Abstract: Essendo una delle fonti di energia pulita, la capacità installata dei parchi eolici è cresciuta rapidamente negli ultimi anni. I parchi eolici si dividono in parchi eolici onshore e parchi eolici offshore. Generalmente, sono situati in località remote, con installazioni sparse e ambienti difficili. Pertanto, i parchi eolici necessitano di un sistema di monitoraggio remoto per facilitare il personale operativo e di manutenzione e gestire le operazioni dell'impianto in modo più efficiente.
Parola chiave: parco eolico, sistema di monitoraggio centralizzato, dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore in scatola
1. Apparecchiature elettriche per parchi eolici
La cabina superiore di ogni gruppo elettrogeno è dotata di un generatore a turbina e la parte anteriore è costituita da una pala del ventilatore regolabile. Il sistema può regolare l'angolo di inclinazione della pala del ventilatore in base alle diverse condizioni del vento. La velocità generale della pala del ventilatore è di 10-15 giri/min, e tramite il riduttore può essere regolata fino a una velocità di 1500 giri/min per azionare il generatore. Un PLC industriale è inoltre configurato nella sala macchine per il controllo e la raccolta dei dati correlati. La velocità del vento, la direzione del vento, la velocità di rotazione, la potenza attiva e reattiva della generazione di energia e altri dati correlati vengono raccolti tramite il PLC e il generatore viene controllato in tempo reale tramite i dati raccolti. A terra, un trasformatore a scatola è installato alla base della torre eolica per il boosting e la convergenza. A seconda della potenza e delle condizioni geografiche, più turbine eoliche vengono boostate una volta e collegate in parallelo per convergere verso la sottostazione di boosting. Immettono l'elettricità nella rete. Lo schema elettrico del parco eolico è mostrato in Figura 1. La tensione emessa dal ventilatore è generalmente di 0,69 kV, che viene aumentata a 10 kV o 35 kV dal trasformatore a scatola. Dopo diverse confluenze parallele, i cavi vengono collegati alla barra di bassa tensione della sottostazione elevatrice e quindi aumentati a 110 kV o più dal trasformatore principale, immettendoli nella rete elettrica.
A differenza dell'energia eolica terrestre, a causa dell'ambiente ostile dell'energia eolica offshore (elevata umidità, elevata densità salina), il trasformatore a secco utilizzato per l'aumento di potenza primario è integrato nel vano motore del ventilatore di tiraggio, il che non solo risolve il problema dell'ingombro dell'intera unità, ma evita anche la difficoltà di protezione causata dall'installazione del trasformatore in una posizione più bassa.
Figura 1 Schema del cablaggio elettrico del parco eolico
2. Apparecchiature di protezione, misura e controllo per parchi eolici
Dalla generazione di energia della turbina eolica - trasformatore della cabina di amplificazione - confluenza - barra di distribuzione di media tensione della stazione di amplificazione - trasformatore principale - barra di distribuzione di alta tensione della stazione di amplificazione - presa di corrente ad alta tensione - connessione alla rete, il centro deve essere amplificato due volte prima di essere immesso nella rete. La rete elettrica è dotata di un gran numero e di diverse tipologie di apparecchiature elettriche e qualsiasi guasto in uno qualsiasi dei collegamenti influirà sul normale funzionamento del parco eolico. Pertanto, è necessario installare dispositivi di protezione, misurazione e controllo in tutti i collegamenti del parco eolico per monitorarne in modo completo lo stato operativo. La Figura 2 è uno schema della configurazione dei dispositivi di protezione, misurazione e controllo del parco eolico.
Figura 2 Schema di configurazione dei dispositivi di misura e controllo della protezione per parchi eolici
2.1 Dispositivo di misura e controllo del trasformatore in scatola
Per ridurre le perdite di linea nei parchi eolici onshore, una stazione di booster a scatola da 0,69/35(10) kV viene generalmente installata accanto alla turbina eolica. La distanza tra le turbine eoliche nel parco eolico è di centinaia di metri, quindi molto lontana dalla sala di controllo centrale. I trasformatori elevatori si trovano in campo aperto e l'ambiente naturale è relativamente ostile, il che rende difficile l'ispezione manuale. Il dispositivo di misura e controllo del trasformatore a scatola è il cuore del sistema di monitoraggio del parco eolico, che realizza una gestione intelligente del trasformatore a scatola. Il dispositivo di misura e controllo della stazione a scatola può proteggere e monitorare da remoto la stazione a scatola dell'impianto eolico, svolgere appieno le funzioni di "segnalazione remota, telemetria, controllo remoto e regolazione remota" e migliorare notevolmente l'efficienza operativa e di manutenzione del parco eolico.
