Resumé: Som en af de rene energikilder er vindmølleparkers installerede kapacitet vokset hurtigt i de senere år. Vindmølleparker er opdelt i landbaserede vindmølleparker og havvindmølleparker. Generelt er de placeret i fjerntliggende områder med spredte installationer og barske miljøer. Derfor har vindmølleparker brug for et fjernovervågningssystem for at gøre det muligt for drifts- og vedligeholdelsespersonalet at styre vindmølleparkens drift mere effektivt.
Nøgleord: vindmøllepark, centraliseret overvågningssystem, måle- og styreenhed til bokstransformatorer
1. Elektrisk udstyr til vindmølleparker
Den øverste kabine på hvert generatorsæt er udstyret med en turbinegenerator, og den forreste ende er en justerbar ventilatorvinge. Systemet kan justere ventilatorvingens hældningsvinkel i henhold til forskellige vindforhold. Ventilatorvingens generelle hastighed er 10-15 o/min. Gennem gearkassen kan hastigheden justeres til 1500 o/min for at drive generatoren. En industriel PLC er også konfigureret i maskinrummet til styring og relateret dataindsamling. Vindhastighed, vindretning, rotationshastighed, aktiv effekt og reaktiv effekt for kraftproduktion og andre relaterede data indsamles via PLC'en, og generatoren styres i realtid ved hjælp af de indsamlede data. På land er en kassetransformer installeret i bunden af vindtårnet, der er ansvarlig for boosting og konvergering. I henhold til effekt- og geografiske forhold boostes flere vindmøller én gang og forbindes parallelt for at konvergere til boost-transformerstationen. Sender elektricitet til nettet. Det elektriske ledningsdiagram for vindmølleparken er vist i figur 1. Spændingen, der udsendes af ventilatoren, er generelt 0,69 kV, som øges til 10 kV eller 35 kV af bokstransformeren. Efter flere parallelle sammenløb forbindes de til lavspændingssideskinnen på transformerstationen og øges derefter til 110 kV eller højere af hovedtransformeren og ind i elnettet.
I modsætning til landbaseret vindkraft er den tørtransformer, der bruges til primær boosting, på grund af det barske miljø, der præger offshore vindkraft (høj luftfugtighed, høj saltdensitet), integreret i motorrummet på udsugningsventilatoren. Dette løser ikke kun problemet med hele enhedens fodaftryk, men undgår også de beskyttelsesproblemer, der opstår ved at installere transformeren i en lavere position.
Figur 1 Skematisk diagram over vindmølleparkens elektriske ledningsføring
2. Beskyttelses-, måle- og reguleringsudstyr til vindmølleparker
Fra vindmølleproduktion - boosterbokstransformer - sammenløb - boosterstation, mellemspændingssamleskinne - hovedtransformer - boosterstation, højspændingssamleskinne - højspændingsudtag - nettilslutning, skal midten boostes to gange, før den integreres i nettet. Elnettet har et stort antal og typer elektrisk udstyr, og enhver fejl i en hvilken som helst forbindelse vil påvirke vindmølleparkens normale drift. Derfor er det nødvendigt at installere beskyttelses-, måle- og styringsenheder i alle vindmølleparkens forbindelser for at overvåge vindmølleparkens driftsstatus omfattende. Figur 2 er et skematisk diagram over konfigurationen af beskyttelses-, måle- og styringsenheder i vindmølleparken.
Figur 2 Konfigurationsdiagram over beskyttelsesmåle- og styringsenheder til vindmølleparker
2.1 Måle- og styreenhed til bokstransformator
For at reducere ledningstab i landbaserede vindmølleparker installeres der generelt en 0,69/35(10) kV box-type boosterstation ved siden af vindmøllen. Afstanden mellem vindmøllerne i vindmølleparken er hundredvis af meter, hvilket er langt væk fra det centrale kontrolrum. Step-up transformerne er placeret i det åbne felt, og det naturlige miljø er relativt barskt, hvilket gør manuel inspektion vanskelig. Måle- og styreenheden på box-type transformeren er kernedelen af vindmølleparkens overvågningssystem, som realiserer intelligent styring af box-type transformeren. Box-stationens måle- og styreenhed kan beskytte og fjernovervåge vindkraft-box-stationen, fuldt ud realisere funktionerne "fjernsignalering, telemetri, fjernbetjening og fjernjustering" og i høj grad forbedre effektiviteten af vindmølleparkens drift og vedligeholdelse.
