Sammanfattning: Som en av de rena energikällorna har den installerade kapaciteten hos vindkraftsparker ökat snabbt de senaste åren. Vindkraftsparker delas in i landbaserade vindkraftsparker och havsbaserade vindkraftsparker. Generellt sett är de belägna på avlägsna platser, med spridda installationer och tuffa miljöer. Därför behöver vindkraftsparker ett fjärrövervakningssystem för att underlätta för drift- och underhållspersonal att hantera vindkraftsdriften mer effektivt.
Nyckelord: vindkraftspark, centraliserat övervakningssystem, mät- och styrenhet för boxtransformatorer
1. Elektrisk utrustning för vindkraftparker
Den övre hytten på varje generatoraggregat är utrustad med en turbingenerator, och den främre änden har ett justerbart fläktblad. Systemet kan justera fläktbladets lutningsvinkel beroende på olika vindförhållanden. Fläktbladets generella hastighet är 10-15 rpm, och via växellådan kan hastigheten justeras till 1500 rpm för att driva generatorn. En industriell PLC är också konfigurerad i maskinrummet för styrning och relaterad datainsamling. Vindhastighet, vindriktning, rotationshastighet, aktiv effekt och reaktiv effekt för kraftproduktion och annan relaterad data samlas in via PLC:n, och generatorn styrs i realtid genom den insamlade datan. På land installeras en boxtransformator längst ner på vindturbinen som ansvarar för boosting och konvergering. Beroende på effekt och geografiska förhållanden boostas flera vindturbiner en gång och kopplas parallellt för att konvergera till booststationen. Elektricitet skickas till nätet. Det elektriska kopplingsschemat för vindkraftsparken visas i figur 1. Spänningen som avges av fläkten är generellt 0,69 kV, vilken ökas till 10 kV eller 35 kV av boxtransformatorn. Efter flera parallella sammanflöden ansluts de till lågspänningsskenan på sidorna på transformatorstationen och ökas sedan till 110 kV eller högre av huvudtransformatorn till elnätet.
Till skillnad från landbaserad vindkraft, på grund av den hårda miljön för havsbaserad vindkraft (hög luftfuktighet, hög saltdensitet), är torrtransformatorn som används för primärförstärkning integrerad i motorrummet på dragfläkten, vilket inte bara löser problemet med hela enhetens fotavtryck, utan också undviker svårigheten med skydd som orsakas av att installera transformatorn på en lägre position.
Figur 1 Schematiskt diagram över vindkraftsparkens elkablar
2. Skydds-, mät- och styrutrustning för vindkraftparker
Från vindkraftverkskraftproduktion - boosterboxtransformator - sammanflöde - boosterstation mellanspänningsskenan - huvudtransformator - boosterstation högspänningsskenan - högspänningsuttag - nätanslutning, måste mittenspänningen förstärkas två gånger innan den ansluts till nätet. Elnätet har ett stort antal och många typer av elektrisk utrustning, och eventuella fel i någon länk kommer att påverka vindkraftsparkens normala drift. Därför är det nödvändigt att installera skydds-, mät- och styranordningar i alla vindkraftsparkens länkar för att heltäckande övervaka vindkraftsparkens driftsstatus. Figur 2 är ett schematiskt diagram över konfigurationen av vindkraftsparkens skydds-, mät- och styranordningar.
Figur 2 Konfigurationsdiagram för skyddsmätnings- och styranordningar för vindkraftparker
2.1 Mät- och styrenhet för boxtransformator
För att minska ledningsförluster i landbaserade vindkraftsparker installeras vanligtvis en 0,69/35(10) kV boxtyp-boosterstation bredvid vindkraftverket. Avståndet mellan vindkraftverken i vindkraftverket är hundratals meter, vilket är långt från det centrala kontrollrummet. Steg-up-transformatorerna är placerade i det öppna fältet, och den naturliga miljön är relativt hård, vilket gör manuell inspektion svår. Mät- och styrenheten för boxtyp-transformatorn är kärndelen av vindkraftverkets övervakningssystem, vilket möjliggör intelligent hantering av boxtyp-transformatorn. Boxstationens mät- och styrenhet kan skydda och fjärrövervaka vindkraftverkets boxstation, fullt ut utnyttja funktionerna "fjärrsignalering, telemetri, fjärrstyrning och fjärrjustering", och avsevärt förbättra effektiviteten i vindkraftverkets drift och underhåll.
