Resumo: Como uma das fontes de energia limpa, a capacidade instalada de parques eólicos tem crescido rapidamente nos últimos anos. Os parques eólicos dividem-se em parques eólicos terrestres e parques eólicos marítimos. Geralmente, estão localizados em áreas remotas, com instalações dispersas e ambientes hostis. Portanto, os parques eólicos necessitam de um sistema de monitoramento remoto para facilitar a operação e a manutenção, permitindo que as equipes gerenciem as operações do parque de forma mais eficiente.
Palavras-chave: parque eólico, sistema de monitoramento centralizado, dispositivo de medição e controle de transformador de caixa
1. Equipamentos elétricos para parques eólicos
A cabine superior de cada grupo gerador está equipada com uma turbina geradora, e a extremidade frontal possui uma hélice ajustável. O sistema permite ajustar o ângulo de inclinação da hélice de acordo com as diferentes condições de vento. A velocidade geral da hélice varia entre 10 e 15 rpm, podendo ser ajustada para 1500 rpm através de uma caixa de engrenagens, acionando o gerador. Um CLP (Controlador Lógico Programável) industrial também está instalado na sala de máquinas para controle e coleta de dados. A velocidade e a direção do vento, a velocidade de rotação, a potência ativa e reativa da geração de energia, entre outros dados, são coletados pelo CLP, permitindo o controle do gerador em tempo real. Em terra, um transformador de distribuição é instalado na base da torre eólica para amplificar e convergir a energia. De acordo com as condições de potência e geográficas, múltiplas turbinas eólicas são amplificadas simultaneamente e conectadas em paralelo para convergir a energia para a subestação de amplificação, enviando-a para a rede elétrica. O diagrama de fiação elétrica do parque eólico é mostrado na Figura 1. A tensão emitida pelo ventilador é geralmente de 0,69 kV, sendo elevada para 10 kV ou 35 kV pelo transformador de caixa. Após múltiplas confluências em paralelo, a tensão é conectada à barra de baixa tensão da subestação elevadora e, em seguida, elevada para 110 kV ou mais pelo transformador principal, sendo então integrada à rede elétrica.
Diferentemente da energia eólica em terra, devido ao ambiente hostil da energia eólica em alto-mar (alta umidade, alta concentração de sal), o transformador a seco usado para o reforço primário é integrado no compartimento do motor do ventilador de tiragem, o que não só resolve o problema da área ocupada por toda a unidade, como também evita a dificuldade de proteção causada pela instalação do transformador em uma posição mais baixa.
Figura 1. Diagrama esquemático da fiação elétrica de um parque eólico.
2. Equipamentos de proteção, medição e controle para parques eólicos
Desde a geração de energia eólica – transformador da caixa de reforço – confluência – barramento de média tensão da estação de reforço – transformador principal – barramento de alta tensão da estação de reforço – saída de alta tensão – conexão à rede, o trecho intermediário precisa ser reforçado duas vezes antes de ser integrado à rede. A rede elétrica possui um grande número e variedade de equipamentos elétricos, e qualquer falha em qualquer elo afetará a operação normal do parque eólico. Portanto, é necessário instalar dispositivos de proteção, medição e controle em todos os elos do parque eólico para monitorar de forma abrangente o status operacional do mesmo. A Figura 2 apresenta um diagrama esquemático da configuração dos dispositivos de proteção, medição e controle do parque eólico.
Figura 2. Diagrama de configuração dos dispositivos de proteção, medição e controle para parques eólicos.
