حماية المحولات الرئيسية

بعد أن يتم دمج توليد طاقة توربينات الرياح بواسطة قضيب التوصيل الجانبي ذو الجهد المنخفض، يتم تعزيزها إلى 110 كيلو فولت من خلال المحول الرئيسي وتوصيلها بالشبكة.تم تجهيز المحول الرئيسي بحماية تفاضلية وحماية احتياطية عالية وحماية احتياطية منخفضة وحماية غير كهربائية وجهاز قياس والتحكم والتحكم في درجة حرارة المحول وجهاز إرسال التروس لتحقيق وظيفة الحماية والقياس والتحكم للمحول الرئيسي ومركزي تركيب شاشة جماعية.

غرض	صورة	نموذج	وظيفة	طلب
جهاز الحماية التفاضلية		AM6-D2	الحماية التفاضلية على جانبي المحول الرئيسي	محطة تعزيز المحولات الرئيسية
حماية احتياطية جانبية ذات جهد عالي ومنخفض		AM6-السل	التيار الزائد من ثلاث مراحل من مرحلة إلى مرحلة، والتيار الزائد ذو التسلسل الصفري على مرحلتين، وحماية التيار الزائد على مرحلتين، حجب الجهد المركب, حماية من الجهد الزائد على مرحلتين بدون تسلسل، التحكم في قاطع الدائرة	محطة تعزيز المحولات الرئيسية
الحماية غير الكهربائية		AM6-FD	الغاز الثقيل، الغاز الخفيف، درجة الحرارة الزائدة، درجة الحرارة الزائدة، حماية إطلاق الضغط والتنبيه	محطة تعزيز المحولات الرئيسية
جهاز القياس والتحكم		AM6-K	القياس عن بعد، الإشارات عن بعد، التحكم عن بعد	محطة تعزيز المحولات الرئيسية
مرسل درجة الحرارة		ارتم-8L	مراقبة لف المحول الرئيسي ودرجة حرارة الزيت	محطة تعزيز المحولات الرئيسية

الجدول 2: قياس حماية المحولات الرئيسية وتكوين التحكم

 

2.4 قياس ومراقبة حماية خط الجهد العالي

ويتم تعزيز الطاقة الكهربائية المولدة من مزرعة الرياح مرتين إلى 110 كيلو فولت ثم دمجها في شبكة الكهرباء.تم تجهيز خط 110 كيلو فولت بالحماية التفاضلية للألياف الضوئية، وحماية المسافة، وحماية ضد العزلة، وأجهزة القياس والتحكم.

غرض	صورة	نموذج	وظيفة	طلب
جهاز الحماية		AM6-LD	جهاز الحماية التفاضلية للألياف الضوئية	كلا الجانبين من الخط
		AM6-L2	المسافة من مرحلة إلى مرحلة/الأرض، والتيار الزائد بدون تسلسل، وموقع الخطأ، وما إلى ذلك.	هذا الجانب
		AM6-K	القياس عن بعد، الإشارات عن بعد، التحكم عن بعد
		AM5SE-IS	جهاز حماية مضاد للجزيرة، عند فصل شبكة الطاقة الخارجية عن شبكة الكهرباء
جهاز مراقبة جودة الطاقة		أبفيو500	المراقبة في الوقت الحقيقي لجودة الطاقة مثل انحراف الجهد، وانحراف التردد، وعدم توازن الجهد على ثلاث مراحل، وتقلب الجهد وميضه، والتوافقيات، وما إلى ذلك، وتسجيل أحداث جودة الطاقة المختلفة، وتحديد مصادر الاضطراب. هذا الجانب

 

الجدول 3: قياس حماية خط 110 كيلو فولت وتكوين التحكم

 

3. نظام مراقبة مزرعة الرياح

تحقق منصة مراقبة مزرعة الرياح المراقبة والتحكم وإدارة حالة تشغيل مزرعة الرياح والبيانات في الوقت الفعلي لتوربينات الرياح، وتحسن الموثوقية وكفاءة التشغيل لمزرعة الرياح، وتقلل من تكاليف الصيانة، وتحقق الإدارة الذكية .

