Résumé : En tant que source d'énergie propre, la capacité installée des parcs éoliens a connu une croissance rapide ces dernières années. Les parcs éoliens se divisent en parcs éoliens terrestres et parcs éoliens offshore. Ils sont généralement situés dans des endroits isolés, avec des installations dispersées et des environnements difficiles. Par conséquent, les parcs éoliens nécessitent un système de surveillance à distance pour permettre au personnel d'exploitation et de maintenance de gérer plus efficacement leurs opérations.
Mots-clés : parc éolien, système de surveillance centralisé, dispositif de mesure et de contrôle de transformateur de boîte
1. Équipements électriques pour parcs éoliens
La cabine supérieure de chaque groupe électrogène est équipée d'un turbogénérateur, dont l'extrémité avant est une pale de ventilateur réglable. Le système permet d'ajuster l'angle d'inclinaison des pales en fonction des conditions de vent. La vitesse générale des pales est de 10 à 15 tr/min, et le réducteur permet de la régler jusqu'à 1 500 tr/min pour entraîner le générateur. Un automate programmable industriel est également configuré dans la salle des machines pour le contrôle et la collecte des données associées. La vitesse et la direction du vent, la vitesse de rotation, les puissances active et réactive de la production d'électricité, ainsi que d'autres données connexes, sont collectées par l'automate programmable, et le générateur est contrôlé en temps réel grâce à ces données. À terre, un transformateur est installé au pied de l'éolienne pour assurer la suralimentation et la convergence. Selon la puissance et les conditions géographiques, plusieurs éoliennes sont suralimentées une fois et connectées en parallèle pour converger vers la sous-station de suralimentation. L'électricité est ensuite acheminée vers le réseau. Le schéma de câblage électrique du parc éolien est présenté à la figure 1. La tension émise par le ventilateur est généralement de 0,69 kV, puis portée à 10 ou 35 kV par le transformateur de puissance. Après plusieurs confluences parallèles, le ventilateur est connecté au jeu de barres côté basse tension du poste élévateur, puis porté à 110 kV ou plus par le transformateur principal.
Contrairement à l'énergie éolienne terrestre, en raison de l'environnement difficile de l'énergie éolienne offshore (humidité élevée, densité de sel élevée), le transformateur de type sec utilisé pour la suralimentation primaire est intégré dans le compartiment moteur du ventilateur de tirage, ce qui résout non seulement le problème de l'encombrement de l'ensemble de l'unité, mais évite également la difficulté de protection causée par l'installation du transformateur à une position plus basse.
Figure 1 Schéma de principe du câblage électrique d'un parc éolien
2. Équipements de protection, de mesure et de contrôle pour parcs éoliens
De la production d'énergie éolienne au transformateur de surpression, en passant par le confluent, le jeu de barres moyenne tension de la station de surpression, le transformateur principal, le jeu de barres haute tension de la station de surpression, la prise haute tension et le raccordement au réseau, le milieu doit être survolté deux fois avant d'être intégré au réseau. Le réseau électrique comporte un grand nombre et une grande variété d'équipements électriques, et toute défaillance d'une liaison affecte le fonctionnement normal du parc éolien. Par conséquent, il est nécessaire de mettre en place des dispositifs de protection, de mesure et de contrôle sur toutes les liaisons du parc éolien afin de surveiller l'état de fonctionnement du parc. La figure 2 est un schéma de la configuration des dispositifs de protection, de mesure et de contrôle du parc éolien.
