Qərb Qülələri üçün Ağıllı İzləmə Sistemi: Dizayn və Tətbiq

1. Fənni arxa

Ülkə qüvvəsi nəqliyyatı rüzgarın kinetik enerjisini mexaniki enerjiyə çevirir və sonra bu mexaniki enerjiyi elektrik enerjiyə çevirir—bu da rüzgar enerjisi nəqliyyatıdır.
Rüzgar enerjisi nəqliyyatının prinsipi, rüzgarın rüzgar turbininin lopalarını fırladırması, sonra gearbox-un fırlanma sürətini artırması və nəticədə generatoru elektrik istismarına gedirməsidir.

Çin-in artan enerji tələbləri altında, rüzgar enerjisi nəqliyyatı davam edən şəkildə genişlənir və rüzgar ferması inşaatı intensivlaşır. Bir elektrik şirkəti bir neçə rüzgar ferması işlədirə bilər ki, bu fermalar müxtəlif coğrafi bölgələrdə paylanmış ola bilərlər. Əlavə olaraq, hər bir rüzgar fermasının ölçüsü nəzərə alındığında, onlar pululardan yüzərlərə qədər rüzgar turbinasından ibarət ola bilər. Bu şərtlərə görə, hər bir rüzgar ferması özünə məxsus elektrik nəzarət sistemi ilə təchiz edilir. Amma bir neçə rüzgar fermasının mərkəzi nəzarəti ciddi çətinliklər yaradır. Bu problemin həllinə verilən effektiv cavab, mərkəzi idarəetmə mərkəzlərinin (Central Control Centers) qurulmasıdır.

Nəticədə, rüzgar fermalarında şəbəkələşmə və intellektuallaşdırma istehsal və idarəetmə effektivliyini artırarkən, onlar da ziddi tərəflər üçün yeni hücum yolları yaratır. Son illərdə, elektrik sənayesində siber xəbərsizlik hadisələri tez-tez baş vermiş və elektrik sənayesi artan təhlükələrə və çətinliklərə maraqlanmışdır.

2. Rüzgar Turbinası İdarəetmə Sistemi

Rüzgar turbinalarının fəaliyyəti və himayəsi üçün tam avtomatik idarəetmə sistemi tələb olunur. Bu sistem, turbinanın avtomatik olaraq işə salınmasını, lopaların mexaniki pitch ayar mekanizminin idarə edilməsini və normal və abnormal şərtlərdə turbinanın təhlükəsiz söndürülmesini təmin etməlidir. Idarəetmə funksiyalarının yanı sıra, sistem növbəti status, rüzgar sürəti və rüzgar istiqaməti kimi məlumatları təqdim edən nəzarət tapşırıqlarını da icra edir.

Rüzgar turbinası idarəetmə sistemi üç əsas komponentdən ibarətdir:

• Qalabağın bazasında olan əsas idarəetmə qabı

• Kabina idarəetmə qabı

• Hub idarəetmə qabı

Rüzgar Enerjisi İdarəetmə Vahidi (WPCU) hər bir turbinin əsas idarəçisi kimi qalabağın və kabina daxilində paylanır.

2.1 Qalabağın bazasında olan idarəetmə stansiyası

Qalabağın bazasında olan idarəetmə stansiyası—ya da əsas idarəetmə qabı—rüzgar turbinası idarəetməsinin mərkəzi olaraq, əsasən idarəçi və I/O modullardan ibarətdir. İdarəçi 32-bit prosessoru istifadə edir və sistem güclü real vaxtlı İşletim Sisteminə dayanır. O, mürəkkəb əsas idarəetmə lojikasını icra edir və sahə ağı vasitəsilə kabina idarəetmə qabı, pitch sistemi və konverter sistemi ilə real vaxtlı kommunikasiya aparır, turbinanın optimal şərtlərdə işləməsini təmin edir.

Qalabağın bazasında olan qabı aşağıdakılardan ibarətdir:

• PLC əsas stansiyası

• RTU (Menzil İdarəetmə Ünvan Modulu)

• Sənaye İnterneti switch

• UPS enerji mənbəyi

• Dokunuş ekranı (yerli nəzarət və idarəetmə üçün)

• Düymələr, göstəricilər, kiçik avtomatlar, relelər

• Isıtıcı elementlər, ventilatorlar

• Terminal blokları

2.2 Kabina idarəetmə stansiyası

Kabina idarəetmə stansiyası, turbinadan gelen sensor signallarını toplayır, məsələn, temperatur, təzyiq, fırlanma sürəti və mühit parametrləri. O, sahə ağı vasitəsilə əsas idarəetmə stansiyası ilə kommunikasiya aparır. Əsas idarəçi, kabina idarəetmə qabı ilə yawing və kablın açılmaması funksiyalarını idarə edir. Əlavə olaraq, o, kabina daxilindəki köməkçi motorları, yağı pompalarını və soyutma ventilatorlarını idarə edərək, turbinanın optimal performansını saxlayır.

