Samenvatting: Als een van de schone energiebronnen is de geïnstalleerde capaciteit van windparken de afgelopen jaren snel gegroeid. Windparken worden onderverdeeld in onshore windparken en offshore windparken. Over het algemeen bevinden ze zich op afgelegen locaties, met verspreide installaties en zware omstandigheden. Daarom hebben windparken een systeem voor monitoring op afstand nodig om het operationele en onderhoudspersoneel in staat te stellen de windparkactiviteiten efficiënter te beheren.
Trefwoord: windpark, gecentraliseerd monitoringsysteem, meet- en regelapparaat voor transformatoren
1. Elektrische apparatuur voor windparken
De bovenste cabine van elke generatorset is uitgerust met een turbinegenerator en de voorkant is voorzien van een verstelbaar ventilatorblad. Het systeem kan de hellingshoek van het ventilatorblad aanpassen aan verschillende windomstandigheden. De gemiddelde snelheid van het ventilatorblad bedraagt 10-15 tpm, via de tandwielkast kan een snelheid van 1500 tpm worden aangepast om de generator aan te drijven. In de machinekamer is ook een industriële PLC geconfigureerd voor de besturing en bijbehorende gegevensverzameling. De windsnelheid, windrichting, rotatiesnelheid, het actieve vermogen en reactieve vermogen van de stroomopwekking en andere gerelateerde gegevens worden via de PLC verzameld, en de generator wordt in realtime aangestuurd op basis van de verzamelde gegevens. Op het land is een boxtransformator geïnstalleerd aan de onderkant van de windtoren die verantwoordelijk is voor het versterken en convergeren. Afhankelijk van het vermogen en de geografische omstandigheden worden meerdere windturbines één keer versterkt en parallel geschakeld om te convergeren naar het versterkingsstation. De elektriciteit wordt vervolgens naar het net gestuurd. Het elektrische schema van het windpark is weergegeven in Figuur 1. De spanning die de ventilator afgeeft is doorgaans 0,69 kV, die door de kasttransformator wordt verhoogd tot 10 kV of 35 kV. Na meerdere parallelle verbindingen worden ze aangesloten op de laagspanningsrail van het step-up-substation en vervolgens door de hoofdtransformator verhoogd tot 110 kV of hoger. Het wordt dan aan het elektriciteitsnet geleverd.
Anders dan bij windenergie op land, is de droge transformator die voor de primaire versterking wordt gebruikt, vanwege de zware omstandigheden van windenergie op zee (hoge luchtvochtigheid, hoge zoutdichtheid) geïntegreerd in het motorcompartiment van de trekventilator. Dit lost niet alleen het probleem van de benodigde ruimte voor de gehele unit op, maar vermijdt ook de beveiligingsmoeilijkheden die ontstaan door de transformator op een lagere positie te installeren.
Figuur 1 Schematisch diagram van de elektrische bedrading van het windpark
2. Beschermings- en meet- en regelapparatuur voor windparken
Van windturbine-energieopwekking - boosterboxtransformator - samenvloeiing - middenspanningsrail van boosterstation - hoofdtransformator - hoogspanningsrail van boosterstation - hoogspanningsstopcontact - netaansluiting. De middelste moet twee keer worden versterkt voordat deze op het net kan worden aangesloten. Het elektriciteitsnet bevat een groot aantal en verschillende soorten elektrische apparatuur en elke storing in een van de verbindingen heeft invloed op de normale werking van het windpark. Daarom is het noodzakelijk om in alle verbindingen van het windpark beveiligings-, meet- en regelapparatuur te installeren om de operationele status van het windpark volledig te kunnen bewaken. Figuur 2 toont een schematisch diagram van de configuratie van de beveiligings-, meet- en regelapparatuur van het windpark.