Figur 3 Måle- og styringsenhed til vindmølleparkboksstation
AM6-PWC transformerbeskyttelsesmåle- og styringsenheden af bokstypen er en integreret enhed, der integrerer beskyttelse, måling og styring samt kommunikation til forskellige krav til vindkraft- og solcelletransformere. Dens funktionelle konfiguration er vist i tabellen nedenfor.
| Navn | Hovedfunktion |
| Fjernmåling | AC-måling: Trefasestrøm, trefasespænding, frekvens, effektfaktor, aktiv effekt, reaktiv effekt |
| 6 kanaler strøm, 6 kanaler spænding | |
| DC-måling: i alt 4 kanaler Standard 2 kanaler 4-20mA eller 2 kanaler 5V DC Standard 2-kanals termisk modstand (to- eller tre-trådssystem) | |
| Fjernsignalering | 29 kanaler med åben indgang, hvoraf de første 10 kanaler er faste som ikke-strømbeskyttende signalindgange |
| Fjernbetjening | 6 kanalers relæudgange til beskyttelsesudgang eller normal fjernbetjeningsudgang |
| Beskyttelse | Ikke-strømbeskyttelse: Let gas, tung gas, høj temperatur, ultrahøj temperatur, lavt transformerolieniveau, konventionel beskyttelse af overtryksventil: tretrins strømbeskyttelse, nulsekvensstrømbeskyttelse, overspændingsbeskyttelse, lavspændingsbeskyttelse; nulsekvensoverspændingsbeskyttelse |
| Meddelelse | 2 selvreparerende optiske fiberkommunikationsgrænseflader, som kan danne et optisk fiberringnetværk |
| Ethernet-kommunikationsgrænseflade 3 kanaler (valgfrit, angiv venligst ved bestilling) | |
| 4 RS485 kommunikationsporte | |
| Protokolkonvertering | 4 kanaler konfigurerbar RS485 kommunikationsgrænseflade, fri konfiguration og konvertering af forskellige protokoller |
| Optage | Registrer de seneste 35 ulykker og 50 handlingsrekorder |
2.2 Måling og styring af lavspændingssidelednings- og samleskinnebeskyttelse
Flere vindmøller forstærkes til 35 (10) kV for første gang og forbindes derefter parallelt for at danne et kredsløb, der er forbundet til lavspændingssideskinnen på transformerstationen. For at opnå omfattende overvågning er linjen udstyret med ledningsbeskyttelsesenheder, multifunktionelle måle- og styringsinstrumenter, overvågningsenheder til effektkvalitet og trådløse temperaturmåleenheder for at realisere realtidsovervågning af linjens elektriske beskyttelse, måling og temperatur, og lavspændingssideskinnerne er udstyret med lysbuebeskyttelsesenheder.