Kabina idarəetmə qabı aşağıdakılardan ibarətdir:

• Kabina PLC stansiyası

• Enerji mənbə modulu

• FASTBUS slave modulu

• CANBUS master modulu

• Ethernet modulu (yerli PC nəzarət girişidir)

• Rəqəmsal və analog I/O (DIO, AIO) modulları

• Avtomatlar, relelər, anahtarlar

2.3 Pitch idarəetmə sistemi

Böyük ölçekli rüzgar turbinaları (1 MW-dən yuxarı) adətən hidrolik və ya elektrik pitch sistemlərindən istifadə edirlər. Pitch sistemi, ön uç idarəçisini istifadə edərək, üç turbin lopasının pitch aktuatorlarını idarə edir. Əsas idarəçinin icra vahidi kimi, o CANopen vasitəsilə lopaların pitch bucağını optimallaşdırmak üçün kommunikasiya aparır.

Pitch sistemi rezerv enerji mənbəyi və təhlükəli şərtlərdə acili söndürmə üçün təhlükə zənciri ilə təchiz edilir.

Hub idarəetmə qabı aşağıdakılardan ibarətdir:

• Hub PLC stansiyası

• Servo sürücü vahidləri

• Acili pitch batareyası və izləmə vahidi

• Acili pitch modulu

• Aşırı sürət koruma rele

• Kiçik avtomatlar, relelər, terminal blokları

• Düymələr, göstəricilər və tənzimləmə anahtarları

2.4 Rezerv acili təhlükə zənciri sistemi

Rezerv acili təhlükə zənciri, kompüter idarəetmə sisteminə asılı olmayan donanım əsaslı himaya mekanizmi olaraq funksiyon yerinə yetirir. Hətta idarəetmə sistemi çökərsə də, təhlükə zənciri işləməyə davam edir. O, rüzgar turbinasına katalitik zərər verməyə məcbur olan kritik xətalı şərtləri birləşdirən birləşik seriyalı şəbəkəyə birləşdirir. Aktivləşdirildikdə, təhlükə zənciri acili söndürməni başladır, turbinanın şəbəkədən ayırır və bu sayədə bütün sistemin maksimum qadar himayasını təmin edir.

3. Sistem Arxitekturu və Fonksional Geniş Baxış

Rüzgar ferması elektrik nəzarət sistemi aşağıdakı əsas komponentlərdən ibarətdir:

• Yerli Rüzgar Turbinası İdarəetmə Vahidleri (WPCU-lar)

• Tez sürətli rezerv qol fiber-optik Ethernet şəbəkəsi

• Uzaqda yerləşən üst operator stansiyaları

Yerli rüzgar turbinası idarəetmə vahidi hər bir turbinin əsas idarəçisi kimi, parametr nəzarəti, avtomatik elektrik istehsal idarəetməsi və təchizat himayası üçün məsuliyyət daşıyır. Hər bir turbin, yerli HMI (İnsan-Mashin İnterfeys) ilə təchiz edilir ki, bu yerli nəzarət, test və təmir üçün istifadə olunur.

Tez sürətli rezerv qol fiber-optik Ethernet, sistemin verilənlər yolu kimi xidmət edir və real vaxtlı turbin məlumatlarını üst nəzarət sistemə göndərir.

Üst operator stansiyası, rüzgar fermasının fəaliyyət nəzarət mərkəzi olaraq, kompleks turbin status nəzarəti, parametr alarmları, real vaxt/historiya məlumatlarının yazılması və göstəriləsi təmin edir. Operatorlar, mərkəzi idarəetmə otağından bütün turbinləri nəzarət edə və idarə edə bilərlər.

3.1 Sahə idarəetmə səviyyəsi

Sahə idarəetmə səviyyəsi aşağıdakı əsas komponentlərdən ibarətdir:

• Qalabağın bazasında olan əsas idarəetmə qabı

• Kabina idarəetmə qabı

• Pitch idarəetmə sistemi

• Konverter sistemi

• Yerli HMI (İnsan-Mashin İnterfeys) stansiyası

• Sənaye Interneti switch

• Sahə ağı kommunikasiya şəbəkəsi

• UPS enerji mənbəyi

• Acili söndürmə rezerv sistemi

Sahə səviyyəsindəki Rüzgar Turbinası İdarəetmə Vahidi (WPCU), hər bir rüzgar turbinasının əsas idarəçisi kimi, real vaxtlı parametr nəzarəti, avtomatik elektrik istehsal idarəetməsi və təchizat himayası üçün məsuliyyət daşıyır. Hər bir turbin, yerli HMI interfeysi ilə təchiz edilir ki, bu yerli nəzarət, test, debug və təmir üçün imkan yaradır.

3.2 Mərkəzi nəzarət səviyyəsi

Mərkəzi nəzarət səviyyəsi, rüzgar fermasının fəaliyyət nəzarət mərkəzi olaraq, kompleks turbin status nəzarəti, parametr alarmları, real vaxt/historiya məlumatlarının yazılması və göstəriləsi təmin edir. Operatorlar, mərkəzi idarəetmə otağından bütün turbinləri nəzarət edə və idarə edə bilərlər.

Bu səviyyə, eyni zamanda aşağıdakı əsas alt sistemin nəzarət və idarəetməsini də təmin edir:

• Hidrolik sistemi

• Meteoroloji sistemi

• Elektrik pitch idarəetmə sistemi

• Gearbox sistemi

• Yaw sistemi və yaw idarəetməsi

Integre olunmuş SCADA funksiyası vasitəsilə, mərkəzi nəzarət səviyyəsi, bütün rüzgar fermasının effektiv, təhlükəsiz və etibarlı işləməsini təmin edir.