Zentralisierte Überwachungssystemlösung für Windparks

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Acrel Co,. GmbH.

Abstrakt: Als eine der sauberen Energiequellen ist die installierte Kapazität von Windparks in den letzten Jahren rasant gewachsen. Windparks werden in Onshore-Windparks und Offshore-Windparks unterteilt. Im Allgemeinen befinden sie sich an abgelegenen Standorten mit verstreuten Installationen und rauen Umgebungen. Daher benötigen Windparks ein Fernüberwachungssystem, um dem Betriebs- und Wartungspersonal die effizientere Verwaltung des Windparkbetriebs zu erleichtern.

Stichwort:Windpark, zentrales Überwachungssystem, Mess- und Steuergerät für Kastentransformatoren

1.Elektrische Ausrüstung für Windparks

Die obere Kabine jedes Stromaggregats ist mit einem Turbinengenerator ausgestattet, und am vorderen Ende befindet sich ein verstellbarer Lüfterflügel. Das System kann den Neigungswinkel des Lüfterflügels an unterschiedliche Windbedingungen anpassen. Die allgemeine Drehzahl des Lüfterflügels beträgt 10-15 U/min, über das Getriebe kann eine Drehzahl von 1500 U/min eingestellt werden, um den Generator anzutreiben. Im Maschinenraum ist außerdem eine Industrie-SPS für die Steuerung und die damit verbundene Datenerfassung konfiguriert. Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Drehzahl, Wirkleistung und Blindleistung der Stromerzeugung sowie andere damit verbundene Daten werden über die SPS erfasst und der Generator wird in Echtzeit anhand der erfassten Daten gesteuert. An Land ist am Boden des Windturms ein Kastentransformator installiert, der für die Verstärkung und Konvergenz zuständig ist. Abhängig von der Leistung und den geografischen Bedingungen werden mehrere Windkraftanlagen einmal verstärkt und parallel geschaltet, um sie zum Umspannwerk zusammenzuführen. Senden Sie Strom an das Netz. Der elektrische Schaltplan des Windparks ist in Abbildung 1 dargestellt. Die vom Ventilator abgegebene Spannung beträgt im Allgemeinen 0,69 kV und wird durch den Kastentransformator auf 10 kV oder 35 kV erhöht. Nach mehreren parallelen Zusammenflüssen werden sie an die niederspannungsseitige Sammelschiene des Umspannwerks angeschlossen und dann durch den Haupttransformator auf 110 kV oder mehr angehoben. ins Stromnetz.

Anders als bei der Onshore-Windenergie ist der für die Primärverstärkung verwendete Trockentransformator aufgrund der rauen Umgebung der Offshore-Windenergie (hohe Luftfeuchtigkeit, hohe Salzdichte) im Motorraum des Zuggebläses integriert, was nicht nur das Problem löst Die Stellfläche des gesamten Geräts nimmt nicht mehr ein, es entfällt aber auch die Schutzschwierigkeit, die durch die Installation des Transformators an einer tieferen Position entsteht.

Abbildung 1 Schematische Darstellung der elektrischen Verkabelung eines Windparks

2. Schutz- und Mess- und Kontrollausrüstung für Windparks

Von der Stromerzeugung durch Windkraftanlagen – Booster-Box-Transformator – Zusammenfluss – Mittelspannungs-Sammelschiene der Booster-Station – Haupttransformator – Hochspannungs-Sammelschiene der Booster-Station – Hochspannungsausgang – Netzanschluss muss die Mitte zweimal verstärkt werden, bevor sie in das Stromnetz eingebunden wird verfügt über eine große Anzahl und Art elektrischer Ausrüstung, und jeder Ausfall einer Verbindung beeinträchtigt den normalen Betrieb des Windparks. Um den Betriebszustand des Windparks umfassend zu überwachen, ist es daher erforderlich, in allen Bereichen des Windparks Schutz-, Mess- und Regelgeräte einzurichten. Abbildung 2 ist ein schematisches Diagramm der Konfiguration der Schutz- und Mess- und Steuergeräte des Windparks.

