Orario: 2 settembre 2023 |Fonte: Acrel
Riassunto: Essendo una delle fonti di energia pulita, la capacità installata dei parchi eolici è cresciuta rapidamente negli ultimi anni.I parchi eolici si dividono in parchi eolici onshore e parchi eolici offshore.Generalmente si trovano in località remote, con installazioni sparse e ambienti difficili.Pertanto, i parchi eolici necessitano di un sistema di monitoraggio remoto per facilitare il personale operativo e di manutenzione per gestire le operazioni del parco eolico in modo più efficiente.
Parola chiave: parco eolico, sistema di monitoraggio centralizzato, dispositivo di misurazione e controllo di trasformatori in scatola
1.Apparecchiature elettriche per parchi eolici
La cabina superiore di ciascun gruppo elettrogeno è dotata di un generatore a turbina e la parte anteriore è una pala della ventola regolabile.Il sistema può regolare l'angolo di inclinazione della pala del ventilatore in base alle diverse condizioni del vento.La velocità generale della pala del ventilatore è di 10-15 punti al minuto, tramite il cambio può essere regolata su una velocità di 1500 giri al minuto per azionare il generatore.Nella sala macchine è inoltre configurato un PLC industriale per il controllo e la relativa raccolta dati.La velocità del vento, la direzione del vento, la velocità di rotazione, la potenza attiva e la potenza reattiva della generazione di energia e altri dati correlati vengono raccolti tramite il PLC e il generatore viene controllato in tempo reale attraverso i dati raccolti.A terra, nella parte inferiore della torre eolica è installato un trasformatore a scatola che è responsabile dell'amplificazione e della convergenza.A seconda della potenza e delle condizioni geografiche, più turbine eoliche vengono potenziate una volta e collegate in parallelo per convergere alla sottostazione di potenziamento.Invia elettricità alla rete.Lo schema elettrico del parco eolico è mostrato nella Figura 1. La tensione emessa dal ventilatore è generalmente di 0,69 kV, che viene aumentata a 10 kV o 35 kV dalla scatola del trasformatore.Dopo molteplici confluenze parallele, vengono collegati alla sbarra collettrice laterale a bassa tensione della sottostazione step-up e quindi potenziati a 110 kV o superiore dal trasformatore principale.nella rete elettrica.
A differenza dell'energia eolica onshore, a causa dell'ambiente difficile dell'energia eolica offshore (elevata umidità, elevata densità salina), il trasformatore a secco utilizzato per il boost primario è integrato nel vano motore del ventilatore, il che non solo risolve il problema dell'ingombro dell'intera unità, ma evita anche la difficoltà di protezione causata dall'installazione del trasformatore in una posizione più bassa.
Figura 1 Schema schematico del cablaggio elettrico del parco eolico
2. Apparecchiature di protezione e misura e controllo per parchi eolici
Dalla generazione di energia della turbina eolica - trasformatore booster box - confluenza - stazione booster sbarre di media tensione - trasformatore principale - stazione booster sbarre ad alta tensione - presa ad alta tensione - connessione alla rete, il centro deve essere potenziato due volte prima di essere unito alla rete La rete elettrica ha un gran numero e tipologia di apparecchiature elettriche e qualsiasi guasto in qualsiasi collegamento influenzerà il normale funzionamento del parco eolico.Pertanto, è necessario predisporre dispositivi di protezione e misurazione e controllo in tutti i collegamenti del parco eolico per monitorare in modo completo lo stato operativo del parco eolico.La Figura 2 è un diagramma schematico della configurazione dei dispositivi di protezione e di misurazione e controllo del parco eolico.
Figura 2 Schema di configurazione dei dispositivi di misura e controllo della protezione per parchi eolici
2.1 Dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore a scatola
Per ridurre le perdite di linea nei parchi eolici onshore, accanto alla turbina eolica viene generalmente installata una stazione booster box-type da 0,69/35(10)kV.La distanza tra le turbine eoliche nel parco eolico è di centinaia di metri, ovvero molto distante dalla sala di controllo centrale.I trasformatori step-up si trovano in campo aperto e l'ambiente naturale è relativamente ostile, il che rende difficile l'ispezione manuale.Il dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore scatolato è la parte centrale del sistema di monitoraggio del parco eolico, che realizza una gestione intelligente del trasformatore scatolato.Il dispositivo di misurazione e controllo della stazione box può proteggere e monitorare a distanza la stazione box dell'energia eolica, realizzare pienamente le funzioni di "segnalazione remota, telemetria, controllo remoto e regolazione remota" e migliorare notevolmente l'efficienza del funzionamento e della manutenzione del parco eolico .
