Tiivistelmä: Yhtenä puhtaan energian lähteenä tuulipuistojen asennettu kapasiteetti on kasvanut nopeasti viime vuosina. Tuulipuistot jaetaan maatuulipuistoihin ja merituulipuistoihin. Yleensä ne sijaitsevat syrjäisillä paikoilla, ja niiden asennukset ovat hajallaan ja ympäristöt ovat ankaria. Siksi tuulipuistot tarvitsevat etävalvontajärjestelmän, joka helpottaa käyttö- ja kunnossapitohenkilöstön työtä tuulipuistojen toiminnan tehokkaammassa hallinnassa.
Avainsanat: tuulipuisto, keskitetty valvontajärjestelmä, laatikkomuuntajan mittaus- ja säätölaite
1. Tuulivoimaloiden sähkölaitteet
Kunkin generaattoriyksikön yläosassa on turbiinigeneraattori ja etuosassa säädettävä tuulettimen lapa. Järjestelmä voi säätää tuulettimen lavan kaltevuuskulmaa eri tuuliolosuhteiden mukaan. Tuulettimen lavan yleinen nopeus on 10–15 rpm, ja vaihteiston kautta sitä voidaan säätää 1500 rpm:iin generaattorin käyttämiseksi. Konehuoneessa on myös teollisuus-PLC ohjausta ja siihen liittyvää tiedonkeruuta varten. Tuulen nopeus, tuulen suunta, pyörimisnopeus, sähköntuotannon pätöteho ja loisteho sekä muut asiaankuuluvat tiedot kerätään PLC:n kautta, ja generaattoria ohjataan reaaliajassa kerättyjen tietojen avulla. Maalla tuuliturbiinin pohjalle on asennettu laatikkomuuntaja, joka vastaa tehostamisesta ja konvergoinnista. Tehon ja maantieteellisten olosuhteiden mukaan useita tuuliturbiineja tehostetaan kerran ja kytketään rinnakkain konvergoimiseksi tehostusasemalle. Sähköä lähetetään verkkoon. Tuulipuiston sähkökytkentäkaavio on esitetty kuvassa 1. Puhaltimen lähettämä jännite on yleensä 0,69 kV, joka korotetaan laatikkomuuntajalla 10 kV:iin tai 35 kV:iin. Useiden rinnakkaisten yhtymäkohtien jälkeen ne kytketään sähköaseman pienjännitepuolen kiskoon ja sitten päämuuntajalla korotetaan 110 kV:iin tai korkeampaan jännitettä sähköverkkoon.
Toisin kuin maalla tuotettu tuulivoima, merituulivoiman ankaran ympäristön (korkea ilmankosteus, korkea suolapitoisuus) vuoksi ensisijaiseen tehostukseen käytetty kuivamuuntaja on integroitu vetopuhaltimen moottoritilaan. Tämä ei ainoastaan ratkaise koko yksikön koko-ongelmaa, vaan myös välttää muuntajan alempaan paikkaan asentamisesta aiheutuvat suojausvaikeudet.
Kuva 1 Tuulipuiston sähköjohdotuksen kaaviokuva
2. Tuulipuistojen suojaus-, mittaus- ja ohjauslaitteet
Tuuliturbiinin sähköntuotannosta - tehostinlaatikosta muuntajaan - yhtymäkohtaan - tehostinasemaan, keskijännitekiskoon, päämuuntajaan, tehostinasemaan, korkeajännitekiskoon, korkeajännitepistorasiaan ja verkkoon kytkemiseen keskimmäinen on tehostettava kahdesti ennen kuin se liitetään verkkoon. Sähköverkossa on suuri määrä ja erilaisia sähkölaitteita, ja mikä tahansa vika missä tahansa linkissä vaikuttaa tuulipuiston normaaliin toimintaan. Siksi on tarpeen asentaa suojaus-, mittaus- ja ohjauslaitteita tuulipuiston kaikkiin linkkeihin, jotta tuulipuiston toimintatilaa voidaan seurata kattavasti. Kuva 2 on kaaviokuva tuulipuiston suojaus-, mittaus- ja ohjauslaitteiden kokoonpanosta.