Figura 3 Dispositivo di misurazione e controllo della stazione-scatola del parco eolico
Il dispositivo di misura e controllo per la protezione dei trasformatori AM6-PWC è un dispositivo integrato che integra protezione, misura, controllo e comunicazione per diverse esigenze dei trasformatori elevatori per impianti eolici e fotovoltaici. La sua configurazione funzionale è illustrata nella tabella seguente.
| Nome | Funzione principale |
| Misurazione remota | Misurazione AC: Corrente trifase, tensione trifase, frequenza, fattore di potenza, potenza attiva, potenza reattiva |
| 6 canali di corrente, 6 canali di tensione | |
| Misurazione DC: un totale di 4 canali Standard 2 canali 4-20mA o 2 canali 5V DC Resistenza termica standard a 2 canali (sistema a due o tre fili) | |
| Segnalazione remota | 29 canali di ingresso aperti, di cui i primi 10 canali sono fissati come ingresso del segnale di protezione non di potenza |
| Telecomando | Uscite relè a 6 canali per uscita di protezione o normale uscita di controllo remoto |
| Protezione | Protezione non elettrica: Protezione convenzionale per gas leggero, gas pesante, alta temperatura, altissima temperatura, basso livello dell'olio del trasformatore, valvola di sicurezza: protezione di corrente a tre stadi, protezione di corrente a sequenza zero, protezione da sovratensione, protezione da bassa tensione; protezione da sovratensione a sequenza zero |
| Comunicazione | 2 interfacce di comunicazione in fibra ottica auto-riparanti, che possono formare una rete ad anello in fibra ottica |
| Interfaccia di comunicazione Ethernet a 3 canali (opzionale, specificare al momento dell'ordine) | |
| 4 porte di comunicazione RS485 | |
| Conversione del protocollo | Interfaccia di comunicazione RS485 configurabile a 4 canali, configurazione libera e conversione di vari protocolli |
| Documentazione | Registra gli ultimi 35 incidenti e 50 registri di azioni |
2.2 Misurazione e controllo della protezione della linea e della sbarra collettrice lato bassa tensione
Più turbine eoliche vengono aumentate a 35 (10) kV per la prima volta e poi collegate in parallelo per formare un circuito collegato alla barra collettrice lato bassa tensione della sottostazione di aumento della tensione. Per ottenere un monitoraggio completo, la linea è dotata di dispositivi di protezione della linea, strumenti di misurazione e controllo multifunzionali, dispositivi di monitoraggio della qualità dell'energia e dispositivi di misurazione della temperatura wireless per realizzare il monitoraggio in tempo reale della protezione elettrica della linea, della misurazione e della temperatura, e le barre collettrici lato bassa tensione sono dotate di dispositivi di protezione dagli archi.