تغطي مزرعة الرياح مساحة كبيرة نسبيًا، والمعدات متناثرة.يحتوي النظام على متطلبات عالية نسبيًا لموثوقية اتصالات البيانات والأداء في الوقت الفعلي.إذا سمحت الظروف، يمكن استخدام الشبكة الحلقية الزائدة من الألياف الضوئية لجمع البيانات والاتصالات، ويمكن أيضًا استخدام طريقة LORA اللاسلكية لنقل البيانات.

الشكل 4: مخطط نظام مراقبة مزرعة الرياح

يتم تحميل بيانات وحدة مروحة السحب PLC وجهاز قياس وتحكم المحول الصندوقي إلى خادم البيانات في غرفة التحكم من خلال شبكة الألياف الضوئية الحلقية، كما يتم تحميل بيانات نظام التشغيل الآلي الشامل لمحطة التعزيز إلى البيانات الخادم من خلال إيثرنت.يتم توصيل أجهزة الإرسال وأنظمة التيار المستمر والأجهزة الذكية الأخرى بجهاز إدارة الاتصالات لتحميل البيانات إلى الخادم.

 

3.1 مراقبة مزرعة الرياح

عرض شامل للمعلمات الأساسية لمروحة سحب مزرعة الرياح بأكملها (بما في ذلك سرعة الرياح والطاقة والسرعة وما إلى ذلك)، ويمكنها تحقيق توليد الطاقة اليومي وتوليد الطاقة الشهري والسنوي، كما أن مراقبة توليد الطاقة ملائمة في الوقت الفعلي مراقبة حالة تشغيل مروحة السحب.

3.2 مراقبة الطاقم

مراقبة المعلمات وحالة التحكم لكل وحدة تحكم في الوحدة، بما في ذلك: درجة الميل، والانعراج، وعلبة التروس، والمولد، والمحطة الهيدروليكية، وغرفة المحرك، والمحول، وشبكة الطاقة، وسلسلة الأمان، وعزم الدوران، والعمود الرئيسي، وقاعدة البرج، ومقياس الرياح، وما إلى ذلك تحقيق العرض الشامل للمعلمات والأخطاء والرسوم البيانية للاتجاهات لكل وحدة.

3.3 عرض البيانات في الوقت الحقيقي

تم تجهيز مروحة السحب والمحطات الفرعية وغيرها من المعدات في مزرعة الرياح بأجهزة استشعار ومعدات مراقبة، والتي يمكنها جمع بيانات التشغيل الكهربائية ودرجة الحرارة والاهتزاز والمعلمات الأخرى للمعدات في الوقت الفعلي، وإعطاء تحذيرات في الوقت المناسب في حالة حدوث خلل.

3.4 إدارة الطاقة

إن عرض المعلمات النشطة والمتفاعلة، والتحكم وتعديل الطاقة النشطة والمتفاعلة والوظائف الأخرى يمكن أن يقلل بشكل فعال من تكاليف تشغيل المؤسسات ويوفر دعم البيانات لهدف الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات.

3.5 تقرير الإنتاج

عرض والإبلاغ عن وظائف التقرير للمعلمات المهمة مثل طاقة الرياح ومؤشرات أداء مزرعة الرياح ووحدة الطاقة الجديدة ودعم إحصائيات تشغيل كل معدات مزرعة الرياح وفقًا للبعد الزمني (اليوم والشهر والسنة).وفقًا لطريقة الاستعلام الخاصة باليوم والشهر والسنة، يتم تصنيف المعلمات المهمة وحسابها حسب العنصر، ويتم إنشاء التقرير.

3.6 التحليل الإحصائي

دعم مجموعة متنوعة من وظائف التحليل الإحصائي، والاستفادة الكاملة من القيمة المحتملة للبيانات، وتوفير حلول تحسين موفرة للطاقة، وتوفير أساس صنع القرار للمديرين، وتحسين مستوى إدارة المؤسسات بطريقة مجدية، وأخيرًا تحقيق هدف توفير الطاقة. الادخار وخفض الانبعاثات والإنتاج العلمي.تتضمن طرق التحليل: إحصائيات الأعطال، منحنى الطاقة، إحصائيات التوفر، مخطط وردة الرياح، تقرير طاقة سرعة الرياح، الاستخدام الشهري واليومي وإحصائيات التوقف عن العمل، إلخ.

 

مراجع:

[1] دليل تصميم وتطبيق Acrel Enterprise Microgrid.الإصدار 2022.05