Kuva 2 Tuulivoimaloiden suojausmittaus- ja ohjauslaitteiden konfigurointikaavio
2.1 Laatikkomuuntajan mittaus- ja ohjauslaite
Maatuulivoimaloiden linjahäviöiden vähentämiseksi tuuliturbiinin viereen asennetaan yleensä 0,69/35(10)kV:n kotelotyyppinen tehostinasema. Tuulivoimaloiden välinen etäisyys tuulivoimalassa on satoja metrejä, mikä on kaukana keskusvalvomosta. Tehonkorotusmuuntajat sijaitsevat avoimella kentällä, ja luonnonympäristö on suhteellisen ankara, mikä vaikeuttaa manuaalista tarkastusta. Kotelotyyppisen muuntajan mittaus- ja ohjauslaite on tuulivoimaloiden valvontajärjestelmän ydinosa, joka toteuttaa kotelotyyppisen muuntajan älykästä hallintaa. Kotelotyyppisen aseman mittaus- ja ohjauslaite voi suojata ja valvoa tuulivoimaloiden koteloasemaa etänä, toteuttaa täysin "etämerkinanto-, telemetria-, kauko-ohjaus- ja etäsäätö" -toiminnot ja parantaa huomattavasti tuulivoimaloiden käytön ja kunnossapidon tehokkuutta.
Kuva 3 Tuulivoimapuiston laatikkoaseman mittaus- ja säätölaite
AM6-PWC-kotelotyyppinen muuntajan suojaus-, mittaus- ja ohjauslaite on integroitu laite, joka yhdistää suojauksen, mittauksen ja ohjauksen sekä tiedonsiirron tuulivoima- ja aurinkosähkömuuntajien erilaisiin tarpeisiin. Sen toiminnallinen kokoonpano on esitetty alla olevassa taulukossa.
| Nimi | Päätoiminto |
| Etämittaus | AC-mittaus: Kolmivaihevirta, kolmivaihejännite, taajuus, tehokerroin, pätöteho, loisteho |
| 6 kanavaa virta, 6 kanavaa jännite | |
| DC-mittaus: yhteensä 4 kanavaa Vakiona 2 kanavaa 4-20mA tai 2 kanavaa 5V DC Vakiona 2-kanavainen lämpövastus (kaksi- tai kolmijohtiminen järjestelmä) | |
| Etäviestintä | 29 avoimen tulon kanavaa, joista 10 ensimmäistä kanavaa on kiinteästi tarkoitettu ei-tehosuojaussignaalituloiksi |
| Kaukosäädin | 6-kanavainen relelähtö suojauslähdölle tai normaalille kauko-ohjauslähdölle |
| Suojaus | Ei-virtasuojaus: Kevyt kaasu, raskas kaasu, korkea lämpötila, erittäin korkea lämpötila, matala muuntajaöljyn taso, paineenalennusventtiili, perinteinen suojaus: kolmivaiheinen virtasuoja, nollavirtasuoja, ylijännitesuoja, alijännitesuoja; nollavirtasuoja |
| Viestintä | 2 itsekorjautuvat optiset kuituyhteydet, jotka voivat muodostaa optisen kuiturengasverkon |
| Ethernet-tiedonsiirtoliitäntä 3 kanavaa (valinnainen, määritä tilauksen yhteydessä) | |
| 4 RS485-tietoliikenneporttia | |
| Protokollan muunnos | 4-kanavainen konfiguroitava RS485-tiedonsiirtoliitäntä, vapaa konfigurointi ja eri protokollien muuntaminen |
| Tallentaa | Tallenna 35 viimeisintä onnettomuutta ja 50 toimenpidettä |
2.2 Pienjännitepuolen linja- ja kiskosuojauksen mittaus ja ohjaus
Useiden tuuliturbiinien jännite nostetaan ensimmäistä kertaa 35 (10) kV:iin ja kytketään sitten rinnan muodostaen piirin, joka on kytketty jännitteenkorotusaseman pienjännitepuolen kiskoon. Kattavan valvonnan saavuttamiseksi linja on varustettu linjan suojauslaitteilla, monitoimisilla mittaus- ja säätölaitteilla, sähkönlaadun valvontalaitteilla ja langattomilla lämpötilan mittauslaitteilla linjan sähköisen suojauksen, mittauksen ja lämpötilan reaaliaikaisen valvonnan toteuttamiseksi, ja pienjännitepuolen kiskot on varustettu valokaarisuojauksilla.