Figure 2 Schéma de configuration des dispositifs de mesure et de contrôle de protection pour les parcs éoliens
2.1 Appareil de mesure et de contrôle du transformateur de boîte
Afin de réduire les pertes en ligne dans les parcs éoliens terrestres, un poste de suralimentation de 0,69/35(10) kV est généralement installé à proximité de l'éolienne. La distance entre les éoliennes du parc est de plusieurs centaines de mètres, ce qui est loin de la salle de contrôle centrale. Les transformateurs élévateurs sont situés en plein champ et l'environnement naturel est relativement rude, ce qui rend l'inspection manuelle difficile. Le dispositif de mesure et de contrôle du transformateur est au cœur du système de surveillance du parc éolien, permettant une gestion intelligente du transformateur. Ce dispositif permet de protéger et de surveiller à distance le poste éolien, de réaliser pleinement les fonctions de signalisation, de télémétrie, de contrôle et de réglage à distance, et d'améliorer considérablement l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance du parc éolien.
Figure 3 Dispositif de mesure et de contrôle de la station-boîte du parc éolien
Le boîtier de protection et de contrôle des transformateurs AM6-PWC est un dispositif intégré intégrant protection, mesure, contrôle et communication pour répondre aux différents besoins des transformateurs élévateurs éoliens et photovoltaïques. Sa configuration fonctionnelle est présentée dans le tableau ci-dessous.
| Nom | Fonction principale |
| Comptage à distance | Mesure AC : Courant triphasé, tension triphasée, fréquence, facteur de puissance, puissance active, puissance réactive |
| 6 canaux de courant, 6 canaux de tension | |
| Mesure DC : un total de 4 canaux Standard 2 canaux 4-20 mA ou 2 canaux 5 V CC Résistance thermique standard à 2 canaux (système à deux ou trois fils) | |
| Signalisation à distance | 29 canaux d'entrée ouverts, dont les 10 premiers canaux sont fixés comme entrée de signal de protection sans alimentation |
| Télécommande | Sorties relais à 6 canaux pour sortie de protection ou sortie de télécommande normale |
| Protection | Protection hors alimentation : Gaz léger, gaz lourd, haute température, ultra haute température, faible niveau d'huile du transformateur, soupape de décharge de pression protection conventionnelle : protection de courant à trois niveaux, protection de courant homopolaire, protection contre les surtensions, protection basse tension ; protection contre les surtensions homopolaires |
| Communication | 2 interfaces de communication à fibre optique auto-réparatrices, qui peuvent former un réseau en anneau de fibre optique |
| Interface de communication Ethernet 3 canaux (en option, à préciser lors de la commande) | |
| 4 ports de communication RS485 | |
| Conversion de protocole | Interface de communication RS485 configurable à 4 canaux, configuration et conversion libres de divers protocoles |
| Enregistrer | Enregistrez les 35 derniers accidents et les 50 derniers enregistrements d'action |
2.2 Mesure et contrôle de la protection des lignes latérales et des jeux de barres basse tension
Plusieurs éoliennes sont portées à 35 (10) kV pour la première fois, puis connectées en parallèle pour former un circuit connecté au jeu de barres côté basse tension du poste élévateur. Afin de réaliser une surveillance complète, la ligne est équipée de dispositifs de protection de ligne, d'instruments de mesure et de contrôle multifonctionnels, de dispositifs de surveillance de la qualité de l'énergie et de dispositifs de mesure de température sans fil pour réaliser une surveillance en temps réel de la protection électrique de la ligne, de la mesure et de la température, et les jeux de barres côté basse tension sont équipés de dispositifs de protection contre les arcs.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| protection de ligne |  | AM6-L | Protection de courant et de tension de circuit 35 (10) kV, protection non électrique, fonctions de mesure et de contrôle automatique. | protection de ligne et mesure et contrôle du côté basse tension de la station de surpression |
| dispositif de surveillance de la qualité de l'énergie |  | APView500 | Surveillance en temps réel de la qualité de l'énergie telle que l'écart de tension, l'écart de fréquence, le déséquilibre de tension triphasé, la fluctuation et le scintillement de tension, les harmoniques, etc., enregistre divers événements de qualité de l'énergie et localise les sources de perturbation. | |