2.1 Dispositivo de medição e controle de transformador de caixa
Para reduzir as perdas na linha de transmissão em parques eólicos terrestres, geralmente instala-se uma subestação elevadora tipo caixa de 0,69/35(10) kV próxima à turbina eólica. A distância entre as turbinas eólicas no parque é de centenas de metros, o que as distancia bastante da sala de controle central. Os transformadores elevadores estão localizados em campo aberto, em um ambiente natural relativamente hostil, o que dificulta a inspeção manual. O dispositivo de medição e controle do transformador tipo caixa é a parte central do sistema de monitoramento do parque eólico, permitindo o gerenciamento inteligente do transformador. O dispositivo de medição e controle da subestação pode proteger e monitorar remotamente a subestação de energia eólica, realizando plenamente as funções de "sinalização remota, telemetria, controle remoto e ajuste remoto", e melhorando significativamente a eficiência da operação e manutenção do parque eólico.
Figura 3. Dispositivo de medição e controle tipo estação móvel para parque eólico.
O dispositivo de medição e controle de proteção de transformadores tipo caixa AM6-PWC é um equipamento integrado que combina proteção, medição, controle e comunicação para atender às diversas necessidades de transformadores elevadores de energia eólica e fotovoltaica. Sua configuração funcional é apresentada na tabela abaixo.
| Nome | Função principal |
| Medição remota | Medição de CA: Corrente trifásica, tensão trifásica, frequência, fator de potência, potência ativa, potência reativa |
| 6 canais de corrente, 6 canais de tensão | |
| Medição de corrente contínua (CC): um total de 4 canais. Padrão de 2 canais 4-20mA ou 2 canais 5V CC Resistência térmica padrão de 2 canais (sistema de dois ou três fios) | |
| Sinalização remota | 29 canais de entrada abertos, dos quais os 10 primeiros canais são fixos como entrada de sinal sem proteção de energia. |
| Controle remoto | Saídas de relé de 6 canais para proteção ou controle remoto normal. |
| Proteção | Proteção contra falta de energia: Gás leve, gás pesado, alta temperatura, temperatura ultra-alta, baixo nível de óleo do transformador, proteção convencional da válvula de alívio de pressão: proteção contra sobrecorrente em três estágios, proteção contra sobrecorrente de sequência zero, proteção contra sobretensão, proteção contra subtensão; proteção contra sobretensão de sequência zero. |
| Comunicação | 2 interfaces de comunicação de fibra óptica com capacidade de autorreparação, que podem formar uma rede em anel de fibra óptica. |
| Interface de comunicação Ethernet com 3 canais (opcional, favor especificar no momento do pedido) | |
| 4 portas de comunicação RS485 | |
| Conversão de protocolo | Interface de comunicação RS485 configurável com 4 canais, configuração livre e conversão de vários protocolos. |
| Registro | Registre os 35 acidentes mais recentes e os 50 registros de ações. |
2.2 Medição e controle da proteção da linha lateral de baixa tensão e da barra de distribuição
Múltiplas turbinas eólicas são elevadas para 35 (10) kV pela primeira vez e então conectadas em paralelo para formar um circuito conectado à barra de baixa tensão da subestação elevadora. Para alcançar um monitoramento abrangente, a linha é equipada com dispositivos de proteção de linha, instrumentos multifuncionais de medição e controle, dispositivos de monitoramento da qualidade da energia e dispositivos de medição de temperatura sem fio para realizar o monitoramento em tempo real da proteção elétrica da linha, medição e temperatura, e as barras de baixa tensão são equipadas com dispositivos de proteção contra arco elétrico.