| Tuote | Kuva | Malli | Toiminto | Hakemus |
| linjasuojaus |  | AM6-L | 35 (10) kV:n piirin virta- ja jännitesuojaus, ei-sähköinen suojaus, mittaus- ja automaattiset ohjaustoiminnot. | linjasuojaus sekä mittaus ja ohjaus tehostusaseman pienjännitepuolella |
| sähkönlaadun valvontalaite |  | APView500 | Reaaliaikainen sähkönlaadun valvonta, kuten jännitepoikkeama, taajuuspoikkeama, kolmivaiheinen jänniteepätasapaino, jännitevaihtelu ja välkyntä, harmoniset yliaallot jne., tallentaa erilaisia sähkönlaatutapahtumia ja paikantaa häiriölähteet. | |
| monitoiminen energiamittari |  | APM520 | Siinä on täysi tehon mittaus, harmonisen säröasteen mittaus, jännitteen läpimenonopeuden tilastot, aikajakoinen sähköenergian tilastot, kytkintulo ja -lähtö sekä analoginen tulo ja lähtö. | |
| väylän valokaarisuojaus |  | ARB6 | Se soveltuu kytkentäkaapin valokaaren valosignaalin ja virtasignaalin keräämiseen sekä kaikkien kytkentäkaappien avaamisen ohjaamiseen tulevalla linjalla, väyläliitoksella tai väylällä. | virtakiskosuojaus tehostusaseman matalajännitepuolella |
| langaton lämpötila-anturi |  | ATE400 | Valvoo 35 kV:n ja sitä alhaisempien jakelujärjestelmien virtakiskojen ja kaapelien liitäntäpisteiden lämpötilaa ja varoittaa lämpötilan noususta ennakolta. | Paineenkorotusaseman matalajännitepuolen linjakoskettimien ja väyläkiskojen lämpötilan mittaus |
Taulukko 1 Pienjännitepuolen linjan, kiskostojen suojauksen mittaus- ja ohjauskonfiguraatio
2.3 Päämuuntajan suojauksen mittaus ja ohjaus
Kun tuuliturbiinin sähköntuotanto on yhdistetty pienjännitepuolen virtakiskoon, se nostetaan 110 kV:iin päämuuntajan kautta ja kytketään verkkoon. Päämuuntaja on varustettu differentiaalisuojauksella, korkeajännitesuojauksella, alijännitesuojauksella, ei-sähköisellä suojauksella, mittaus- ja ohjauslaitteella, muuntajan lämpötilan säädöllä ja vaihdelähettimellä päämuuntajan suojaus-, mittaus- ja ohjaustoimintojen toteuttamiseksi sekä keskitetyllä ryhmäsuojauksella.
| Tuote | Kuva | Malli | Toiminto | Hakemus |
| differentiaalisuojalaite |  | AM6-D2 | Differentiaalisuoja päämuuntajan molemmilla puolilla | tehostusaseman päämuuntaja |
| korkea- ja matalajännitteisen puolen varmuuskopiointi | AM6-TB | Kolmivaiheinen vaihe-vaihe ylivirta, kaksivaiheinen nolla-sekvenssi ylivirta, kaksivaiheinen aukkoylivirtasuoja, komposiittijännitteen esto, kaksiportainen nollakomponenttiylijännitesuoja, katkaisijan ohjaus | tehostusaseman päämuuntaja | |
| ei-sähköinen suojaus | AM6-FD | Raskas kaasu, kevyt kaasu, ylikuumenemissuoja, paineenalennussuoja ja hälytys | tehostusaseman päämuuntaja | |
| mittaus- ja ohjauslaite | AM6-K | Etämittaus, etäviestit, etäohjaus | tehostusaseman päämuuntaja | |
| lämpötilalähetin | ARTM-8L | Tarkkaile päämuuntajan käämitystä ja öljyn lämpötilaa | tehostusaseman päämuuntaja |
Taulukko 2 Päämuuntajan suojausmittaus- ja ohjauskonfiguraatio
2.4 Suurjännitelinjojen suojauksen mittaus ja ohjaus
Tuulipuiston tuottama sähköenergia nostetaan kahdesti 110 kV:iin ja syötetään sitten sähköverkkoon. 110 kV:n linja on varustettu optisella kuituerottelusuojauksella, etäisyyssuojauksella, saareketilan estolla sekä mittaus- ja ohjauslaitteilla.
| Tuote | Kuva | Malli | Toiminto | Hakemus |
| suojalaite | | AM6-LD | Linjaoptisen kuidun differentiaalisuojauslaite | linjan molemmin puolin |
| AM6-L2 | Vaiheiden välinen etäisyys/maadoitukset, nollakomponenttiylivirta, vian paikannus jne. | tällä puolella | ||
| AM6-K | Etämittaus, etäviestit, etäohjaus | |||
| AM5SE-IS | Saarekkeilusuojauslaite, joka toimii, kun ulkoinen sähköverkko irrotetaan sähköverkosta | |||
| sähkönlaadun valvontalaite | | APView500 | Sähkönlaadun reaaliaikainen seuranta, kuten jännitepoikkeama, taajuuspoikkeama, kolmivaiheinen jännite-epätasapaino, jännitevaihtelut ja välkyntä, harmoniset yliaallot jne. tallentaa erilaisia sähkönlaatutapahtumia ja paikantaa häiriölähteitä. | tällä puolella |
Taulukko 3 110 kV:n linjasuojauksen mittaus- ja ohjauskonfiguraatio
3. Tuulipuiston valvontajärjestelmä
Tuulipuiston valvonta-alusta toteuttaa tuulipuiston toimintatilan ja tuuliturbiinien reaaliaikaisen datan valvonnan, ohjauksen ja hallinnan, parantaa tuulipuiston luotettavuutta ja käyttötehokkuutta, vähentää ylläpitokustannuksia ja toteuttaa älykästä hallintaa.