| Punkt | Billede | Model | Fungere | Anvendelse |
| linjebeskyttelse |  | AM6-L | 35 (10) kV strøm- og spændingsbeskyttelse, ikke-elektrisk beskyttelse, måle- og automatiske styrefunktioner. | linjebeskyttelse samt måling og styring på lavspændingssiden af boosterstationen |
| Enhed til overvågning af strømkvalitet |  | APView500 | Realtidsovervågning af strømkvalitet, såsom spændingsafvigelse, frekvensafvigelse, trefaset spændingsubalance, spændingsudsving og flimmer, harmoniske svingninger osv., registrerer forskellige strømkvalitetshændelser og lokaliserer forstyrrelseskilder. | |
| multifunktionel energimåler |  | APM520 | Den har fuld effektmåling, harmonisk forvrængningshastighed, spændingsgennemstrømningshastighedsstatistik, tidsdelingsstatistik for elektrisk energi, switch-indgang og -udgang, analog indgang og udgang. | |
| beskyttelse mod busbuer |  | ARB6 | Den er egnet til at opsamle lysbuesignalet og strømsignalet fra styreskabet og styre åbningen af alle styreskabe på den indgående linje, busforbindelsen eller bussen. | skinnebeskyttelse på lavspændingssiden af boosterstationen |
| trådløs temperatursensor |  | ATE400 | Overvåg temperaturen på samleskinner og kabeltilslutningspunkter i spændingsdistributionssystemer på 35 kV og derunder, og udsted tidlig varsling om temperaturstigninger. | temperaturmåling af linjekontakter og samleskinner på lavspændingssiden af boosterstationen |
Tabel 1 Lavspændingssideledning, måle- og styrekonfiguration for samleskinnebeskyttelse
2.3 Måling og styring af hovedtransformatorbeskyttelse
Efter at vindmøllens strømproduktion er forbundet med lavspændingssideskinnen, øges den til 110 kV via hovedtransformeren og tilsluttes nettet. Hovedtransformeren er udstyret med differentialbeskyttelse, høj backup-beskyttelse, lav backup-beskyttelse, ikke-elektrisk beskyttelse, måle- og styreenhed, transformertemperaturstyring og geartransmitter for at realisere hovedtransformerens beskyttelses-, måle- og styrefunktion samt centraliseret gruppeskærminstallation.
| Punkt | Billede | Model | Fungere | Anvendelse |
| differentialbeskyttelsesanordning |  | AM6-D2 | Differensbeskyttelse på begge sider af hovedtransformeren | hovedtransformer for boosterstationen |
| høj- og lavspændingsside backupbeskyttelse | AM6-TB | Tre-trins fase-til-fase overstrøm, to-trins nul-sekvens overstrøm, to-trins overstrømsbeskyttelse med mellemrum, komposit spændingsblokering, to-trins nul-sekvens overspændingsbeskyttelse, kontrol af afbryder | hovedtransformer for boosterstationen | |
| ikke-elektrisk beskyttelse | AM6-FD | Tung gas, let gas, overtemperatur, trykudligningsbeskyttelse og alarm | hovedtransformer for boosterstationen | |
| måle- og styreenhed | AM6-K | Fjernmåling, fjernsignalering, fjernbetjening | hovedtransformer for boosterstationen | |
| temperaturtransmitter | ARTM-8L | Overvåg hovedtransformatorviklingen og olietemperaturen | hovedtransformer for boosterstationen |
Tabel 2 Konfiguration af måling og styring af hovedtransformatorbeskyttelse
2.4 Måling og kontrol af højspændingsledningsbeskyttelse
Den elektriske energi, der genereres af vindmølleparken, boostes to gange til 110 kV og indarbejdes derefter i elnettet. 110 kV-linjen er udstyret med differentialbeskyttelse for optiske fibre, afstandsbeskyttelse, beskyttelse mod ø-drift samt måle- og styringsenheder.
| Punkt | Billede | Model | Fungere | Anvendelse |
| beskyttelsesanordning | | AM6-LD | Differensbeskyttelsesenhed til optisk fiberlinje | begge sider af linjen |
| AM6-L2 | Fase-til-fase/jord-afstand, nulsekvensoverstrøm, fejlplacering osv. | denne side | ||
| AM6-K | Fjernmåling, fjernsignalering, fjernbetjening | |||
| AM5SE-IS | Beskyttelsesanordning mod ø-drift, når det eksterne strømnet er afbrudt fra strømnettet | |||
| Enhed til overvågning af strømkvalitet | | APView500 | Realtidsovervågning af strømkvalitet såsom spændingsafvigelse, frekvensafvigelse, trefaset spændingsubalance, spændingsudsving og flimmer, harmoniske svingninger osv. registrere forskellige strømkvalitetshændelser og lokalisere forstyrrelseskilder. | denne side |
Tabel 3 Konfiguration af måling og styring af 110 kV linjebeskyttelse
3. Overvågningssystem til vindmølleparker
Overvågningsplatformen til vindmølleparken muliggør overvågning, kontrol og styring af vindmølleparkens driftsstatus og vindmøllernes realtidsdata, forbedrer vindmølleparkens pålidelighed og driftseffektivitet, reducerer vedligeholdelsesomkostninger og realiserer intelligent styring.