| compteur d'énergie multifonction |  | APM520 | Il dispose d'une mesure de puissance complète, d'un taux de distorsion harmonique, de statistiques de taux de réussite de tension, de statistiques d'énergie électrique à temps partagé, d'une entrée et d'une sortie de commutation, d'une entrée et d'une sortie analogiques. | |
| protection contre les arcs de bus |  | ARB6 | Il est adapté pour collecter le signal lumineux de l'arc et le signal de courant de l'armoire de commande et pour contrôler l'ouverture de toutes les armoires de commande sur la ligne entrante, la liaison de bus ou le bus | protection du jeu de barres côté basse tension de la station de surpression |
| capteur de température sans fil |  | ATE400 | Surveiller la température des jeux de barres et des points de connexion des câbles du système de distribution de tension de 35 kV et moins et alerter précocement en cas d'augmentation de la température. | mesure de la température des contacts de ligne et des barres omnibus du côté basse tension de la station de surpression |
Tableau 1 Configuration de mesure et de contrôle de la protection des jeux de barres côté basse tension
2.3 Mesure et contrôle de la protection du transformateur principal
Une fois la production d'énergie éolienne raccordée au jeu de barres côté basse tension, elle est portée à 110 kV par le transformateur principal et connectée au réseau. Ce dernier est équipé d'une protection différentielle, d'une protection de secours haute et basse tension, d'une protection non électrique, d'un dispositif de mesure et de contrôle, d'un régulateur de température et d'un transmetteur de vitesse pour assurer la protection, la mesure et le contrôle du transformateur principal, ainsi que d'un écran de groupe centralisé.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| dispositif de protection différentielle |  | AM6-D2 | Protection différentielle des deux côtés du transformateur principal | transformateur principal de la station de surpression |
| protection de secours latérale haute et basse tension | AM6-TB | Surintensité phase-phase à trois étages, surintensité homopolaire à deux étages, protection contre les surintensités à deux niveaux, blocage de tension composite, protection contre les surtensions homopolaires à deux étages, commande de disjoncteur | transformateur principal de la station de surpression | |
| protection non électrique | AM6-FD | Gaz lourd, gaz léger, surchauffe, protection contre la surpression et alarme | transformateur principal de la station de surpression | |
| dispositif de mesure et de contrôle | AM6-K | Comptage à distance, signalisation à distance, contrôle à distance | transformateur principal de la station de surpression | |
| transmetteur de température | ARTM-8L | Surveiller l'enroulement du transformateur principal et la température de l'huile | transformateur principal de la station de surpression |
Tableau 2 Configuration de mesure et de contrôle de la protection du transformateur principal
2.4 Mesure et contrôle de la protection des lignes à haute tension
L'énergie électrique produite par le parc éolien est portée deux fois à 110 kV, puis injectée dans le réseau électrique. La ligne 110 kV est équipée d'une protection différentielle à fibre optique, d'une protection de distance, d'une protection anti-îlotage, ainsi que de dispositifs de mesure et de contrôle.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| dispositif de protection | | AM6-LD | Dispositif de protection différentielle de fibre optique de ligne | des deux côtés de la ligne |
| AM6-L2 | Distance phase-phase/terre, surintensité homopolaire, localisation des défauts, etc. | ce côté | ||
| AM6-K | Comptage à distance, signalisation à distance, contrôle à distance | |||
| AM5SE-IS | Dispositif de protection anti-îlotage, lorsque le réseau électrique externe est déconnecté du réseau électrique | |||
| dispositif de surveillance de la qualité de l'énergie | | APView500 | Surveillance en temps réel de la qualité de l'énergie telle que l'écart de tension, l'écart de fréquence, déséquilibre de tension triphasé, fluctuation et scintillement de tension, harmoniques, etc. enregistrer divers événements de qualité de l'énergie et localiser les sources de perturbations. | ce côté |
Tableau 3 Configuration de mesure et de contrôle de la protection de ligne 110 kV
3. Système de surveillance du parc éolien
La plate-forme de surveillance du parc éolien réalise la surveillance, le contrôle et la gestion de l'état de fonctionnement du parc éolien et des données en temps réel des éoliennes, améliore la fiabilité et l'efficacité de fonctionnement du parc éolien, réduit les coûts de maintenance et réalise une gestion intelligente.