Tuulipuisto kattaa suhteellisen laajan alueen ja laitteet ovat hajallaan. Järjestelmällä on suhteellisen korkeat vaatimukset tiedonsiirron luotettavuudelle ja reaaliaikaiselle suorituskyvylle. Jos olosuhteet sallivat, tiedonkeruuseen ja -viestintään voidaan käyttää optista kuituverkkoa, ja tiedonsiirtoon voidaan käyttää myös langatonta LORA-menetelmää.
Kuva 4 Tuulipuiston valvontajärjestelmän kaavio
Vetopuhaltimen PLC:n ja laatikkomuuntajan mittaus- ja ohjauslaitteen tiedot ladataan valvomohuoneen datapalvelimelle optisen kuiturengasverkon kautta, ja tehostusaseman kattavan automaatiojärjestelmän tiedot ladataan datapalvelimelle Ethernetin kautta. Lähettimet, tasavirtajärjestelmät ja muut älylaitteet on kytketty tietoliikenteen hallintalaitteeseen tiedon lataamiseksi palvelimelle.
3.1 Tuulipuistojen valvonta
Kattava näyttö koko tuulipuiston vetopuhaltimen perusparametreista (mukaan lukien tuulen nopeus, teho, kierrosluku jne.), ja se voi toteuttaa päivittäisen sähköntuotannon, kuukausittaisen sähköntuotannon ja vuosittaisen sähköntuotannon. Sähköntuotannon seuranta on kätevää vetopuhaltimen toimintatilan reaaliaikaiseen seurantaan.
3.2 Miehistön valvonta
Seuraa yksikön jokaisen ohjausmoduulin parametreja ja ohjaustilaa, mukaan lukien: kallistuskulma, kääntökulma, vaihteisto, generaattori, hydrauliikka-asema, konehuone, muunnin, sähköverkko, turvaketju, vääntömomentti, pääakseli, tornin jalusta, tuulimittari jne. Toteuta kunkin moduulin parametrien, vikojen ja trendikaavioiden kattava näyttö.
3.3 Reaaliaikainen datanäyttö
Tuulipuiston vetopuhallin, sähköasemat ja muut laitteet on varustettu antureilla ja valvontalaitteilla, jotka keräävät laitteiden käyttösähkötietoja, lämpötilaa, tärinää ja muita parametreja reaaliajassa ja antavat oikea-aikaisia varoituksia poikkeavuuksista.
3.4 Virranhallinta
Aktiivisten ja reaktiivisten parametrien näyttö, aktiivisen ja reaktiivisen tehon ohjaus ja säätö sekä muut toiminnot voivat tehokkaasti vähentää yritysten käyttökustannuksia ja tarjota datatukea energiansäästön ja päästöjen vähentämisen tavoitteelle.
3.5 Tuotantoraportti
Näyttää ja raportoi raporttitoimintoja tärkeille parametreille, kuten tuulivoimalle, tuulipuiston suorituskykyindikaattoreille ja yksikön uudelle energialle, ja tukee kunkin tuulipuistolaitteen toiminnan tilastoja aikadimension mukaan (päivä, kuukausi ja vuosi). Päivän, kuukauden ja vuoden kyselymenetelmän mukaisesti tärkeät parametrit luokitellaan ja lasketaan kohteittain, ja raportti luodaan.
3.6 Tilastollinen analyysi
Tukee erilaisia tilastollisia analyysitoimintoja, hyödyntää täysin datan potentiaalisen arvon, tarjoaa energiansäästöön liittyviä optimointiratkaisuja, tarjoaa päätöksenteon perustan johtajille, parantaa yritysten johtamistasoa toteuttamiskelpoisella tavalla ja lopulta saavuttaa energiansäästön, päästöjen vähentämisen ja tieteellisen tuotannon tavoitteen. Analyysimenetelmiin kuuluvat: vikatilastot, tehokäyrä, saatavuustilastot, tuuliruusukaavio, tuulen nopeuden tehoraportti, kuukausittaiset ja päivittäiset käyttö- ja seisokkitilastot jne.
Viitteet:
[1] Acrel Enterprise -mikroverkon suunnittelu- ja sovelluskäsikirja. Versio 2022.05
Julkaisun aika: 06.05.2025