Vindmølleparken dækker et relativt stort område, og udstyret er spredt. Systemet har relativt høje krav til datakommunikationens pålidelighed og realtidsydelse. Hvis forholdene tillader det, kan det redundante ringnetværk af optiske fibre bruges til dataindsamling og kommunikation, og den trådløse LORA-metode kan også bruges til datatransmission.
Figur 4 Diagram over overvågningssystem for vindmølleparker
Dataene fra trækventilatorenhedens PLC og bokstransformatorens måle- og styreenhed uploades til dataserveren i kontrolrummet via det optiske fiberringnetværk, og dataene fra boosterstationens omfattende automationssystem uploades til dataserveren via Ethernet. Transmittere, DC-systemer og andre smarte enheder er forbundet til kommunikationsstyringsmaskinen for at uploade data til serveren.
3.1 Overvågning af vindmølleparker
Omfattende visning af de grundlæggende parametre for hele vindmølleparkens trækventilator (inklusive vindhastighed, effekt, hastighed osv.) og kan realisere den daglige strømproduktion, månedlig strømproduktion, årlig overvågning af strømproduktionen er praktisk til overvågning af trækventilatorens driftsstatus i realtid.
3.2 Overvågning af besætning
Overvåg parametrene og kontrolstatus for hvert kontrolmodul i enheden, herunder: hældning, drejning, gearkasse, generator, hydraulisk station, maskinrum, konverter, elnet, sikkerhedskæde, moment, hovedaksel, tårnbase, vindmåler osv. Få adgang til den omfattende visning af parametre, fejl og trendgrafer for hvert modul.
3.3 Visning af data i realtid
Trækventilatoren, transformerstationerne og andet udstyr i vindmølleparken er udstyret med sensorer og overvågningsudstyr, som kan indsamle driftsdata, temperatur, vibrationer og andre parametre for udstyret i realtid og give rettidige advarsler i tilfælde af unormalheder.
3.4 Strømstyring
Visning af aktive og reaktive parametre, styring og justering af aktiv og reaktiv effekt og andre funktioner kan effektivt reducere virksomhedernes driftsomkostninger og yde datastøtte til målet om energibesparelse og emissionsreduktion.
3.5 Produktionsrapport
Viser og rapporterer rapportfunktioner for vigtige parametre såsom vindkraft, vindmølleparkernes ydeevneindikatorer og enhedernes nye energi, og understøtter statistikker over driften af hvert vindmølleparkudstyr i henhold til tidsdimensionen (dag, måned og år). I henhold til forespørgselsmetoden for dag, måned og år klassificeres og tælles de vigtige parametre efter element, og rapporten genereres.
3.6 Statistisk analyse
Understøtter en række statistiske analysefunktioner, udnytter fuldt ud datapotentialet, leverer energibesparende optimeringsløsninger, giver beslutningsgrundlag for ledere, forbedrer virksomheders ledelsesniveau på en realistisk måde og opnår endelig målet om energibesparelse, emissionsreduktion og videnskabelig produktion. Analysemetoderne omfatter: fejlstatistik, effektkurve, tilgængelighedsstatistik, vindrosediagram, vindhastighedsrapport, månedlig og daglig udnyttelses- og nedetidstatistik osv.
Referencer:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Udsendelsestidspunkt: 6. maj 2025