Figuur 2 Configuratiediagram van beschermingsmeet- en regelapparatuur voor windparken
2.1 Meet- en regelapparaat voor doostransformatoren
Om lijnverlies in windparken op land te verminderen, wordt doorgaans een 0,69/35(10) kV box-type boosterstation naast de windturbine geïnstalleerd. De afstand tussen de windturbines in het windpark bedraagt honderden meters, wat ver verwijderd is van de centrale controlekamer. De step-up transformatoren bevinden zich in het open veld en de natuurlijke omgeving is relatief ruw, wat handmatige inspectie bemoeilijkt. De meet- en regelapparatuur van de box-type transformator vormt de kern van het monitoringsysteem van het windpark en zorgt voor intelligent beheer van de box-type transformator. De meet- en regelapparatuur van het box-type kan het windenergiebox-station beschermen en op afstand bewaken, de functies van "afstandssignalering, telemetrie, afstandsbediening en afstandsregeling" volledig benutten en de efficiëntie van de exploitatie en het onderhoud van het windpark aanzienlijk verbeteren.
Figuur 3 Meet- en regelapparaat voor windparkboxstations
Het AM6-PWC-transformatorbeveiligingsmeet- en regelapparaat is een geïntegreerd apparaat dat bescherming, meting, regeling en communicatie integreert voor verschillende vereisten van step-up transformatoren voor windenergie en fotovoltaïsche energie. De functionele configuratie is weergegeven in de onderstaande tabel.
| Naam | Hoofdfunctie |
| Afstandsmeting | AC-meting: Driefasenstroom, driefasenspanning, frequentie, vermogensfactor, actief vermogen, reactief vermogen |
| 6 kanalen stroom, 6 kanalen spanning | |
| DC-meting: totaal 4 kanalen Standaard 2 kanalen 4-20mA of 2 kanalen 5V DC Standaard 2-kanaals thermische weerstand (twee- of drie-draadssysteem) | |
| Afstandssignalering | 29 kanalen met open ingang, waarvan de eerste 10 kanalen zijn vastgezet als niet-vermogensbeveiligingssignaalingang |
| Afstandsbediening | 6-kanaals relaisuitgangen voor beschermingsuitgang of normale afstandsbedieningsuitgang |
| Bescherming | Beveiliging tegen stroomuitval: Licht gas, zwaar gas, hoge temperatuur, ultrahoge temperatuur, laag oliepeil van de transformator, conventionele overdrukventielbeveiliging: drietraps stroombeveiliging, nulvolgordestroombeveiliging, overspanningsbeveiliging, laagspanningsbeveiliging; nulvolgorde overspanningsbeveiliging |
| Mededeling | 2 zelfherstellende optische vezelcommunicatie-interfaces, die een optisch vezelringnetwerk kunnen vormen |
| Ethernet-communicatie-interface 3 kanalen (optioneel, gelieve bij bestelling te specificeren) | |
| 4 RS485-communicatiepoorten | |
| Protocolconversie | 4-kanaals configureerbare RS485-communicatie-interface, vrije configuratie en conversie van verschillende protocollen |
| Dossier | Registreer de laatste 35 ongevallen en 50 actieverslagen |
2.2 Meting en regeling van de beveiliging van laagspanningszijlijnen en -rails
Meerdere windturbines worden voor het eerst opgevoerd tot 35 (10) kV en vervolgens parallel geschakeld om een circuit te vormen dat is aangesloten op de laagspanningszijrail van het step-up-substation. Om uitgebreide monitoring te realiseren, is de lijn uitgerust met lijnbeveiligingsapparatuur, multifunctionele meet- en regelinstrumenten, apparatuur voor het bewaken van de netkwaliteit en draadloze temperatuurmeters om realtime monitoring van de elektrische bescherming, meting en temperatuur van de lijn te realiseren. De laagspanningszijrails zijn bovendien voorzien van boogbeveiligingsapparatuur.
