Solução de sistema de monitoramento centralizado para parques eólicos

Hora: 2 de setembro de 2023 |Fonte: Acrel

Resumo: Por ser uma das fontes de energia limpa, a capacidade instalada dos parques eólicos tem crescido rapidamente nos últimos anos.Os parques eólicos são divididos em parques eólicos onshore e parques eólicos offshore.Geralmente, estão localizados em locais remotos, com instalações dispersas e ambientes agressivos.Portanto, os parques eólicos precisam de um sistema de monitoramento remoto para facilitar que o pessoal de operação e manutenção gerencie as operações dos parques eólicos de forma mais eficiente.

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

1. Equipamento elétrico 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 as diferentes condições do 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 PLC 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 de geração de energia e outros dados relacionados são coletados através do PLC, e o gerador é controlado em tempo real através dos dados coletados.Em terra, um transformador caixa é instalado na parte inferior da torre eólica para ser responsável pela potencialização e convergência.De acordo com a potência e as condições geográficas, múltiplas turbinas eólicas são impulsionadas uma vez e conectadas em paralelo para convergir para a subestação de reforço.Envie 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 0,69kV, que é potencializada para 10kV ou 35kV pelo transformador de caixa.Após múltiplas confluências paralelas, eles são conectados ao barramento lateral de baixa tensão da subestação elevadora e, em seguida, aumentados para 110kV ou superior pelo transformador principal.na rede elétrica.

Diferente da energia eólica onshore, devido ao ambiente hostil da energia eólica offshore (alta umidade, alta densidade de sal), o transformador do tipo seco utilizado para reforço primário está integrado no compartimento do motor do ventilador de tiragem, o que não só resolve o problema da área total da 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 e medição e controle para parques eólicos

Da geração de energia de turbina eólica - transformador de 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 incorporado à rede A rede elétrica possui um grande número e tipos de equipamentos elétricos, e qualquer falha em qualquer ligação afetará o funcionamento normal do parque eólico.Portanto, é necessário instalar dispositivos de proteção e medição e controle em todos os elos do parque eólico para monitorar de forma abrangente o estado operacional do parque eólico.A Figura 2 é um diagrama esquemático da configuração dos dispositivos de proteção e medição e controle do parque eólico.

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

2.1 Dispositivo de medição e controle do transformador de caixa

Para reduzir a perda de linha em parques eólicos onshore, 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 do parque eólico é de centenas de metros, o que fica longe 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 de caixa pode proteger e monitorar remotamente a estação de caixa de energia eólica, realizar totalmente 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 da estação 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 e controle e comunicação para diferentes requisitos de energia eólica e transformadores elevadores fotovoltaicos.Sua configuração funcional é mostrada na tabela abaixo.

Nome	Função principal
Medição remota	Medição CA: Corrente trifásica, tensão trifásica, frequência, fator de potência, potência ativa, potência reativa
	Corrente de 6 canais, tensão de 6 canais
	Medição DC: um total de 4 canaisPadrão 2 canais 4-20mA ou 2 canais 5V DCResistência térmica padrão de 2 canais (sistema de dois fios ou três fios)
Sinalização remota	29 canais de entrada aberta, dos quais os primeiros 10 canais são fixados como entrada de sinal sem proteção de energia
Controle remoto	Saídas de relé de 6 canais para saída de proteção ou saída normal de controle remoto
Proteção	Proteção sem energia: Gás leve, gás pesado, alta temperatura, temperatura ultra alta, baixo nível de óleo do transformador, proteção convencional da válvula de alívio de pressão: proteção de corrente de três estágios, proteção de corrente de sequência zero, proteção contra sobretensão, proteção de baixa tensão;proteção contra sobretensão de sequência zero
Comunicação	2 interfaces de comunicação de fibra óptica auto-reparáveis, que podem formar uma rede de anel de fibra óptica
	Interface de comunicação Ethernet 3 canais (opcional, especifique no pedido)
	4 portas de comunicação RS485
Conversão de protocolo	Interface de comunicação RS485 configurável de 4 canais, configuração gratuita e conversão de vários protocolos
Registro	Registre os últimos 35 acidentes e 50 registros de ação

 

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

Múltiplas turbinas eólicas são aumentadas para 35 (10) kV pela primeira vez e depois conectadas em paralelo para formar um circuito conectado ao barramento lateral de baixa tensão da subestação elevadora..A fim de obter 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 contra arco.

Item	Foto	Modelo	Função	Aplicativo
proteção de linha		AM6-L	Proteção de corrente e tensão do circuito de 35 (10) kV, proteção não elétrica, funções de medição e controle automático.	proteção de linha e medição e controle no lado de baixa tensão da estação de reforço
dispositivo de monitoramento de qualidade de energia		APView500	O monitoramento em tempo real da qualidade da energia, como desvio de tensão, desvio de frequência, desequilíbrio de tensão trifásico, flutuação e oscilação de tensão, harmônicos, etc., registra vários eventos de qualidade de energia e localiza fontes de perturbação.
medidor de energia multifuncional		APM520	Possui medição de potência total, taxa de distorção harmônica, estatísticas de taxa de passagem de tensão, estatísticas de energia elétrica de compartilhamento de tempo, entrada e saída de chave, entrada e saída analógica.
proteção contra arco de ônibus		ARB6	É adequado para coletar o sinal de luz de arco e o sinal de corrente do gabinete de distribuição e controlar a abertura de todos os gabinetes de distribuição na linha de entrada, barramento ou barramento	proteção de barramento no lado de baixa tensão da estação de reforço
sensor de temperatura sem fio		ATE400	Monitorar a temperatura dos barramentos e pontos de conexão de cabos de 35kV e abaixo do sistema de distribuição de tensão e alertar antecipadamente sobre aumento de temperatura.	temperatura.medição de contatos de linha e barramentos no lado de baixa tensão da estação de reforço

Tabela 1 Linha lateral de baixa tensão, medição de proteção de barramento e configuração de controle

 

2.3 Medição e controle da proteção do transformador principal

Depois que a geração de energia da turbina eólica é confluída pelo barramento lateral de baixa tensão, ela é aumentada para 110kV através do transformador principal e conectada à rede.O transformador principal está equipado com proteção diferencial, alta proteção de backup, baixa proteção de backup, 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 e centralizado instalação de tela de grupo.

