Resumen: Como una de las fuentes de energía limpia, la capacidad instalada de los parques eólicos ha crecido rápidamente en los últimos años. Los parques eólicos se dividen en terrestres y marinos. Generalmente, se ubican en ubicaciones remotas, con instalaciones dispersas y entornos hostiles. Por lo tanto, los parques eólicos necesitan un sistema de monitorización remota que facilite al personal de operación y mantenimiento la gestión de sus operaciones de forma más eficiente.
Palabra clave: parque eólico, sistema de monitorización centralizado, dispositivo de medición y control de transformador de caja
1. Equipos eléctricos para parques eólicos
La cabina superior de cada grupo electrógeno está equipada con un generador de turbina, y el extremo frontal es un aspa de ventilador ajustable. El sistema puede ajustar el ángulo de inclinación del aspa del ventilador según las diferentes condiciones del viento. La velocidad general del aspa del ventilador es de 10-15 rpm, a través de la caja de engranajes se puede ajustar a una velocidad de 1500 rpm para impulsar el generador. Un PLC industrial también está configurado en la sala de máquinas para el control y la recopilación de datos relacionados. La velocidad del viento, la dirección del viento, la velocidad de rotación, la potencia activa y la potencia reactiva de la generación de energía y otros datos relacionados se recopilan a través del PLC, y el generador se controla en tiempo real a través de los datos recopilados. En tierra, se instala un transformador de caja en la parte inferior de la torre eólica para ser responsable del impulso y la convergencia. Según la potencia y las condiciones geográficas, se impulsan múltiples turbinas eólicas una vez y se conectan en paralelo para converger a la subestación de impulso. Envía electricidad a la red. El diagrama del cableado eléctrico del parque eólico se muestra en la Figura 1. La tensión emitida por el ventilador es generalmente de 0,69 kV, que se eleva a 10 kV o 35 kV mediante el transformador de caja. Tras múltiples confluencias en paralelo, se conectan a la barra colectora lateral de baja tensión de la subestación elevadora y, posteriormente, se elevan a 110 kV o más mediante el transformador principal.
A diferencia de la energía eólica terrestre, debido al duro entorno de la energía eólica marina (alta humedad, alta densidad de sal), el transformador de tipo seco utilizado para el refuerzo primario está integrado en el compartimiento del motor del ventilador de tiro, lo que no solo resuelve el problema de la huella de toda la unidad, sino que también evita la dificultad de protección causada por la instalación del transformador en una posición más baja.
Figura 1 Diagrama esquemático del cableado eléctrico del parque eólico
2. Equipos de protección, medida y control para parques eólicos
Desde la generación de energía del aerogenerador, el transformador de la caja de refuerzo, la confluencia, la barra colectora de media tensión de la estación de refuerzo, el transformador principal, la barra colectora de alta tensión de la estación de refuerzo, la salida de alta tensión y la conexión a la red, la parte media debe ser reforzada dos veces antes de integrarse a la red. La red eléctrica cuenta con una gran cantidad y tipos de equipos eléctricos, y cualquier falla en cualquier enlace afectará el funcionamiento normal del parque eólico. Por lo tanto, es necesario instalar dispositivos de protección, medición y control en todos los enlaces del parque eólico para monitorear integralmente su estado operativo. La Figura 2 es un diagrama esquemático de la configuración de los dispositivos de protección, medición y control del parque eólico.
