Slimme Monitoringsisteem vir Windpaaie: Ontwerp & Implementering

1.Agbakgrond

Windenergie-opleiding verander die kineetiese energie van wind in meganiese energie, en dan transformeer dit daardie meganiese energie in elektriese energie—dit is windenergie-opleiding.
Die beginsel van windenergie-opleiding behels die gebruik van wind om windturbineblare te laat draai, wat dan 'n versnellingsbak aanjaag om die draaispoed te verhoog, waarmee die generator aangedryf word om elektrisiteit te produseer.

Onder China se groeiende energiebehoeftes, bly windenergie-opleiding voortdurend uitbrei, en die bou van windparkke versterk. 'n Enkele energiebedryf kan meerdere windparkke bestuur, wat dikwels verspreid is oor verskillende geografiese streke. Daarbenewens kan individuele windparkke, afhangende van hul skaal, uit tientalle tot honderde windturbines bestaan. As gevolg hiervan is elke windpark toegerus met sy eie kragmonitoringstelsel. Echter, sentraliseerde bestuur van meerdere windparkke bied groot uitdagings. Om hierdie kwessie aan te spreek, bied die stigting van sentrale beheersentra (Central Control Centers) 'n effektiewe oplossing.

As gevolg hiervan verbeter netwerking en intelligensie in windparkke produksie- en bestuurseffektiwiteit, maar skep dit ook nuwe aanvalspunte vir bose liggies. In die afgelope jare het kyberveiligheidsvoorvalle in die energie-sektor gereeld plaasgevind, wat die elektrisiteitsbedryf blootstel aan toenemende veiligheidsbedreigings en -uitdagings.

2. Windturbinebeheerstelsel

'n Volledig outomatiese beheerstelsel is nodig vir die operasie en beskerming van windturbines. Hierdie stelsel moet in staat wees om die turbine outomaties te begin, die meganiese bladregstellingsmekanisme van die blare te beheer, en die turbine veilig af te skakel onder beide normale en ongewone omstandighede. Naast beheerfunksies, voer die stelsel ook monitorfunksies uit—verskaf inligting soos bedryfsstatus, windsnelheid, en windrigting.

Die windturbinebeheerstelsel bestaan uit drie hoofkomponente:

• Toringbasis hoofbeheerkabinet

• Nasselle beheerkabinet

• Hubbeheerkabinet

Die Wind Power Control Unit (WPCU) dien as die kernbestuurder vir elke turbine en is verdeel binne die toring en nasselle van die turbine.

2.1 Toringbasisbeheerstasie

Die toringbasisbeheerstasie—ook bekend as die hoofbeheerkabinet—is die kern van windturbinebeheer, hoofsaaklik bestaande uit 'n bestuurder en I/O module. Die bestuurder maak gebruik van 'n 32-bits prosessor, en die stelsel werk op 'n sterk real-time bedryfstelsel. Dit voer komplekse hoofbeheerlogika uit en kommunikeer in real-time met die nassellebeheerkabinet, regstellingsstelsel, en omskakelstelsel via veldbus, wat verseker dat die turbine onder optimale toestande werk.

Die toringbasiskabinet sluit in:

• PLC-hoofstasie

• RTU (Verre Terminal Eenheid)

• Industriële Ethernet-skuif

• UPS-stroomvoorsiening

• Aanraakscherm (vir plaaslike monitoring en bedryf)

• Drukknoppies, aanduidingsligte, mini-sirkuiteinders, relais

• Verwarmdelemente, waaier

• Kontakteblokke

2.2 Nassellebeheerstasie

Die nassellebeheerstasie versamel sensorkennisse van die turbine, insluitend temperatuur, druk, draaispoed, en omgewingsparameters. Dit kommunikeer met die hoofbeheerstasie via veldbus. Die hoofbestuurder gebruik die nassellebeheerrak om yawing en kabelontwringfunksies te bestuur. Daarbenewens kontroleer dit hulpmotore, oliepompe, en koelwaaie binne die nasselle om optimale turbineprestasie te handhaaf.

Die nassellebeheerkabinet bestaan uit:

• Nasselle PLC-stasie

• Stroomvoorsieningsmodule

• FASTBUS-slavemodule

• CANBUS-meestermodule

• Ethernet-module (vir plaaslike PC-toegang)

• Digitale en analoë I/O (DIO, AIO) module

• Sirkuiteinders, relais, skuif

2.3 Regstellingsstelsel

Grootskale windturbines (bo 1 MW) gebruik tipies of hidrawliese of elektriese regstellingsstelsels. Die regstellingsstelsel gebruik 'n voorste-eindebestuurder om die regstellingsaktuateurs van die drie turbineblare te reguleer. As 'n uitvoerseenheid van die hoofbestuurder, kommunikeer dit via CANopen om bladregstellingshoeke te verstel vir optimale prestasie.