Item	Foto	Modelo	Função	Aplicativo
dispositivo de proteção diferencial		AM6-D2	Proteção diferencial em ambos os lados do transformador principal	transformador principal da estação de reforço
proteção de backup lateral de alta e baixa tensão		AM6-TB	Sobrecorrente fase-fase de três estágios, sobrecorrente de sequência zero de dois estágios, proteção contra sobrecorrente de intervalo de dois estágios, bloqueio de tensão composto, proteção contra sobretensão de sequência zero de dois estágios, controle do disjuntor	transformador principal da estação de reforço
proteção não elétrica		AM6-FD	Gás pesado, gás leve, superaquecimento, superaquecimento, proteção contra liberação de pressão e alarme	transformador principal da estação de reforço
dispositivo de medição e controle		AM6-K	Medição remota, sinalização remota, controle remoto	transformador principal da estação de reforço
Transmissor de temperatura		ARTM-8L	Monitore o enrolamento principal do transformador e a temperatura do óleo	transformador principal da estação de reforço

Tabela 2 Configuração de controle e medição 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 aumentada duas vezes para 110kV e depois incorporada à rede elétrica.A linha 110kV é equipada com proteção diferencial em fibra óptica, proteção de distância, proteção anti-ilhamento e dispositivos de medição e controle.

Item	Foto	Modelo	Função	Aplicativo
dispositivo de proteção		AM6-LD	Dispositivo de proteção diferencial de fibra óptica de linha	ambos os lados da linha
		AM6-L2	Distância fase-fase/terra, sobrecorrente de seqüência zero, localização de falta, etc.	este lado
		AM6-K	Medição remota, sinalização remota, controle remoto
		AM5SE-IS	Dispositivo de proteção anti-ilhamento, quando a rede elétrica externa é desconectada da rede elétrica
dispositivo de monitoramento de qualidade de energia		APView500	Monitoramento em tempo real da qualidade da energia, como desvio de tensão, desvio de frequência, desequilíbrio de tensão trifásico, flutuação e oscilação de tensão, harmônicos, etc., registra vários eventos de qualidade de energia e localiza fontes de perturbação.

 

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

 

3. Sistema de monitoramento de parques eólicos

A plataforma de monitoramento de parques eólicos realiza o monitoramento, controle e 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 gerenciamento inteligente .

O parque eólico cobre uma área relativamente grande e os equipamentos estão espalhados.O sistema possui requisitos relativamente altos de confiabilidade na comunicação de dados e desempenho em tempo real.Se as condições permitirem, a rede em anel redundante 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 PLC da unidade de ventilação e do dispositivo de medição e controle do transformador de caixa são carregados para o servidor de dados na sala de controle através da rede de anel de fibra óptica, e os dados do sistema de automação abrangente da estação de reforço são carregados para os dados servidor através da Ethernet.Transmissores, sistemas DC e outros dispositivos inteligentes são conectados à máquina de gerenciamento de comunicação para fazer upload de dados para o 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 tempo real monitoramento 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 da unidade, incluindo: inclinação, guinada, caixa de câmbio, gerador, estação hidráulica, sala de máquinas, conversor, rede elétrica, corrente de segurança, torque, eixo principal, base da torre, medidor de vento, etc. • Realize a exibição abrangente de parâmetros, falhas e gráficos de tendências de cada módulo.

3.3 Exibição de dados em tempo real

Os ventiladores de tiragem, subestações e demais equipamentos do parque eólico são equipados com sensores e equipamentos de monitoramento, que podem coletar os dados elétricos de funcionamento, temperatura, vibração e outros parâmetros do equipamento em tempo real, e dar avisos oportunos em caso de anormalidades.

3.4 Gerenciamento de energia

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

3.5 Relatório de produção

Exibir e relatar funções de relatório para parâmetros importantes, como energia eólica, indicadores de desempenho de parques eólicos e nova unidade de energia, além de estatísticas de suporte da operação de cada equipamento de parque eólico de acordo com a dimensão de tempo (dia, mês e ano).De acordo com o método de consulta de dia, mês e ano, os parâmetros importantes são classificados e contados por item, e o relatório é gerado.

3.6 Análise estatística

Apoie uma variedade de funções de análise estatística, aproveite totalmente o valor potencial dos dados, forneça soluções de otimização de economia de energia, forneça base de tomada de decisão para gerentes, melhore o nível de gestão das empresas de uma forma viável e, finalmente, alcance a meta de energia- economia, redução de emissões e produção científica.Os métodos de análise incluem: estatísticas de falhas, curva de potência, estatísticas de disponibilidade, diagrama da rosa dos ventos, relatório de potência da velocidade do vento, utilização mensal e diária e estatísticas de tempo de inatividade, etc.

 

Referências:

[1] Manual de projeto e aplicação de microrrede Acrel Enterprise.Versão 2022.05