風力発電所向け集中監視システムソリューション

時間: 2023 年 9 月 2 日 |出典: アクレル

要約: クリーン エネルギー源の 1 つとして、風力発電所の設備容量は近年急速に増加しています。風力発電所は陸上風力発電所と洋上風力発電所に分けられます。一般に、これらは遠隔地に設置され、設置場所が散在し、過酷な環境となっています。したがって、風力発電所には、運用および保守担当者が風力発電所の運用をより効率的に管理できるようにするための遠隔監視システムが必要です。

キーワード：風力発電所、集中監視システム、箱型変圧器計測制御装置

1.風力発電所用電気機器

各発電セットの上部キャビンにはタービン発電機が装備されており、フロントエンドには調整可能なファンブレードが付いています。このシステムは、さまざまな風の状況に応じてファンブレードの傾斜角度を調整できます。ファンブレードの一般的な速度は 10 ～ 15 rpm ポイントですが、ギアボックスを介して発電機を駆動するために 1500 rpm の速度に調整できます。産業用 PLC も制御および関連データ収集のために機械室に構成されています。発電の風速、風向、回転数、有効電力、無効電力などのデータをPLCを通じて収集し、収集したデータに基づいて発電機をリアルタイムに制御します。陸上では、ボックス変圧器が風力塔の底部に設置され、昇圧と収束を担当します。電力や地理的条件に応じて、複数の風力タービンを一度昇圧し、並列に接続して昇圧変電所に集中します。送電網に電力を送ります。風力発電所の電気配線図を図 1 に示します。ファンによって放出される電圧は通常 0.69kV で、ボックス変圧器によって 10kV または 35kV に昇圧されます。複数並列合流した後、昇圧変電所の低圧側母線に接続され、主変圧器により110kV以上に昇圧されます。電力網に接続します。

陸上風力発電とは異なり、洋上風力発電は過酷な環境（高湿度、高塩分濃度）のため、一次昇圧に使用される乾式変圧器が送風機のエンジンルームに組み込まれており、問題を解決するだけでなく、これにより、ユニット全体の設置面積が小さくなるだけでなく、変圧器を低い位置に設置することによる保護の難しさも回避されます。

図1 風力発電所の電気配線の模式図

 

2. 風力発電所の保護および測定および制御装置

風力発電 - ブースターボックス変圧器 - 合流点 - ブースターステーションの中電圧母線 - 主変圧器 - ブースターステーションの高圧母線 - 高電圧コンセント - 系統接続まで、中間は系統に統合される前に 2 回昇圧する必要がある 電力網には多数の種類の電気機器があり、リンクに障害が発生すると風力発電所の通常の動作に影響を及ぼします。したがって、風力発電所の稼働状況を総合的に監視するには、風力発電所のすべてのリンクに保護装置や計測制御装置を設置する必要があります。図２は風力発電所の保護装置と計測制御装置の構成を示す模式図である。

図2 風力発電所用保護計測制御装置の構成図

2.1 箱型変圧器計測制御装置

陸上風力発電所の送電損失を減らすために、一般に 0.69/35(10)kV ボックス型ブースター ステーションが風力タービンの隣に設置されます。風力発電所内の風車間の距離は数百メートルあり、中央制御室からは遠い。昇圧変圧器は野外に設置されており、自然環境が比較的厳しいため、人による検査は困難です。ボックス型変圧器の計測制御装置は、風力発電所の監視システムの中核部分であり、ボックス型変圧器のインテリジェントな管理を実現します。ボックスステーション計測制御装置は、風力発電ボックスステーションを保護および遠隔監視し、「遠隔信号伝達、遠隔測定、遠隔制御、遠隔調整」の機能を完全に実現し、風力発電所の運用と保守の効率を大幅に向上させます。 。

 

図 3 風力発電ボックスステーションの計測および制御装置

 

AM6-PWC ボックス型変圧器保護測定および制御装置は、風力発電および太陽光発電昇圧変圧器のさまざまな要件に対応する保護、測定および制御、および通信を統合した統合装置です。その機能構成を下表に示します。