Figura 2 Diagrama de configuración de dispositivos de medida y control de protección para parques eólicos
2.1 Dispositivo de medición y control de transformador de caja
Para reducir las pérdidas de línea en parques eólicos terrestres, generalmente se instala una estación elevadora tipo caja de 0,69/35(10) kV junto al aerogenerador. La distancia entre los aerogeneradores del parque es de cientos de metros, lo que supone una gran distancia de la sala de control central. Los transformadores elevadores se ubican en campo abierto, y el entorno natural es relativamente riguroso, lo que dificulta la inspección manual. El dispositivo de medición y control del transformador tipo caja es el componente principal del sistema de monitorización del parque eólico, que realiza la gestión inteligente del transformador tipo caja. El dispositivo de medición y control de la estación tipo caja puede proteger y monitorizar remotamente la estación tipo caja de energía eólica, realizar plenamente las funciones de señalización remota, telemetría, control remoto y ajuste remoto, y mejorar considerablemente la eficiencia de la operación y el mantenimiento del parque eólico.
Figura 3 Dispositivo de medición y control de la estación de caja del parque eólico
El dispositivo de medición y control de protección de transformadores tipo caja AM6-PWC es un dispositivo integrado que integra protección, medición, control y comunicación para diferentes requisitos de transformadores elevadores de energía eólica y fotovoltaica. Su configuración funcional se muestra en la tabla a continuación.
| Nombre | Función principal |
| Medición remota | Medición de CA: Corriente trifásica, tensión trifásica, frecuencia, factor de potencia, potencia activa, potencia reactiva |
| 6 canales de corriente, 6 canales de voltaje | |
| Medición de CC: un total de 4 canales Estándar 2 canales 4-20 mA o 2 canales 5 V CC Resistencia térmica estándar de 2 canales (sistema de dos o tres cables) | |
| Señalización remota | 29 canales de entrada abierta, de los cuales los primeros 10 canales están fijos como entrada de señal de protección sin potencia |
| Mando a distancia | Salidas de relé de 6 canales para salida de protección o salida de control remoto normal |
| Protección | Protección sin potencia: Gas ligero, gas pesado, alta temperatura, temperatura ultra alta, bajo nivel de aceite del transformador, válvula de alivio de presión protección convencional: protección de corriente de tres etapas, protección de corriente de secuencia cero, protección contra sobretensión, protección de baja tensión; protección de sobretensión de secuencia cero |
| Comunicación | 2 interfaces de comunicación de fibra óptica autorreparables, que pueden formar una red de anillo de fibra óptica |
| Interfaz de comunicación Ethernet de 3 canales (opcional, especificar al realizar el pedido) | |
| 4 puertos de comunicación RS485 | |
| Conversión de protocolo | Interfaz de comunicación RS485 configurable de 4 canales, libre configuración y conversión de varios protocolos |
| Registro | Registra los últimos 35 accidentes y 50 registros de acciones |
2.2 Medición y control de protección de líneas laterales y barras de baja tensión
Se elevan múltiples aerogeneradores a 35 (10) kV por primera vez y luego se conectan en paralelo para formar un circuito conectado a la barra colectora de baja tensión de la subestación elevadora. Para lograr una monitorización integral, la línea está equipada con dispositivos de protección de línea, instrumentos multifuncionales de medición y control, dispositivos de monitorización de la calidad de la energía y dispositivos inalámbricos de medición de temperatura para monitorizar en tiempo real la protección eléctrica, la medición y la temperatura de la línea. Las barras colectoras de baja tensión están equipadas con dispositivos de protección contra arcos eléctricos.