Figur 3 Mät- och styrenhet för vindkraftsparksboxstation
AM6-PWC, mät- och styrenheten för transformatorskydd av boxtyp, är en integrerad enhet som integrerar skydd, mätning och styrning samt kommunikation för olika krav hos vindkrafts- och solcellstransformatorer. Dess funktionella konfiguration visas i tabellen nedan.
| Namn | Huvudfunktion |
| Fjärrmätning | AC-mätning: Trefasström, trefasspänning, frekvens, effektfaktor, aktiv effekt, reaktiv effekt |
| 6 kanaler ström, 6 kanaler spänning | |
| DC-mätning: totalt 4 kanaler Standard 2 kanaler 4–20 mA eller 2 kanaler 5 V DC Standard 2-kanalig termisk resistans (tvåtrådigt eller tretrådigt system) | |
| Fjärrsignalering | 29 kanaler med öppen ingång, varav de första 10 kanalerna är fasta som icke-strömförsörjande skyddssignalingångar |
| Fjärrkontroll | 6 kanalers reläutgångar för skyddsutgång eller normal fjärrkontrollutgång |
| Skydd | Skydd utan strömförsörjning: Lätt gas, tung gas, hög temperatur, ultrahög temperatur, låg transformatoroljenivå, konventionellt skydd för övertrycksventil: trestegsströmskydd, nollföljdsströmskydd, överspänningsskydd, lågspänningsskydd; nollföljdsöverspänningsskydd |
| Kommunikation | 2 självläkande optiska fiberkommunikationsgränssnitt, som kan bilda optiska fiberringnätverk |
| Ethernet-kommunikationsgränssnitt 3 kanaler (valfritt, vänligen specificera vid beställning) | |
| 4 RS485-kommunikationsportar | |
| Protokollkonvertering | 4-kanaligt konfigurerbart RS485-kommunikationsgränssnitt, fri konfiguration och konvertering av olika protokoll |
| Spela in | Registrera de senaste 35 olyckorna och 50 åtgärdsrapporterna |
2.2 Mätning och styrning av lågspänningsskydd för sidledningar och samlingsskenor
Flera vindkraftverk förstärks till 35 (10) kV för första gången och kopplas sedan parallellt för att bilda en krets ansluten till lågspänningsskenan på uppspänningsstationen. För att uppnå omfattande övervakning är linjen utrustad med ledningsskydd, multifunktionella mät- och styrinstrument, övervakningsenheter för elkvalitet och trådlösa temperaturmätningsenheter för att realtidsövervakning av linjens elektriska skydd, mätning och temperatur, och lågspänningsskenorna på sidan är utrustade med ljusbågsskydd.
| Punkt | Bild | Modell | Fungera | Ansökan |
| linjeskydd |  | AM6-L | 35 (10) kV kretsström- och spänningsskydd, icke-elektriskt skydd, mätning och automatiska styrfunktioner. | ledningsskydd samt mätning och styrning på lågspänningssidan av boosterstationen |
| övervakningsenhet för elkvalitet |  | APView500 | Realtidsövervakning av elkvalitet såsom spänningsavvikelse, frekvensavvikelse, trefasspänningsobalans, spänningsfluktuationer och flimmer, övertoner etc., registrerar olika elkvalitetshändelser och lokaliserar störningskällor. | |
| multifunktionell energimätare |  | APM520 | Den har fullständig effektmätning, harmonisk distorsionshastighet, spänningsgenomströmningshastighetsstatistik, tidsdelningsstatistik för elektrisk energi, switchingång och -utgång, analog ingång och utgång. | |
| bussbågsskydd |  | ARB6 | Den är lämplig för att samla in ljusbågssignalen och strömsignalen från kopplingsskåpet och styra öppningen av alla kopplingsskåp på den inkommande ledningen, busskopplingen eller bussen. | Skenskydd på lågspänningssidan av boosterstationen |
| trådlös temperatursensor |  | ATE400 | Övervaka temperaturen på samlingsskenor och kabelanslutningspunkter i distributionssystem med spänning på 35 kV och lägre och varna tidigt för temperaturökning. | temperaturmätning av linjekontakter och samlingsskenor på lågspänningssidan av boosterstationen |
Tabell 1 Lågspänningssidledning, mätning och styrkonfiguration för samlingsskeneskydd
2.3 Mätning och styrning av huvudtransformatorskydd
Efter att vindkraftverkets kraftproduktion har sammanlänkats med lågspänningsskenan på sidan, ökas den till 110 kV via huvudtransformatorn och ansluts till elnätet. Huvudtransformatorn är utrustad med differentialskydd, högt backupskydd, lågt backupskydd, icke-elektriskt skydd, mät- och styrenhet, transformatortemperaturreglering och växeltransmitter för att realisera huvudtransformatorns skydds-, mät- och styrfunktion samt centraliserad gruppskärminstallation.
| Punkt | Bild | Modell | Fungera | Ansökan |
| differentialskyddsanordning |  | AM6-D2 | Differentialskydd på båda sidor av huvudtransformatorn | huvudtransformator för boosterstationen |
| hög- och lågspänningssidans backupskydd | AM6-TB | Trestegs fas-till-fas överström, tvåstegs nollföljds överström, tvåstegs överströmsskydd med mellanrum, kompositspänningsblockering, tvåstegs nollföljdsöverspänningsskydd, styrning av kretsbrytare | huvudtransformator för boosterstationen | |
| icke-elektriskt skydd | AM6-FD | Skydd och larm mot tung gas, lätt gas, övertemperatur, tryckavlastning | huvudtransformator för boosterstationen | |
| mät- och styranordning | AM6-K | Fjärrmätning, fjärrsignalering, fjärrkontroll | huvudtransformator för boosterstationen | |
| temperaturtransmitter | ARTM-8L | Övervaka huvudtransformatorns lindning och oljetemperatur | huvudtransformator för boosterstationen |
Tabell 2 Konfiguration av mätning och styrning av huvudtransformatorskydd
2.4 Mätning och styrning av högspänningsledningsskydd
Den elektriska energi som genereras av vindkraftsparken ökas två gånger till 110 kV och matas sedan in i elnätet. 110 kV-linjen är utrustad med optiskt fiberdifferentialskydd, distansskydd, isoleringsskydd samt mät- och styrenheter.