| Item | Afbeelding | Model | Functie | Sollicitatie |
| lijnbeveiliging |  | AM6-L | 35 (10) kV circuitstroom- en spanningsbeveiliging, niet-elektrische beveiliging, meet- en automatische regelfuncties. | lijnbeveiliging en meting en controle aan de laagspanningszijde van het boosterstation |
| apparaat voor het bewaken van de stroomkwaliteit |  | APView500 | Realtimebewaking van de stroomkwaliteit, zoals spanningsafwijking, frequentieafwijking, driefasenspanningsonevenwicht, spanningsschommelingen en -flikkeringen, harmonischen, enz., registratie van diverse gebeurtenissen met betrekking tot de stroomkwaliteit en lokalisatie van storingsbronnen. | |
| multifunctionele energiemeter |  | APM520 | Het beschikt over volledige vermogensmeting, harmonische vervormingssnelheid, statistieken over de spanningsdoorlaatsnelheid, statistieken over time-sharing elektrische energie, schakelingang en -uitgang, analoge ingang en uitgang. | |
| busboogbeveiliging |  | ARB6 | Het is geschikt voor het verzamelen van het booglichtsignaal en het stroomsignaal van de schakelkast en het regelen van de opening van alle schakelkasten op de inkomende lijn, busverbinding of busverbinding | busbarbeveiliging aan de laagspanningszijde van het boosterstation |
| draadloze temperatuursensor |  | ATE400 | Bewaak de temperatuur van de aansluitpunten van de busrails en kabels van het distributiesysteem met een spanning van 35 kV en lager en voorzie in een vroegtijdige waarschuwing bij temperatuurstijgingen. | temperatuurmeting van lijncontacten en busstaven aan de laagspanningszijde van het boosterstation |
Tabel 1 Configuratie van de meting en regeling van de laagspanningszijlijn, busbarbeveiliging
2.3 Meting en regeling van de hoofdtransformatorbeveiliging
Nadat de stroomopwekking van de windturbine is samengevoegd met de laagspanningsrail, wordt deze via de hoofdtransformator opgevoerd tot 110 kV en aangesloten op het net. De hoofdtransformator is uitgerust met differentiaalbeveiliging, hoge back-upbeveiliging, lage back-upbeveiliging, niet-elektrische beveiliging, meet- en regelapparatuur, transformatortemperatuurregeling en een tandwieltransmitter om de beschermings-, meet- en regelfunctie van de hoofdtransformator te realiseren, en een centrale groepsscherminstallatie.
| Item | Afbeelding | Model | Functie | Sollicitatie |
| differentieel beveiligingsapparaat |  | AM6-D2 | Differentiële beveiliging aan beide zijden van de hoofdtransformator | hoofdtransformator van het boosterstation |
| back-upbeveiliging aan de hoge en lage spanningszijde | AM6-TB | Drie-fase fase-naar-fase overstroom, twee-fase nulsequentie overstroom, twee-traps overstroombeveiliging, samengestelde spanningsblokkering, twee-traps nulsequentie overspanningsbeveiliging, stroomonderbrekerbesturing | hoofdtransformator van het boosterstation | |
| niet-elektrische bescherming | AM6-FD | Zwaar gas, licht gas, overtemperatuur, drukbeveiliging en alarm | hoofdtransformator van het boosterstation | |
| meet- en regelapparaat | AM6-K | Afstandsmeting, afstandssignalering, afstandsbediening | hoofdtransformator van het boosterstation | |
| temperatuurtransmitter | ARTM-8L | Controleer de hoofdtransformatorwikkeling en olietemperatuur | hoofdtransformator van het boosterstation |
Tabel 2 Configuratie van de hoofdtransformatorbeveiliging meting en regeling
2.4 Meting en regeling van de bescherming van hoogspanningslijnen
De door het windpark opgewekte elektrische energie wordt tweemaal opgevoerd tot 110 kV en vervolgens aan het elektriciteitsnet toegevoegd. De 110 kV-lijn is voorzien van glasvezeldifferentiaalbeveiliging, afstandsbeveiliging, anti-eilandbeveiliging en meet- en regelapparatuur.
| Item | Afbeelding | Model | Functie | Sollicitatie |
| beschermingsapparaat | | AM6-LD | Differentieelbeveiligingsapparaat voor optische vezel | beide kanten van de lijn |
| AM6-L2 | Fase-tot-fase/aarde-afstand, nulsequentie-overstroom, foutlokalisatie, etc. | deze kant | ||
| AM6-K | Afstandsmeting, afstandssignalering, afstandsbediening | |||
| AM5SE-IS | Anti-eilandbeveiligingsapparaat, wanneer het externe elektriciteitsnet is losgekoppeld van het elektriciteitsnet | |||
| apparaat voor het bewaken van de stroomkwaliteit | | APView500 | Realtime monitoring van de stroomkwaliteit, zoals spanningsafwijking, frequentieafwijking, driefasenspanningsonevenwicht, spanningsschommelingen en -flikkeringen, harmonischen, enz., diverse gebeurtenissen in de stroomkwaliteit vastleggen en bronnen van storingen lokaliseren. | deze kant |
Tabel 3 Configuratie van de meting en regeling van de 110 kV-lijnbeveiliging
3. Windmolenpark monitoringsysteem
Het windpark monitoring platform realiseert de bewaking, besturing en het beheer van de operationele status van het windpark en de real-time gegevens van de windturbines, verbetert de betrouwbaarheid en operationele efficiëntie van het windpark, verlaagt de onderhoudskosten en realiseert intelligent beheer.