| Artículo | Imagen | Modelo | Función | Solicitud |
| protección de línea |  | AM6-L | Protección de corriente y voltaje de circuito de 35 (10) kV, protección no eléctrica, funciones de medición y control automático. | Protección de línea y medición y control en el lado de baja tensión de la estación elevadora |
| dispositivo de monitoreo de calidad de energía |  | APView500 | Monitoreo en tiempo real de la calidad de la energía, como desviación de voltaje, desviación de frecuencia, desequilibrio de voltaje trifásico, fluctuación y parpadeo de voltaje, armónicos, etc., registra varios eventos de calidad de energía y localiza fuentes de perturbaciones. | |
| medidor de energía multifunción |  | APM520 | Tiene medición de potencia completa, tasa de distorsión armónica, estadísticas de tasa de paso de voltaje, estadísticas de energía eléctrica de tiempo compartido, entrada y salida de conmutación, entrada y salida analógica. | |
| protección de arco de bus |  | ARB6 | Es adecuado para recolectar la señal de luz de arco y la señal de corriente del gabinete de distribución, y controlar la apertura de todos los gabinetes de distribución en la línea entrante, enlace de bus o bus. | protección de barras colectoras en el lado de baja tensión de la estación elevadora |
| sensor de temperatura inalámbrico |  | ATE400 | Monitoreo de la temperatura de barras colectoras y puntos de conexión de cables de sistemas de distribución de voltaje de 35 kV y menores y alerta temprana del aumento de temperatura. | Medición de temperatura de los contactos de línea y barras colectoras en el lado de baja tensión de la estación amplificadora |
Tabla 1 Configuración de control y medición de protección de barras y líneas laterales de baja tensión
2.3 Medición y control de la protección del transformador principal
Tras la confluencia de la generación de energía del aerogenerador con la barra colectora lateral de baja tensión, se eleva a 110 kV a través del transformador principal y se conecta a la red. El transformador principal está equipado con protección diferencial, protección de respaldo de alta tensión, protección de respaldo de baja tensión, protección no eléctrica, dispositivo de medición y control, control de temperatura del transformador y transmisor de engranajes para realizar las funciones de protección, medición y control del transformador principal, e instalación centralizada de pantallas de grupo.
| Artículo | Imagen | Modelo | Función | Solicitud |
| dispositivo de protección diferencial |  | AM6-D2 | Protección diferencial en ambos lados del transformador principal | transformador principal de la estación de refuerzo |
| Protección de respaldo lateral de alto y bajo voltaje | AM6-TB | Sobrecorriente de fase a fase de tres etapas, sobrecorriente de secuencia cero de dos etapas, protección contra sobrecorriente de dos etapas, bloqueo de voltaje compuesto, protección contra sobretensión de secuencia cero de dos etapas, control del disyuntor | transformador principal de la estación de refuerzo | |
| protección no eléctrica | AM6-FD | Gas pesado, gas ligero, sobretemperatura, protección de liberación de presión y alarma | transformador principal de la estación de refuerzo | |
| dispositivo de medición y control | AM6-K | Medición remota, señalización remota, control remoto | transformador principal de la estación de refuerzo | |
| transmisor de temperatura | ARTM-8L | Monitorizar la temperatura del aceite y del devanado del transformador principal | transformador principal de la estación de refuerzo |
Tabla 2 Configuración de medición y control de protección del transformador principal
2.4 Medición y control de protección de líneas de alta tensión
La energía eléctrica generada por el parque eólico se eleva dos veces a 110 kV y posteriormente se incorpora a la red eléctrica. La línea de 110 kV está equipada con protección diferencial de fibra óptica, protección de distancia, protección antiisla y dispositivos de medición y control.
| Artículo | Imagen | Modelo | Función | Solicitud |
| dispositivo de protección | | AM6-LD | Dispositivo de protección diferencial de fibra óptica de línea | ambos lados de la línea |
| AM6-L2 | Distancia fase a fase/tierra, sobrecorriente de secuencia cero, localización de fallas, etc. | este lado | ||
| AM6-K | Medición remota, señalización remota, control remoto | |||
| AM5SE-IS | Dispositivo de protección anti-isla, cuando la red eléctrica externa se desconecta de la red eléctrica. | |||
| dispositivo de monitoreo de calidad de energía | | APView500 | Monitoreo en tiempo real de la calidad de la energía, como desviación de voltaje, desviación de frecuencia, desequilibrio de tensión trifásica, fluctuación y parpadeo de tensión, armónicos, etc. registrar diversos eventos de calidad de energía y localizar fuentes de perturbaciones. | este lado |
Tabla 3 Configuración de control y medición de protección de línea de 110 kV
3. Sistema de monitorización de parques eólicos
La plataforma de monitoreo de parques eólicos realiza el monitoreo, control y gestión del estado operativo del parque eólico y los datos en tiempo real de las turbinas eólicas, mejora la confiabilidad y la eficiencia operativa del parque eólico, reduce los costos de mantenimiento y realiza una gestión inteligente.