| Articolo | Immagine | Modello | Funzione | Applicazione |
| protezione della linea |  | AM6-L | Protezione della corrente e della tensione del circuito da 35 (10) kV, protezione non elettrica, funzioni di misurazione e controllo automatico. | protezione della linea e misurazione e controllo sul lato a bassa tensione della stazione di booster |
| dispositivo di monitoraggio della qualità dell'energia |  | APView500 | Il monitoraggio in tempo reale della qualità dell'energia, come deviazione di tensione, deviazione di frequenza, squilibrio di tensione trifase, fluttuazione e sfarfallio della tensione, armoniche, ecc., registra vari eventi relativi alla qualità dell'energia e individua le fonti di disturbo. | |
| contatore di energia multifunzione |  | APM520 | Dispone di misurazione della potenza completa, tasso di distorsione armonica, statistiche sul tasso di passaggio della tensione, statistiche sull'energia elettrica a condivisione temporale, ingresso e uscita di commutazione, ingresso e uscita analogici. | |
| protezione dagli archi del bus |  | ARB6 | È adatto per raccogliere il segnale luminoso dell'arco e il segnale di corrente del quadro elettrico e per controllare l'apertura di tutti i quadri elettrici sulla linea in arrivo, sul collegamento bus o sul bus | protezione della sbarra sul lato bassa tensione della stazione booster |
| sensore di temperatura wireless |  | ATE400 | Monitoraggio della temperatura delle sbarre collettrici e dei punti di collegamento dei cavi del sistema di distribuzione di tensione pari o inferiore a 35 kV e segnalazione tempestiva dell'aumento della temperatura. | misurazione della temperatura dei contatti di linea e delle barre collettrici sul lato a bassa tensione della stazione di booster |
Tabella 1 Configurazione di controllo e misurazione della protezione della linea lato bassa tensione e della sbarra collettrice
2.3 Misurazione e controllo della protezione del trasformatore principale
Dopo che la generazione di energia della turbina eolica è confluita nella barra di bassa tensione, viene aumentata a 110 kV attraverso il trasformatore principale e collegata alla rete. Il trasformatore principale è dotato di protezione differenziale, protezione di backup elevato, protezione di backup basso, protezione non elettrica, dispositivo di misurazione e controllo, controllo della temperatura del trasformatore e trasmettitore di potenza per realizzare la funzione di protezione, misurazione e controllo del trasformatore principale e installazione centralizzata di schermatura di gruppo.
| Articolo | Immagine | Modello | Funzione | Applicazione |
| dispositivo di protezione differenziale |  | AM6-D2 | Protezione differenziale su entrambi i lati del trasformatore principale | trasformatore principale della stazione di spinta |
| protezione di backup lato alta e bassa tensione | AM6-TB | Sovracorrente fase-fase a tre stadi, sovracorrente sequenza zero a due stadi, protezione da sovracorrente a due stadi, blocco della tensione composita, protezione da sovratensione a sequenza zero a due stadi, controllo dell'interruttore automatico | trasformatore principale della stazione di spinta | |
| protezione non elettrica | AM6-FD | Protezione da gas pesante, gas leggero, sovratemperatura, rilascio di pressione e allarme | trasformatore principale della stazione di spinta | |
| dispositivo di misura e controllo | AM6-K | Misurazione remota, segnalazione remota, controllo remoto | trasformatore principale della stazione di spinta | |
| trasmettitore di temperatura | ARTM-8L | Monitorare l'avvolgimento del trasformatore principale e la temperatura dell'olio | trasformatore principale della stazione di spinta |
Tabella 2 Configurazione di controllo e misurazione della protezione del trasformatore principale
2.4 Misurazione e controllo della protezione delle linee ad alta tensione
L'energia elettrica generata dal parco eolico viene aumentata due volte a 110 kV e poi immessa nella rete elettrica. La linea a 110 kV è dotata di protezione differenziale in fibra ottica, protezione di distanza, protezione anti-islanding e dispositivi di misura e controllo.
| Articolo | Immagine | Modello | Funzione | Applicazione |
| dispositivo di protezione | | AM6-LD | Dispositivo di protezione differenziale in fibra ottica di linea | entrambi i lati della linea |
| AM6-L2 | Distanza fase-fase/terra, sovracorrente a sequenza zero, ubicazione del guasto, ecc. | da questa parte | ||
| AM6-K | Misurazione remota, segnalazione remota, controllo remoto | |||
| AM5SE-IS | Dispositivo di protezione anti-isola, quando la rete elettrica esterna viene scollegata dalla rete elettrica | |||
| dispositivo di monitoraggio della qualità dell'energia | | APView500 | Monitoraggio in tempo reale della qualità dell'energia, come deviazione di tensione, deviazione di frequenza, squilibrio di tensione trifase, fluttuazione e sfarfallio della tensione, armoniche, ecc. registrare vari eventi relativi alla qualità dell'energia e individuare le fonti di disturbo. | da questa parte |
Tabella 3 Configurazione di controllo e misurazione della protezione della linea da 110 kV
3. Sistema di monitoraggio del parco eolico
La piattaforma di monitoraggio del parco eolico realizza il monitoraggio, il controllo e la gestione dello stato operativo del parco eolico e dei dati in tempo reale delle turbine eoliche, migliora l'affidabilità e l'efficienza operativa del parco eolico, riduce i costi di manutenzione e realizza una gestione intelligente.