名前	メイン機能
リモートメータリング	交流測定：三相電流、三相電圧、周波数、力率、有効電力、無効電力
	6チャンネル電流、6チャンネル電圧
	DC測定：計4チャンネル標準2チャンネル4-20mAまたは2チャンネル5V DC標準2チャンネル熱抵抗（2線式または3線式）
リモートシグナリング	オープン入力29チャンネル、うち最初の10チャンネルは非電源保護信号入力として固定
リモコン	保護出力または通常のリモコン出力用の6チャンネルリレー出力
保護	非電源保護：軽ガス、重ガス、高温、超高温、低変圧器油面、圧力リリーフバルブ従来の保護：3段階電流保護、ゼロシーケンス電流保護、過電圧保護、低電圧保護。零相過電圧保護
コミュニケーション	光ファイバーリングネットワークを形成できる2つの自己修復型光ファイバー通信インターフェース
	Ethernet通信インターフェース 3チャンネル（オプション、ご注文時にご指定ください）
	4 RS485 通信ポート
プロトコル変換	4 チャネル構成可能な RS485 通信インターフェイス、さまざまなプロトコルの自由な構成と変換
記録	最新の事故35件と行動記録50件を記録

 

2.2 低圧側線路および母線保護の測定と制御

複数の風力タービンを初めて 35 (10) kV に昇圧し、並列接続して昇圧変電所の低圧側母線に接続される回路を形成します。。包括的な監視を実現するために、回線には回線保護装置、多機能測定および制御機器、電力品質監視装置、無線温度測定装置が装備されており、回線電気保護のリアルタイム監視を実現します。低圧側バスバーにはアーク保護装置が装備されています。

アイテム	写真	モデル	関数	応用
ライン保護		AM6-L	35 (10) kV 回路電流および電圧保護、非電気的保護、測定および自動制御機能。	ブースターステーションの低圧側での線路保護および測定および制御
電力品質監視装置		APView500	電圧偏差、周波数偏差、三相電圧不平衡、電圧変動とフリッカ、高調波などの電力品質をリアルタイムで監視し、さまざまな電力品質イベントを記録し、妨害源を特定します。
多機能エネルギーメーター		APM520	フルパワー測定、高調波歪み率、電圧通過率統計、時分割電力量統計、スイッチ入出力、アナログ入出力を備えています。
バスアーク保護		ARB6	スイッチキャビネットのアーク光信号と電流信号を収集し、着信線、バスタイまたはバス上のすべてのスイッチキャビネットの開閉を制御するのに適しています。	ブースターステーションの低圧側のバスバー保護
ワイヤレス温度センサー		ATE400	35kV以下の配電システムのバスバーとケーブル接続点の温度を監視し、温度上昇を早期に警告します。	温度ブースターステーションの低圧側の線接点とバスバーの測定

表 1 低圧側線、母線保護の測定および制御構成

 

2.3 主変圧器保護の測定と制御

風力発電は低圧側母線で合流した後、主変圧器で110kVに昇圧され系統に接続されます。主変圧器には、差動保護、高バックアップ保護、低バックアップ保護、非電気保護、測定および制御装置、変圧器温度制御、ギア送信機が装備されており、主変圧器の保護、測定および制御機能を実現し、集中化されています。グループ画面のインストール。

アイテム	写真	モデル	関数	応用
差動保護装置		AM6-D2	主変圧器の両側の差動保護	ブースターステーション主変圧器
高圧側と低圧側のバックアップ保護		AM6-TB	3段相間過電流、2段零相過電流、2段ギャップ過電流保護、 複合電圧遮断、 2段階ゼロシーケンス過電圧保護、 サーキットブレーカー制御	ブースターステーション主変圧器
非電気的保護		AM6-FD	重ガス、軽ガス、過熱、過熱、圧力解放保護および警報	ブースターステーション主変圧器
計測制御装置		AM6-K	リモートメータリング、リモートシグナリング、リモートコントロール	ブースターステーション主変圧器
温度トランスミッター		ARTM-8L	主変圧器の巻線と油温を監視する	ブースターステーション主変圧器

表 2 主変圧器保護の測定および制御構成

 