| Item | Foto | Modelo | Função | Aplicativo |
| proteção de linha |  | AM6-L | Proteção de corrente e tensão de circuito de 35 (10) kV, proteção não elétrica, funções de medição e controle automático. | Proteção de linha, medição e controle no lado de baixa tensão da subestação. |
| dispositivo de monitoramento da qualidade da energia |  | APView500 | Monitoramento em tempo real da qualidade da energia, como desvio de tensão, desvio de frequência, desequilíbrio de tensão trifásica, flutuação e oscilação de tensão, harmônicos, etc., registrando vários eventos de qualidade de energia e localizando as fontes de perturbação. | |
| medidor de energia multifuncional |  | APM520 | Possui medição de potência total, taxa de distorção harmônica, estatísticas de taxa de passagem de tensão, estatísticas de energia elétrica compartilhada, entrada e saída de chaveamento, entrada e saída analógica. | |
| proteção contra arco voltaico no barramento |  | ARB6 | É adequado para coletar o sinal de arco voltaico e o sinal de corrente do painel de distribuição, e controlar a abertura de todos os painéis de distribuição na linha de entrada, interligação de barramento ou barramento. | Proteção da barra de distribuição no lado de baixa tensão da subestação elevadora. |
| sensor de temperatura sem fio |  | ATE400 | Monitorar a temperatura das barras de distribuição e dos pontos de conexão dos cabos em sistemas de distribuição de tensão de 35 kV e inferiores, com alerta precoce de aumento de temperatura. | Medição de temperatura dos contatos de linha e das barras de distribuição no lado de baixa tensão da subestação. |
Tabela 1 Configuração de medição e controle da proteção da linha lateral de baixa tensão e da barra de distribuição
2.3 Medição e controle da proteção do transformador principal
Após a geração de energia da turbina eólica ser conectada à barra de baixa tensão, a tensão é elevada para 110 kV através do transformador principal e conectada à rede. O transformador principal é equipado com proteção diferencial, proteção de alta tensão de reserva, proteção de baixa tensão de reserva, proteção não elétrica, dispositivo de medição e controle, controle de temperatura do transformador e transmissor de potência para realizar as funções de proteção, medição e controle do transformador principal, além de instalação de blindagem centralizada.
| Item | Foto | Modelo | Função | Aplicativo |
| dispositivo de proteção diferencial |  | AM6-D2 | Proteção diferencial em ambos os lados do transformador principal. | transformador principal da estação de reforço |
| proteção de backup lateral de alta e baixa tensão | AM6-TB | Sobrecorrente fase-fase de três estágios, sobrecorrente de sequência zero de dois estágios, Proteção contra sobrecorrente de gap em dois estágios, bloqueio de tensão composta, Proteção contra sobretensão de sequência zero em dois estágios, controle do disjuntor | transformador principal da estação de reforço | |
| proteção não elétrica | AM6-FD | Gás pesado, gás leve, sobretemperatura, proteção contra liberação de pressão e alarme. | transformador principal da estação de reforço | |
| dispositivo de medição e controle | AM6-K | Medição remota, sinalização remota, controle remoto | transformador principal da estação de reforço | |
| transmissor de temperatura | ARTM-8L | Monitorar a temperatura do óleo e do enrolamento do transformador principal. | transformador principal da estação de reforço |
Tabela 2 Configuração de medição e controle da proteção do transformador principal
2.4 Medição e controle de proteção de linhas de alta tensão
A energia elétrica gerada pelo parque eólico é amplificada duas vezes para 110 kV e então incorporada à rede elétrica. A linha de 110 kV está equipada com proteção diferencial por fibra óptica, proteção de distância, proteção anti-ilhamento e dispositivos de medição e controle.
| Item | Foto | Modelo | Função | Aplicativo |
| dispositivo de proteção | | AM6-LD | dispositivo de proteção diferencial de fibra óptica de linha | ambos os lados da linha |
| AM6-L2 | Distância fase-fase/terra, sobrecorrente de sequência zero, localização da falta, etc. | deste lado | ||
| AM6-K | Medição remota, sinalização remota, controle remoto | |||
| AM5SE-IS | Dispositivo de proteção anti-ilhamento, que entra em ação quando a rede elétrica externa é desconectada da rede elétrica. | |||
| dispositivo de monitoramento da qualidade da energia | | APView500 | Monitoramento em tempo real da qualidade da energia, como desvio de tensão, desvio de frequência, Desequilíbrio de tensão trifásica, flutuação e oscilação de tensão, harmônicos, etc. Registrar diversos eventos de qualidade de energia e localizar as fontes de perturbação. | deste lado |
Tabela 3 Configuração de medição e controle de proteção de linha de 110 kV
3. Sistema de monitoramento de parques eólicos
A plataforma de monitoramento de parques eólicos permite o monitoramento, controle e gerenciamento do estado operacional do parque eólico e dos dados em tempo real das turbinas eólicas, melhorando a confiabilidade e a eficiência operacional do parque eólico, reduzindo os custos de manutenção e possibilitando a gestão inteligente.