Die regstellingsstelsel sluit 'n rugstroomvoorsiening en 'n veiligheidsketting in om noodafskakeling onder kritieke toestande te verseker.

Die hubbeheerkabinet sluit in:

• Hub PLC-stasie

• Servodryf-eenhede

• Noodregstellingsbatterij en moniteringseenheid

• Noodregstellingsmodule

• Overspeedbeskermingsrelais

• Mini-sirkuiteinders, relais, kontakteblokke

• Drukknoppies, aanduidingsligte, en instandhoudingskuif

2.4 Rugstroom Noodveiligheidskettingsstelsel

Die rugstroom noodveiligheidsketting is 'n hardeware-gebaseerde beskermingsmekanisme onafhanklik van die rekenaarbeheerstelsel. Selfs as die beheerstelsel misluk, bly die veiligheidsketting funksioneel. Dit verbind kritieke fouttoestande—daardie wat katastrofiese skade aan die windturbine kan veroorsaak—in 'n enkele reeksverbindings. Wanneer geaktiveer, aktiveer die veiligheidsketting 'n noodafskakeling, deur die turbine van die rooiland af te skakel, wat maksimale beskerming van die hele stelsel verseker.

3. Stelselargitektuur en Funksionele Oorsig

Die windpark kragmonitoringstelsel bestaan uit die volgende sleutelkomponente:

• Lokale Wind Turbine Control Units (WPCUs)

• Hoogsnelheid redundante ring vezeloptiese Ethernet-netwerk

• Vernubelig bovenvlakoperatorstasies

Die lokale windturbinebeheereenheid is die kernbestuurder vir elke turbine, verantwoordelik vir parametermonitoring, outomatiese kragopwekkingbeheer, en toerustingbeskerming. Elke turbine is toegerus met 'n plaaslike HMI (Mens-Masjien Interface) vir plaaslike bedryf, kommissie, en instandhouding.

Die hoogsnelheid redundante ring vezeloptiese Ethernet dien as die stelsel se datahoofweg, wat real-time turbine-data oordra na die bovenvlakmonitoringstelsel.

Die bovenvlakoperatorstasie is die operasionele monitoringmiddelpunt van die windpark. Dit verskaf omvattende turbine-statusmonitoring, parameterwaarskuwings, en real-time/historiesedata logging en vertoon. Operateurs kan al die turbines vanuit die sentrale beheervertrek moniteer en beheer.

3.1 Veldbeheerlaag

Die veldbeheerlaag bestaan uit die volgende sleutelkomponente:

• Toringbasis hoofbeheerkabinet

• Nassellebeheerkabinet

• Regstellingsstelsel

• Omskakelstelsel

• Lokale HMI (Mens-Masjien Interface) stasie

• Industriële Ethernet-skuif

• Veldbus-kommunikasienetwerk

• UPS-stroomvoorsiening

• Noodafskakeling rugstroomsisteem

Die Wind Turbine Control Unit (WPCU) op veldvlak dien as die kernbestuurder vir elke windturbine. Dit is verantwoordelik vir real-time parametermonitoring, outomatiese kragopwekkingbeheer, en toerustingbeskerming. Elke turbine is toegerus met 'n plaaslike HMI-koppelvlak wat plaaslike bedryf, kommissie, debugging, en instandhouding moontlik maak.

3.2 Sentrale Monitoringlaag

Die sentrale monitoringlaag is die operasionele kern van die windpark, wat omvattende monitoring van turbine-status, parameterwaarskuwings, en real-time/historiesedata logging en vertoon verskaf. Operateurs kan al die turbines vanuit die sentrale beheervertrek moniteer en beheer.

Hierdie laag maak ook toesig en beheer van sleutelonderstelsels moontlik, insluitend:

• Hidrawliese stelsel

• Meteorologiese stelsel

• Elektriese regstellingsstelsel

• Versnellingsbakstelsel

• Yawstelsel en yawbeheer

Deur geïntegreerde SCADA-funksionaliteit verseker die sentrale monitoringlaag doeltreffende, veilige, en betroubare werking van die hele windpark.