2.4 高圧線保護の測定と制御

風力発電所で生成された電気エネルギーは 2 倍の 110kV に昇圧され、電力網に組み込まれます。110kV ラインには、光ファイバーの差動保護、距離保護、単独運転防止、および測定および制御装置が装備されています。

アイテム	写真	モデル	関数	応用
保護装置		AM6-LD	ライン光ファイバ差動保護装置	線の両側
		AM6-L2	相間/対地距離、零相過電流、故障箇所など	こっち側
		AM6-K	リモートメータリング、リモートシグナリング、リモートコントロール
		AM5SE-IS	外部電力網が電力網から切断された場合の単独運転防止保護装置
電力品質監視装置		APView500	電圧偏差、周波数偏差、三相電圧不平衡、電圧変動とフリッカ、高調波などの電力品質をリアルタイムで監視し、さまざまな電力品質イベントを記録し、妨害源を特定します。こちら側

 

表 3 110kV 線路保護の測定および制御構成

 

3.風力発電所監視システム

風力発電所監視プラットフォームは、風力発電所の稼働状況と風力タービンのリアルタイムデータの監視、制御、管理を実現し、風力発電所の信頼性と運用効率を向上させ、保守コストを削減し、インテリジェントな管理を実現します。 。

風力発電所は比較的広い面積を占めており、設備も点在している。このシステムには、データ通信の信頼性とリアルタイム パフォーマンスに対する比較的高い要件があります。条件が許せば、データ収集と通信には光ファイバー冗長リングネットワークを使用し、データ送信にはLORA無線方式を使用することもできます。

図4 風力発電所監視システム図

送風機ユニットPLC、箱型変圧器計測制御装置のデータは光ファイバーリングネットワークを介して制御室内のデータサーバーにアップロードされ、ブースターステーションの総合自動化システムのデータはデータサーバーにアップロードされます。イーサネット経由でサーバーに接続します。送信機やDCシステムなどのスマートデバイスを通信管理機に接続し、サーバーにデータをアップロードします。

 

3.1 風力発電所のモニタリング

風力発電所のドラフトファン全体の基本パラメータ（風速、電力、速度などを含む）を包括的に表示し、毎日の発電量、月次発電量、年間発電量を実現できます。発電量の監視はリアルタイムで便利です。送風機の運転状態を監視します。

3.2 乗組員の監視

ユニット内の各制御モジュールのパラメータと制御ステータスを監視します。これには、ピッチ、ヨー、ギアボックス、発電機、油圧ステーション、エンジン ルーム、コンバータ、送電網、安全チェーン、トルク、メイン シャフト、タワー ベース、風力計などが含まれます。各モジュールのパラメータ、故障、トレンドグラフの総合表示を実現。

3.3 リアルタイムデータ表示

風力発電所内の送風機、変電所、その他の設備にはセンサーや監視装置が装備されており、設備の動作電気データ、温度、振動などのパラメータをリアルタイムで収集し、異常が発生した場合にはタイムリーに警告を発します。

3.4 電源管理

有効電力と無効電力のパラメータの表示、有効電力と無効電力の制御と調整、その他の機能により、企業の運営コストを効果的に削減し、省エネと排出量削減の目標をデータでサポートできます。

3.5 生産報告書

風力発電、風力発電所の性能指標、新エネルギーの単位などの重要なパラメータの表示およびレポート機能を備え、時間軸（日、月、年）に応じた各風力発電設備の稼働統計をサポートします。日、月、年のクエリ方法に従って、重要なパラメータを項目ごとに分類して集計し、レポートを生成します。

3.6 統計分析

さまざまな統計分析機能をサポートし、データの潜在的な価値を最大限に活用し、省エネ最適化ソリューションを提供し、経営者に意思決定の基盤を提供し、実現可能な方法で企業の管理レベルを向上させ、最終的にエネルギー目標を達成します。節約、排出削減、科学的生産。分析方法には、障害統計、電力曲線、可用性統計、風配図、風速電力レポート、月次および日次の使用率およびダウンタイム統計などが含まれます。

 

参考文献:

[1] Acrel Enterprise マイクログリッド設計およびアプリケーション マニュアル。バージョン 2022.05