Figura 3 Dispositivo di misurazione e controllo della stazione box del parco eolico
Il dispositivo di misurazione e controllo della protezione del trasformatore di tipo scatolato AM6-PWC è un dispositivo integrato che integra protezione, misurazione, controllo e comunicazione per i diversi requisiti dei trasformatori step-up di energia eolica e fotovoltaica.La sua configurazione funzionale è mostrata nella tabella seguente.
| Nome | Funzione principale |
| Misurazione remota | Misura AC: Corrente trifase, tensione trifase, frequenza, fattore di potenza, potenza attiva, potenza reattiva |
| 6 canali di corrente, 6 canali di tensione | |
| Misurazione DC: un totale di 4 canaliStandard 2 canali 4-20mA o 2 canali 5V DCStandard 2 canali resistenza termica (sistema a due o tre fili) | |
| Segnalazione remota | 29 canali di ingresso aperto, di cui i primi 10 canali sono fissi come ingresso del segnale di protezione senza alimentazione |
| Telecomando | Uscite relè a 6 canali per uscita di protezione o normale uscita di controllo remoto |
| Protezione | Protezione non di potenza: gas leggero, gas pesante, alta temperatura, temperatura ultra elevata, basso livello dell'olio del trasformatore, protezione convenzionale della valvola limitatrice di pressione: protezione corrente a tre stadi, protezione corrente a sequenza zero, protezione da sovratensione, protezione a bassa tensione;protezione da sovratensione a sequenza zero |
| Comunicazione | 2 interfacce di comunicazione in fibra ottica autorigeneranti, che possono formare una rete ad anello in fibra ottica |
| Interfaccia di comunicazione Ethernet 3 canali (opzionale, specificare al momento dell'ordine) | |
| 4 porte di comunicazione RS485 | |
| Conversione del protocollo | Interfaccia di comunicazione RS485 configurabile a 4 canali, libera configurazione e conversione di vari protocolli |
| Documentazione | Registra gli ultimi 35 incidenti e 50 registrazioni di azioni |
2.2 Misurazione e controllo della protezione delle linee laterali e delle sbarre a bassa tensione
Più turbine eoliche vengono potenziate a 35 (10) kV per la prima volta e quindi collegate in parallelo per formare un circuito collegato alla sbarra collettrice laterale a bassa tensione della sottostazione step-up..Per ottenere un monitoraggio completo, la linea è dotata di dispositivi di protezione della linea, strumenti di misurazione e controllo multifunzionali, dispositivi di monitoraggio della qualità dell'energia e dispositivi di misurazione della temperatura wireless per realizzare il monitoraggio in tempo reale della protezione elettrica della linea,misura e temperatura, e le sbarre lato bassa tensione sono dotate di dispositivi di protezione dall'arco elettrico.