Het windpark beslaat een relatief groot gebied en de apparatuur is verspreid. Het systeem stelt relatief hoge eisen aan de betrouwbaarheid van de datacommunicatie en realtime prestaties. Indien de omstandigheden het toelaten, kan het redundante ringnetwerk van glasvezel worden gebruikt voor dataverzameling en -communicatie, en kan de draadloze LORA-methode ook worden gebruikt voor datatransmissie.
Figuur 4 Diagram van een windparkmonitoringsysteem
De gegevens van de PLC van de trekventilator en de meet- en regelapparatuur van de transformator worden via het glasvezelringnetwerk geüpload naar de dataserver in de controlekamer. De gegevens van het uitgebreide automatiseringssysteem van het boosterstation worden via ethernet naar de dataserver geüpload. Transmitters, DC-systemen en andere slimme apparaten zijn verbonden met de communicatiebeheermachine om gegevens naar de server te uploaden.
3.1 Monitoring van windparken
Uitgebreid overzicht van de basisparameters van de gehele windpark-trekventilator (inclusief windsnelheid, vermogen, snelheid, enz.), en kan de dagelijkse stroomopwekking, maandelijkse stroomopwekking, jaarlijkse stroomopwekking realiseren. De bewaking van de stroomopwekking is handig voor realtime bewaking van de bedrijfsstatus van de trekventilator.
3.2 Bemanningsmonitoring
Bewaak de parameters en de regelstatus van elke regelmodule in de unit, waaronder: pitch, gierhoek, tandwielkast, generator, hydraulisch station, machinekamer, omvormer, elektriciteitsnet, veiligheidsketting, koppel, hoofdas, torenvoet, windmeter, enz. Profiteer van de uitgebreide weergave van parameters, storingen en trendgrafieken van elke module.
3.3 Realtime gegevensweergave
De trekventilator, onderstations en andere apparatuur in het windpark zijn uitgerust met sensoren en bewakingsapparatuur. Deze kunnen in realtime de elektrische bedrijfsgegevens, temperatuur, trillingen en andere parameters van de apparatuur verzamelen en tijdig waarschuwen bij afwijkingen.
3.4 Energiebeheer
Het weergeven van actieve en reactieve parameters, het regelen en aanpassen van actief en reactief vermogen en andere functies kunnen de bedrijfskosten van ondernemingen effectief verlagen en gegevensondersteuning bieden voor het doel van energiebesparing en emissiereductie.
3.5 Productierapport
Weergave- en rapportagefuncties voor belangrijke parameters zoals windenergie, prestatie-indicatoren van windparken en nieuwe energie-eenheden, en ondersteunende statistieken over de werking van elk windparkapparaat volgens de tijdsdimensie (dag, maand en jaar). Met behulp van de querymethode van dag, maand en jaar worden de belangrijke parameters per item geclassificeerd en geteld, waarna het rapport wordt gegenereerd.
3.6 Statistische analyse
Ondersteunt diverse statistische analysefuncties, benut de potentiële waarde van data volledig, biedt oplossingen voor optimalisatie van energiebesparende maatregelen, biedt een basis voor besluitvorming voor managers, verbetert het managementniveau van ondernemingen op een haalbare manier en bereikt uiteindelijk de doelstellingen van energiebesparing, emissiereductie en wetenschappelijke productie. De analysemethoden omvatten: storingsstatistieken, vermogenscurves, beschikbaarheidsstatistieken, windroosdiagrammen, windsnelheidsrapporten, maandelijkse en dagelijkse statistieken over gebruik en uitvaltijd, enz.
Referenties:
[1] Acrel Enterprise Microgrid-ontwerp- en toepassingshandleiding. Versie 2022.05
Geplaatst op: 6 mei 2025