Abbildung 2 Konfigurationsdiagramm von Schutzmess- und -steuergeräten für Windparks

2.1 Mess- und Steuergerät für Kastentransformatoren

Um Leitungsverluste in Onshore-Windparks zu reduzieren, wird in der Regel neben der Windkraftanlage eine 0,69/35(10)kV-Box-Booster-Station installiert. Der Abstand zwischen den Windkraftanlagen im Windpark beträgt Hunderte Meter und ist damit weit von der zentralen Leitwarte entfernt. Die Aufwärtstransformatoren befinden sich auf freiem Feld und die natürliche Umgebung ist relativ rau, was eine manuelle Inspektion erschwert. Das Mess- und Steuergerät des Kastentransformators ist der Kernbestandteil des Überwachungssystems des Windparks, das eine intelligente Steuerung des Kastentransformators realisiert. Das Boxstation-Mess- und Steuergerät kann die Windkraft-Boxstation schützen und fernüberwachen, die Funktionen „Fernsignalisierung, Telemetrie, Fernsteuerung und Ferneinstellung“ vollständig realisieren und die Effizienz des Betriebs und der Wartung von Windparks erheblich verbessern .

Abbildung 3 Mess- und Steuergerät für Windpark-Boxstation

Das kastenförmige Transformatorschutz-Mess- und Steuergerät AM6-PWC ist ein integriertes Gerät, das Schutz, Messung und Steuerung sowie Kommunikation für unterschiedliche Anforderungen von Windkraft- und Photovoltaik-Aufwärtstransformatoren integriert. Seine funktionale Konfiguration ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

2.2 Messung und Steuerung des niederspannungsseitigen Leitungs- und Sammelschienenschutzes

Mehrere Windkraftanlagen werden zum ersten Mal auf 35 (10) kV angehoben und dann parallel geschaltet, um einen Stromkreis zu bilden, der an die niederspannungsseitige Sammelschiene des Umspannwerks angeschlossen ist. . Um eine umfassende Überwachung zu erreichen, ist die Leitung mit Leitungsschutzgeräten, multifunktionalen Mess- und Steuerungsinstrumenten, Geräten zur Überwachung der Stromqualität und drahtlosen Temperaturmessgeräten ausgestattet, um eine Echtzeitüberwachung des elektrischen Leitungsschutzes, der Messung und der Temperatur zu realisieren Die niederspannungsseitigen Sammelschienen sind mit Lichtbogenschutzvorrichtungen ausgestattet.

Tabelle 1 Niederspannungsseitenleitung, Sammelschienenschutzmessung und Steuerungskonfiguration

2.3 Messung und Steuerung des Haupttransformatorschutzes

Nachdem die Stromerzeugung der Windkraftanlage über die niederspannungsseitige Sammelschiene zusammengeführt wurde, wird sie über den Haupttransformator auf 110 kV angehoben und an das Netz angeschlossen. Der Haupttransformator ist mit Differentialschutz, hohem Backup-Schutz, niedrigem Backup-Schutz, nichtelektrischem Schutz, Mess- und Steuergerät, Transformatortemperaturregelung und Getriebesender ausgestattet, um die Schutz-, Mess- und Steuerfunktion des Haupttransformators zu realisieren, und zentralisiert Gruppenbildschirminstallation.

Tabelle 2 Haupttransformatorschutz-Mess- und Steuerungskonfiguration

2.4 Messung und Steuerung des Hochspannungsleitungsschutzes

Die im Windpark erzeugte elektrische Energie wird zweimal auf 110 kV hochgestuft und anschließend in das Stromnetz eingespeist. Die 110-kV-Leitung ist mit Glasfaser-Differentialschutz, Distanzschutz, Anti-Islanding-Schutz sowie Mess- und Steuergeräten ausgestattet.

Tabelle 3 Konfiguration der Messung und Steuerung des 110-kV-Leitungsschutzes

3.Windpark-Überwachungssystem

Die Windpark-Überwachungsplattform realisiert die Überwachung, Steuerung und Verwaltung des Betriebsstatus des Windparks und der Echtzeitdaten der Windkraftanlagen, verbessert die Zuverlässigkeit und Betriebseffizienz des Windparks, senkt die Wartungskosten und realisiert ein intelligentes Management .