Le parc éolien couvre une superficie relativement vaste et les équipements sont dispersés. Le système présente des exigences relativement élevées en matière de fiabilité de communication de données et de performances en temps réel. Si les conditions le permettent, le réseau en anneau redondant à fibre optique peut être utilisé pour la collecte et la communication des données, et la méthode sans fil LORA peut également être utilisée pour la transmission des données.
Figure 4 Schéma du système de surveillance du parc éolien
Les données de l'automate programmable du ventilateur de tirage et du dispositif de mesure et de contrôle du transformateur de boîte sont téléchargées vers le serveur de données de la salle de contrôle via le réseau en anneau de fibre optique, et celles du système d'automatisation complet de la station de surpression sont téléchargées vers le serveur via Ethernet. Les transmetteurs, les systèmes CC et autres appareils intelligents sont connectés au système de gestion des communications pour télécharger les données vers le serveur.
3.1 Surveillance des parcs éoliens
Affichage complet des paramètres de base de l'ensemble du ventilateur de tirage du parc éolien (y compris la vitesse du vent, la puissance, la vitesse, etc.), et peut réaliser la production d'énergie quotidienne, la production d'énergie mensuelle, la production d'énergie annuelle. La surveillance de la production d'énergie est pratique pour la surveillance en temps réel de l'état de fonctionnement du ventilateur de tirage.
3.2 Surveillance de l'équipage
Surveillez les paramètres et l'état de contrôle de chaque module de contrôle de l'unité, notamment : pas, lacet, boîte de vitesses, générateur, station hydraulique, salle des machines, convertisseur, réseau électrique, chaîne de sécurité, couple, arbre principal, base de la tour, anémomètre, etc. Réalisez l'affichage complet des paramètres, des défauts et des graphiques de tendance de chaque module.
3.3 Affichage des données en temps réel
Le ventilateur de tirage, les sous-stations et autres équipements du parc éolien sont équipés de capteurs et d'équipements de surveillance, qui peuvent collecter les données électriques de fonctionnement, la température, les vibrations et d'autres paramètres de l'équipement en temps réel, et donner des avertissements opportuns en cas d'anomalies.
3.4 Gestion de l'alimentation
L'affichage des paramètres actifs et réactifs, le contrôle et le réglage de la puissance active et réactive et d'autres fonctions peuvent réduire efficacement les coûts d'exploitation des entreprises et fournir un support de données pour l'objectif de conservation de l'énergie et de réduction des émissions.
3.5 Rapport de production
Les fonctions d'affichage et de génération de rapports concernent des paramètres importants tels que la puissance éolienne, les indicateurs de performance du parc éolien et la nouvelle énergie unitaire. Elles permettent également de générer des statistiques de fonctionnement de chaque équipement du parc éolien selon la durée (jour, mois et année). Selon la méthode de requête jour, mois et année, les paramètres importants sont classés et comptabilisés par élément, puis le rapport est généré.
3.6 Analyse statistique
Prise en charge de diverses fonctions d'analyse statistique, exploitation optimale du potentiel des données, fourniture de solutions d'optimisation des économies d'énergie, fourniture d'une base de décision aux gestionnaires, amélioration du niveau de gestion des entreprises de manière réaliste et, enfin, réalisation des objectifs d'économie d'énergie, de réduction des émissions et de production scientifique. Les méthodes d'analyse comprennent : statistiques de pannes, courbe de puissance, statistiques de disponibilité, diagramme de rose des vents, rapport sur la vitesse du vent, statistiques mensuelles et quotidiennes d'utilisation et de temps d'arrêt, etc.
Références :
[1] Manuel de conception et d'application du microréseau d'entreprise Acrel. Version 2022.05.
Date de publication : 6 mai 2025