Il parco eolico copre un'area relativamente ampia e le apparecchiature sono distribuite in modo sparso. Il sistema ha requisiti relativamente elevati in termini di affidabilità della comunicazione dati e prestazioni in tempo reale. Se le condizioni lo consentono, la rete ad anello ridondante in fibra ottica può essere utilizzata per la raccolta e la comunicazione dei dati, mentre per la trasmissione dei dati può essere utilizzato anche il metodo wireless LORA.
Figura 4 Diagramma del sistema di monitoraggio del parco eolico
I dati del PLC dell'unità di ventilazione e del dispositivo di misurazione e controllo del trasformatore vengono caricati sul server dati nella sala controllo tramite la rete ad anello in fibra ottica, mentre i dati del sistema di automazione completo della stazione di booster vengono caricati sul server dati tramite Ethernet. Trasmettitori, sistemi CC e altri dispositivi intelligenti sono collegati al sistema di gestione delle comunicazioni per caricare i dati sul server.
3.1 Monitoraggio del parco eolico
Visualizzazione completa dei parametri di base dell'intero ventilatore di tiraggio del parco eolico (inclusi velocità del vento, potenza, velocità, ecc.) e può realizzare la produzione di energia giornaliera, la produzione di energia mensile, la produzione di energia annuale. Il monitoraggio della produzione di energia è comodo per il monitoraggio in tempo reale dello stato operativo del ventilatore di tiraggio.
3.2 Monitoraggio dell'equipaggio
Monitorare i parametri e lo stato di controllo di ciascun modulo di controllo nell'unità, tra cui: beccheggio, imbardata, cambio, generatore, stazione idraulica, sala macchine, convertitore, rete elettrica, catena di sicurezza, coppia, albero principale, base della torre, anemometro, ecc. Realizzare la visualizzazione completa dei parametri, dei guasti e dei grafici di tendenza di ciascun modulo.
3.3 Visualizzazione dei dati in tempo reale
Il ventilatore di tiraggio, le sottostazioni e le altre apparecchiature del parco eolico sono dotati di sensori e apparecchiature di monitoraggio, in grado di raccogliere in tempo reale i dati elettrici operativi, la temperatura, le vibrazioni e altri parametri delle apparecchiature e di inviare avvisi tempestivi in caso di anomalie.
3.4 Gestione dell'alimentazione
La visualizzazione dei parametri attivi e reattivi, il controllo e la regolazione della potenza attiva e reattiva e altre funzioni possono ridurre efficacemente i costi operativi delle aziende e fornire supporto ai dati per raggiungere l'obiettivo del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni.
3.5 Rapporto di produzione
Visualizza e segnala parametri importanti come l'energia eolica, gli indicatori di prestazione del parco eolico e la nuova energia unitaria, e supporta le statistiche di funzionamento di ciascuna apparecchiatura del parco eolico in base alla dimensione temporale (giorno, mese e anno). In base al metodo di query per giorno, mese e anno, i parametri importanti vengono classificati e conteggiati per elemento e viene generato il report.
3.6 Analisi statistica
Supporta una varietà di funzioni di analisi statistica, sfrutta appieno il potenziale valore dei dati, fornisce soluzioni di ottimizzazione del risparmio energetico, fornisce una base decisionale per i manager, migliora il livello di gestione delle imprese in modo fattibile e, infine, raggiunge l'obiettivo di risparmio energetico, riduzione delle emissioni e produzione scientifica. I metodi di analisi includono: statistiche di guasto, curva di potenza, statistiche di disponibilità, diagramma a rosa dei venti, report sulla velocità del vento, statistiche di utilizzo e tempi di inattività mensili e giornalieri, ecc.
Riferimenti:
[1] Manuale di progettazione e applicazione della microrete Acrel Enterprise. Versione 2022.05
Data di pubblicazione: 06-05-2025