Der Windpark erstreckt sich über eine relativ große Fläche und die Ausrüstung ist verstreut. Das System stellt relativ hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Datenkommunikation und die Echtzeitleistung. Wenn es die Bedingungen zulassen, kann für die Datenerfassung und -kommunikation das Glasfaser-redundante Ringnetzwerk und für die Datenübertragung auch das LORA-Funkverfahren genutzt werden.

Abbildung 4 Diagramm des Windpark-Überwachungssystems

Die Daten der SPS der Zugventilatoreinheit und des Mess- und Steuergeräts des Kastentransformators werden über das Glasfaserringnetzwerk auf den Datenserver im Kontrollraum hochgeladen, und die Daten des umfassenden Automatisierungssystems der Druckerhöhungsstation werden in die Daten hochgeladen Server über das Ethernet. Sender, Gleichstromsysteme und andere intelligente Geräte werden mit der Kommunikationsverwaltungsmaschine verbunden, um Daten auf den Server hochzuladen.

3.1 Windparküberwachung

Umfassende Anzeige der Grundparameter des gesamten Windpark-Zuggebläses (einschließlich Windgeschwindigkeit, Leistung, Geschwindigkeit usw.) und Realisierung der täglichen Stromerzeugung, der monatlichen Stromerzeugung und der jährlichen Stromerzeugung. Die Überwachung der Stromerzeugung ist bequem in Echtzeit Überwachung des Betriebszustandes des Saugzuggebläses.

3.2 Überwachung der Besatzung

Überwachen Sie die Parameter und den Steuerstatus jedes Steuermoduls in der Einheit, einschließlich: Pitch, Gier, Getriebe, Generator, Hydraulikstation, Maschinenraum, Konverter, Stromnetz, Sicherheitskette, Drehmoment, Hauptwelle, Turmbasis, Windmesser usw . Realisieren Sie die umfassende Anzeige von Parametern, Fehlern und Trenddiagrammen jedes Moduls.

3.3 Echtzeit-Datenanzeige

Der Zugventilator, die Umspannwerke und andere Geräte im Windpark sind mit Sensoren und Überwachungsgeräten ausgestattet, die die elektrischen Betriebsdaten, die Temperatur, die Vibration und andere Parameter der Geräte in Echtzeit erfassen und bei Anomalien rechtzeitig warnen können.

3.4 Energieverwaltung

Die Anzeige von Wirk- und Blindparametern, die Steuerung und Anpassung von Wirk- und Blindleistung sowie andere Funktionen können die Betriebskosten von Unternehmen effektiv senken und Datenunterstützung für das Ziel der Energieeinsparung und Emissionsreduzierung liefern.

3.5 Produktionsbericht

Anzeige- und Berichtsfunktionen für wichtige Parameter wie Windkraft, Windpark-Leistungsindikatoren und neue Energieeinheiten sowie Unterstützungsstatistiken zum Betrieb jeder Windparkausrüstung entsprechend der Zeitdimension (Tag, Monat und Jahr). Gemäß der Abfragemethode für Tag, Monat und Jahr werden die wichtigen Parameter nach Elementen klassifiziert und gezählt und der Bericht erstellt.

3.6 Statistische Analyse

Unterstützen Sie eine Vielzahl statistischer Analysefunktionen, schöpfen Sie den potenziellen Wert von Daten voll aus, bieten Sie energiesparende Optimierungslösungen, stellen Sie Entscheidungsgrundlagen für Manager bereit, verbessern Sie die Managementebene von Unternehmen auf praktikable Weise und erreichen Sie schließlich das Ziel der Energie- Einsparung, Emissionsreduzierung und wissenschaftliche Produktion. Zu den Analysemethoden gehören: Störungsstatistiken, Leistungskurve, Verfügbarkeitsstatistiken, Windrosendiagramm, Windgeschwindigkeits-Leistungsbericht, monatliche und tägliche Nutzungs- und Ausfallstatistiken usw.

Verweise:

[1] Acrel Enterprise Microgrid Design- und Anwendungshandbuch. Version 2022.05