| Punkt | Bild | Modell | Fungera | Ansökan |
| skyddsanordning | | AM6-LD | Differentialskyddsanordning för optisk fiberledning | båda sidor av linjen |
| AM6-L2 | Fas-till-fas/jordavstånd, nollföljdsöverström, fellokalisering etc. | den här sidan | ||
| AM6-K | Fjärrmätning, fjärrsignalering, fjärrkontroll | |||
| AM5SE-IS | Skyddsanordning mot ödrift, när det externa elnätet är bortkopplat från elnätet | |||
| övervakningsenhet för elkvalitet | | APView500 | Realtidsövervakning av elkvalitet såsom spänningsavvikelse, frekvensavvikelse, trefasspänningsobalans, spänningsfluktuationer och flimmer, övertoner etc. registrera olika elkvalitetshändelser och lokalisera störningskällor. | den här sidan |
Tabell 3 Konfiguration av mätning och styrning av 110 kV-ledningsskydd
3. Övervakningssystem för vindkraftparker
Övervakningsplattformen för vindkraftsparker möjliggör övervakning, kontroll och hantering av vindkraftsparkens driftsstatus och realtidsdata från vindkraftverken, förbättrar vindkraftsparkens tillförlitlighet och driftseffektivitet, minskar underhållskostnaderna och möjliggör intelligent hantering.
Vindkraftparken täcker ett relativt stort område och utrustningen är utspridd. Systemet har relativt höga krav på datakommunikationens tillförlitlighet och realtidsprestanda. Om förhållandena tillåter kan det redundanta ringnätet med optisk fiber användas för datainsamling och kommunikation, och den trådlösa LORA-metoden kan också användas för dataöverföring.
Figur 4 Diagram över övervakningssystem för vindkraftspark
Data från dragfläktens PLC och boxtransformatorns mät- och styrenhet laddas upp till dataservern i kontrollrummet via fiberoptiskt ringnätverk, och data från boosterstationens omfattande automationssystem laddas upp till dataservern via Ethernet. Transmittrar, likströmssystem och andra smarta enheter ansluts till kommunikationshanteringsmaskinen för att ladda upp data till servern.
3.1 Övervakning av vindkraftparker
Omfattande visning av grundparametrarna för hela vindkraftsparkens dragfläkt (inklusive vindhastighet, effekt, hastighet etc.) och kan realisera daglig kraftproduktion, månatlig kraftproduktion, årlig övervakning av kraftproduktionen är bekväm för realtidsövervakning av dragfläktens driftsstatus.
3.2 Besättningsövervakning
Övervaka parametrar och kontrollstatus för varje styrmodul i enheten, inklusive: lutning, girning, växellåda, generator, hydraulstation, maskinrum, omvandlare, elnät, säkerhetskedja, vridmoment, huvudaxel, tornbas, vindmätare etc. Få tillgång till omfattande visning av parametrar, fel och trendgrafer för varje modul.
3.3 Visning av realtidsdata
Dragfläkten, transformatorstationerna och annan utrustning i vindkraftsparken är utrustade med sensorer och övervakningsutrustning, som kan samla in driftsdata, temperatur, vibrationer och andra parametrar för utrustningen i realtid, och ge snabba varningar vid avvikelser.
3.4 Strömhantering
Visning av aktiva och reaktiva parametrar, styrning och justering av aktiv och reaktiv effekt och andra funktioner kan effektivt minska företagens driftskostnader och ge datastöd för målet att spara energi och minska utsläpp.
3.5 Produktionsrapport
Visa och rapportera rapportfunktioner för viktiga parametrar som vindkraft, vindkraftsparksprestandaindikatorer och ny energi från enheter, samt stöd för statistik över driften av varje vindkraftsparksutrustning enligt tidsdimensionen (dag, månad och år). Enligt frågemetoden för dag, månad och år klassificeras och räknas de viktiga parametrarna per objekt, och rapporten genereras.
3.6 Statistisk analys
Stödjer en mängd olika statistiska analysfunktioner, utnyttjar fullt ut datapotentialen, tillhandahåller energibesparande optimeringslösningar, ger beslutsunderlag för chefer, förbättrar företagens ledningsnivå på ett genomförbart sätt och uppnår slutligen målet om energibesparing, utsläppsminskning och vetenskaplig produktion. Analysmetoderna inkluderar: felstatistik, effektkurva, tillgänglighetsstatistik, vindrosdiagram, vindhastighetsrapport, månatlig och daglig statistik över användning och driftstopp, etc.
Referenser:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Publiceringstid: 6 maj 2025