| Articolo | fig | Modello | Funzione | Applicazione |
| protezione della linea |  | AM6-L | Protezione di corrente e tensione del circuito da 35 (10) kV, protezione non elettrica, funzioni di misurazione e controllo automatico. | protezione, misurazione e controllo della linea sul lato bassa tensione della stazione booster |
| dispositivo di monitoraggio della qualità dell'energia |  | APView500 | Monitoraggio in tempo reale della qualità dell'alimentazione come deviazione di tensione, deviazione di frequenza, squilibrio di tensione trifase, fluttuazione e sfarfallio di tensione, armoniche, ecc., registrazione di vari eventi di qualità dell'alimentazione e individuazione delle fonti di disturbo. | |
| contatore di energia multifunzione |  | APM520 | Dispone di misurazione della piena potenza, tasso di distorsione armonica, statistiche sulla velocità di passaggio della tensione, statistiche sull'energia elettrica in condivisione del tempo, ingresso e uscita di commutazione, ingresso e uscita analogici. | |
| protezione contro gli archi elettrici degli autobus | | ARB6 | È adatto per raccogliere il segnale della luce dell'arco e il segnale di corrente del quadro elettrico e controllare l'apertura di tutti i quadri elettrici sulla linea in arrivo, sulla congiunzione del bus o sul bus | protezione delle sbarre sul lato bassa tensione della stazione booster |
| sensore di temperatura senza fili |  | MANGIATO400 | Monitorare la temperatura delle sbarre collettrici e dei punti di connessione dei cavi del sistema di distribuzione a tensione inferiore a 35 kV e avvisare tempestivamente dell'aumento della temperatura. | temp.misurazione dei contatti di linea e delle sbarre collettrici sul lato bassa tensione della stazione booster |
Tabella 1 Linea laterale a bassa tensione, misurazione della protezione delle sbarre e configurazione di controllo
2.3 Misura e controllo della protezione del trasformatore principale
Dopo che la generazione di energia della turbina eolica è confluita nella sbarra collettrice laterale a bassa tensione, viene aumentata a 110 kV attraverso il trasformatore principale e collegata alla rete.Il trasformatore principale è dotato di protezione differenziale, protezione di backup elevata, protezione di backup basso, protezione non elettrica, dispositivo di misurazione e controllo, controllo della temperatura del trasformatore e trasmettitore ad ingranaggi per realizzare la funzione di protezione, misurazione e controllo del trasformatore principale e centralizzata installazione della schermata di gruppo.
| Articolo | fig | Modello | Funzione | Applicazione |
| dispositivo di protezione differenziale |  | AM6-D2 | Protezione differenziale su entrambi i lati del trasformatore principale | trasformatore principale della stazione booster |
| protezione di backup laterale ad alta e bassa tensione | AM6-TB | Protezione da sovracorrente fase-fase a tre stadi, sovracorrente a sequenza zero a due stadi, protezione da sovracorrente con gap a due stadi, blocco della tensione composita, protezione da sovratensione a sequenza zero a due stadi, controllo dell'interruttore | trasformatore principale della stazione booster | |
| protezione non elettrica | AM6-FD | Gas pesante, gas leggero, sovratemperatura, sovratemperatura, protezione dal rilascio di pressione e allarme | trasformatore principale della stazione booster | |
| dispositivo di misurazione e controllo | AM6-K | Telemisurazione, telesegnalazione, telecontrollo | trasformatore principale della stazione booster | |
| trasmettitore di temperatura | ARTM-8L | Monitorare l'avvolgimento del trasformatore principale e la temperatura dell'olio | trasformatore principale della stazione booster |
Tabella 2 Misurazione della protezione del trasformatore principale e configurazione di controllo
2.4 Misurazione e controllo della protezione della linea ad alta tensione
L'energia elettrica generata dal parco eolico viene aumentata due volte a 110 kV e poi incorporata nella rete elettrica.La linea 110kV è dotata di protezione differenziale in fibra ottica, protezione distanziale, protezione anti-islanding e dispositivi di misura e controllo.
| Articolo | fig | Modello | Funzione | Applicazione |
| dispositivo di protezione | | AM6-LD | Dispositivo di protezione differenziale di linea in fibra ottica | entrambi i lati della linea |
| AM6-L2 | Distanza fase-fase/terra, sovracorrente omopolare, localizzazione del guasto, ecc. | questa parte | ||
| AM6-K | Telemisurazione, telesegnalazione, telecontrollo | |||
| AM5SE-IS | Dispositivo di protezione anti-islanding, quando la rete elettrica esterna è disconnessa dalla rete elettrica | |||
| dispositivo di monitoraggio della qualità dell'energia | | APView500 | Monitoraggio in tempo reale della qualità dell'alimentazione come deviazione di tensione, deviazione di frequenza, squilibrio di tensione trifase, fluttuazione e sfarfallio di tensione, armoniche, ecc., registrazione di vari eventi di qualità dell'alimentazione e individuazione delle fonti di disturbo. Questo lato |
Tabella 3 Configurazione di misurazione e controllo della protezione della linea da 110 kV
3.Sistema di monitoraggio del parco eolico
La piattaforma di monitoraggio del parco eolico realizza il monitoraggio, il controllo e la gestione dello stato operativo del parco eolico e dei dati in tempo reale delle turbine eoliche, migliora l'affidabilità e l'efficienza operativa del parco eolico, riduce i costi di manutenzione e realizza una gestione intelligente .