El parque eólico abarca una superficie relativamente extensa y los equipos están dispersos. El sistema exige altos requisitos de fiabilidad en la comunicación de datos y rendimiento en tiempo real. Si las condiciones lo permiten, se puede utilizar la red de anillo redundante de fibra óptica para la recopilación y comunicación de datos, así como el método inalámbrico LORA para la transmisión de datos.
Figura 4 Diagrama del sistema de monitoreo de parques eólicos
Los datos del PLC del ventilador de tiro y del dispositivo de medición y control del transformador de caja se cargan al servidor de datos en la sala de control a través de la red de anillo de fibra óptica. Los datos del sistema de automatización integral de la estación de refuerzo se cargan al servidor de datos a través de Ethernet. Los transmisores, sistemas de CC y otros dispositivos inteligentes se conectan a la máquina de gestión de comunicaciones para cargar los datos al servidor.
3.1 Monitoreo de parques eólicos
Visualización completa de los parámetros básicos de todo el ventilador de tiro del parque eólico (incluida la velocidad del viento, la potencia, la velocidad, etc.) y puede realizar la generación de energía diaria, la generación de energía mensual y la anual. El monitoreo de la generación de energía es conveniente para el monitoreo en tiempo real del estado operativo del ventilador de tiro.
3.2 Monitoreo de la tripulación
Monitorear los parámetros y el estado de control de cada módulo de control en la unidad, incluyendo: paso, guiñada, caja de cambios, generador, estación hidráulica, sala de máquinas, convertidor, red eléctrica, cadena de seguridad, torque, eje principal, base de la torre, medidor de viento, etc. Realizar la visualización completa de parámetros, fallas y gráficos de tendencias de cada módulo.
3.3 Visualización de datos en tiempo real
Los ventiladores de tiro, las subestaciones y otros equipos del parque eólico están equipados con sensores y equipos de monitoreo, que pueden recopilar datos eléctricos de funcionamiento, temperatura, vibración y otros parámetros del equipo en tiempo real y brindar advertencias oportunas en caso de anomalías.
3.4 Administración de energía
La visualización de parámetros activos y reactivos, el control y ajuste de la potencia activa y reactiva y otras funciones pueden reducir efectivamente los costos operativos de las empresas y proporcionar respaldo de datos para el objetivo de conservación de energía y reducción de emisiones.
3.5 Informe de producción
Funciones de visualización y generación de informes para parámetros importantes como la energía eólica, los indicadores de rendimiento del parque eólico y la energía unitaria, además de estadísticas de funcionamiento de cada equipo del parque eólico según la dimensión temporal (día, mes y año). Según el método de consulta por día, mes y año, los parámetros importantes se clasifican y contabilizan por elemento, generando así el informe.
3.6 Análisis estadístico
Admite diversas funciones de análisis estadístico, aprovecha al máximo el valor potencial de los datos, ofrece soluciones de optimización para el ahorro energético, proporciona una base para la toma de decisiones de los gerentes, mejora la gestión empresarial de forma viable y, en definitiva, logra los objetivos de ahorro energético, reducción de emisiones y producción científica. Los métodos de análisis incluyen: estadísticas de fallas, curva de potencia, estadísticas de disponibilidad, diagrama de rosa de los vientos, informe de velocidad eólica, estadísticas mensuales y diarias de utilización y tiempo de inactividad, etc.
Referencias:
[1] Manual de diseño y aplicación de microrredes empresariales de Acrel. Versión 2022.05
Hora de publicación: 06-05-2025