O parque eólico abrange uma área relativamente grande e os equipamentos estão dispersos. O sistema tem requisitos relativamente elevados de confiabilidade na comunicação de dados e desempenho em tempo real. Se as condições permitirem, a rede redundante de fibra óptica em anel pode ser usada para coleta e comunicação de dados, e o método sem fio LoRa também pode ser usado para transmissão de dados.
Figura 4 Diagrama do sistema de monitoramento de parque eólico
Os dados do CLP da unidade de ventilação de tiragem e do dispositivo de medição e controle do transformador de caixa são enviados para o servidor de dados na sala de controle através da rede de fibra óptica em anel, e os dados do sistema de automação abrangente da estação de reforço são enviados para o servidor de dados via Ethernet. Transmissores, sistemas CC e outros dispositivos inteligentes são conectados à máquina de gerenciamento de comunicação para enviar dados ao servidor.
3.1 Monitoramento de parques eólicos
Exibição abrangente dos parâmetros básicos de todo o ventilador de tiragem do parque eólico (incluindo velocidade do vento, potência, rotação, etc.), permitindo o monitoramento da geração de energia diária, mensal e anual, facilitando o acompanhamento em tempo real do estado de operação do ventilador.
3.2 Monitoramento da tripulação
Monitore os parâmetros e o status de controle de cada módulo de controle da unidade, incluindo: inclinação, guinada, caixa de engrenagens, gerador, estação hidráulica, sala de máquinas, conversor, rede elétrica, corrente de segurança, torque, eixo principal, base da torre, anemômetro, etc. Realize a exibição abrangente de parâmetros, falhas e gráficos de tendência de cada módulo.
3.3 Exibição de dados em tempo real
O ventilador de tiragem, as subestações e outros equipamentos do parque eólico estão equipados com sensores e dispositivos de monitoramento que coletam dados elétricos de operação, temperatura, vibração e outros parâmetros dos equipamentos em tempo real, emitindo alertas oportunos em caso de anormalidades.
3.4 Gerenciamento de energia
A exibição de parâmetros ativos e reativos, o controle e ajuste da potência ativa e reativa, entre outras funções, podem reduzir efetivamente os custos operacionais das empresas e fornecer suporte de dados para o objetivo de conservação de energia e redução de emissões.
3.5 Relatório de produção
Exibe e gera relatórios de parâmetros importantes, como potência eólica, indicadores de desempenho do parque eólico e energia renovável unitária, além de estatísticas de operação de cada equipamento do parque eólico, organizadas por período (dia, mês e ano). De acordo com a consulta por dia, mês e ano, os parâmetros importantes são classificados e contabilizados por item, e o relatório é gerado.
3.6 Análise estatística
Oferece suporte a diversas funções de análise estatística, explorando plenamente o potencial dos dados, fornecendo soluções de otimização para economia de energia, embasando a tomada de decisões para gestores, aprimorando o nível de gestão das empresas de forma viável e, finalmente, alcançando o objetivo de economia de energia, redução de emissões e produção científica. Os métodos de análise incluem: estatísticas de falhas, curva de potência, estatísticas de disponibilidade, diagrama de rosa dos ventos, relatório de potência eólica, estatísticas mensais e diárias de utilização e tempo de inatividade, etc.
Referências:
[1] Manual de Projeto e Aplicação de Microrredes da Acrel Enterprise. Versão 2022.05
Data da publicação: 06 de maio de 2025