Il parco eolico copre un'area relativamente vasta e le apparecchiature sono sparse.Il sistema ha requisiti relativamente elevati per l'affidabilità della comunicazione dati e le prestazioni in tempo reale.Se le condizioni lo consentono, per la raccolta e la comunicazione dei dati è possibile utilizzare la rete ad anello ridondante in fibra ottica e per la trasmissione dei dati è possibile utilizzare anche il metodo wireless LORA.
Figura 4 Schema del sistema di monitoraggio del parco eolico
I dati del PLC dell'unità ventilatore di tiraggio e del dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore a scatola vengono caricati sul server dati nella sala di controllo attraverso la rete ad anello in fibra ottica, mentre i dati del sistema di automazione completo della stazione booster vengono caricati nei dati server tramite Ethernet.Trasmettitori, sistemi DC e altri dispositivi intelligenti sono collegati alla macchina di gestione della comunicazione per caricare i dati sul server.
3.1 Monitoraggio dei parchi eolici
Visualizzazione completa dei parametri di base dell'intero ventilatore del parco eolico (inclusa velocità del vento, potenza, velocità, ecc.) e può realizzare la produzione di energia giornaliera, mensile, annuale. Il monitoraggio della produzione di energia è conveniente in tempo reale monitoraggio dello stato di funzionamento del ventilatore.
3.2 Monitoraggio dell'equipaggio
Monitorare i parametri e lo stato di controllo di ciascun modulo di controllo nell'unità, tra cui: beccheggio, imbardata, cambio, generatore, stazione idraulica, sala macchine, convertitore, rete elettrica, catena di sicurezza, coppia, albero principale, base della torre, anemometro, ecc. Realizzare la visualizzazione completa di parametri, guasti e grafici di tendenza di ciascun modulo.
3.3 Visualizzazione dei dati in tempo reale
Il ventilatore, le sottostazioni e le altre apparecchiature del parco eolico sono dotati di sensori e apparecchiature di monitoraggio, in grado di raccogliere dati elettrici di funzionamento, temperatura, vibrazioni e altri parametri dell'apparecchiatura in tempo reale e di fornire avvisi tempestivi in caso di anomalie.
3.4 Gestione energetica
La visualizzazione dei parametri attivi e reattivi, il controllo e la regolazione della potenza attiva e reattiva e altre funzioni possono ridurre efficacemente i costi operativi delle imprese e fornire supporto dati per l'obiettivo del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni.
3.5 Rapporto di produzione
Visualizza e riporta le funzioni di report per parametri importanti come l'energia eolica, gli indicatori di prestazione del parco eolico e la nuova energia dell'unità, e supporta le statistiche del funzionamento di ciascuna apparecchiatura del parco eolico in base alla dimensione temporale (giorno, mese e anno).Secondo il metodo di interrogazione di giorno, mese e anno, i parametri importanti vengono classificati e conteggiati per articolo e viene generato il report.
3.6 Analisi statistica
Supportare una varietà di funzioni di analisi statistica, sfruttare appieno il valore potenziale dei dati, fornire soluzioni di ottimizzazione del risparmio energetico, fornire basi decisionali per i manager, migliorare il livello di gestione delle imprese in modo fattibile e infine raggiungere l'obiettivo di energia- risparmio, riduzione delle emissioni e produzione scientifica.I metodi di analisi includono: statistiche sui guasti, curva di potenza, statistiche sulla disponibilità, diagramma della rosa dei venti, rapporto sull'energia del vento, statistiche sull'utilizzo mensile e giornaliero e sui tempi di inattività, ecc.
Riferimenti:
[1] Manuale di progettazione e applicazione della microrete Acrel Enterprise.Versione 2022.05
Orario di pubblicazione: 26 dicembre 2023
