Tark varustus tuulipargide jaoks: Disain & Rakendamine

1.Taust

Tuuleenergia tootmine teisendab tuule kinetilise energiamehaaniliseks energiaks ja seejärel selle mehaanilise energiakütuseks – see on tuuleenergia tootmine.
Tuuleenergia tootmise printsiip hõlmab tuule kasutamist tuuliturbiinide lehtede pööramiseks, mis siis käivitavad kardiinaud, et suurendada pöörlemiskiirust, nii et geneerator saaks elektri toota.

Hiina kasvavaid energia nõudlusi silmas pidades laieneb tuuleenergia tootmine ja tugevdub tuuleparkide ehitamine. Üks elektriettevõte võib haldada mitut tuuleparki, mis asuvad sageli erinevatel geograafilistel aladel. Lisaks sõltub tuuleparkide suurusest, millest iga tuulepark koosneb kümmendate kuni sadade tuuliturbiinidega. Selliste tingimuste tõttu on igal tuuleparkil oma energia jälgimissüsteem. Kuid mitme tuuleparki keskendatud haldamine esitab olulisi väljakutseid. Selle probleemi lahendamiseks pakuvad keskkontrollikeskuste (Central Control Centers) loomine tõhusat lahendust.

Seega parandades tuuleparkides võrgustikku ja intelligentsust tootmist ja haldamist, luuakse ka uusi rünnakuteekaid kuritegelikele tegijatele. Viimastel aastatel on energiasektoris sageli esinenud küberohutuse juhtumid, mis näitavad, et elektriindus on üha rohkem ohustatud ja väljakutsete ees.

2. Tuuliturbiini juhtsüsteem

Tuuliturbiinide tööd ja kaitset vajalik täielik automaatne juhtsüsteem. See süsteem peab olema võimeline turbiini automaatselt käivitama, reguleerima lehtede mehaanilist pitch-mehhanismi ning turvaliselt lõpetama turbiini töö nii normaalsete kui ka ebainormaalsete tingimustes. Lisaks juhtfunktsioonidele sooritab süsteem ka jälgimisülesandeid – andes teavet operatsioonide staatuse, tuule kiiruse ja suuna kohta.

Tuuliturbiini juhtsüsteem koosneb kolmest peamisest osast:

• Torni aluse peajuhi kabinet

• Nacelle juhi kabinet

• Hub'i juhi kabinet

Tuuleenergia juhtimise ühik (WPCU) on iga turbiini üksikjuhis ja on paigutatud turbiini torni ja nacelle'isse.

2.1 Torni aluse juhi post

Torni aluse juhi post – ka teada peajuhi kabinetina – on tuuliturbiini juhtimise süda, mis koosneb peamiselt juhile ja I/O moodulitest. Juhile kasutab 32-bitist protsessorit, ja süsteem töötab tugeva reaalajas operatsioonisüsteemi all. See täidab keerulisi peajuhtlogika ja suhtub reaalajas nacelle juhi kabineti, pitch-süsteemi ja muundussüsteemi väljalinnapiiriga, tagades turbiini optimaalse töö.

Torni aluse kabinet sisaldab:

• PLC peapost

• RTU (kaugjuhtpost)

• Industriaalne võrgukõrge

• UPS võimsusallikas

• Puudekraan (paigaliku jälgimise ja juhtimiseks)

• Püsklikud, näitajad, väiksed lülitsed, releed

• Kuumenduselemendid, ventilatorid

• Lõikupunktid

2.2 Nacelle juhi post

Nacelle juhi post kogub turbiini sensorite signaale, sealhulgas temperatuuri, rõhu, pööret ja keskkonnaparametreid. See suhtub peajuhi postiga väljalinnapiiriga. Peajuhile kasutab nacelle juhi raami, et haldada liikumist ja joobimist. Lisaks kontrollib see nacelle's olevaid abimootoreid, öljupumbasid ja jahutusventilatoreid, et säilitada turbiini optimaalset tööd.

Nacelle juhi kabinet koosneb:

• Nacelle PLC post

• Võimsusallikamoodul

• FASTBUS orjamoodul

• CANBUS peamoodul

• Ethernet moodul (paigaliku PC hoolduseks)

• Digi- ja analoog-I/O (DIO, AIO) moodulid

• Lülitsed, releed, lülitid

2.3 Pitch-süsteem

Suured tuuliturbiinid (üle 1 MW) kasutavad tavaliselt hüdraulilisi või elektrilisi pitch-süsteeme. Pitch-süsteem kasutab eespoolt asuvat juhile, et reguleerida kolme turbiinilehe pitch-toimeelemente. Kuna see on peajuhi üksikjuht, suhtub see CANopeni kaudu, et reguleerida lehe pitch-nurki optimaalseks tööks.

Pitch-süsteem sisaldab varuelektritoe ja ohutuskett, et tagada kriitiliste tingimuste korral häiretoimetlus.

Hub'i juhi kabinet sisaldab:

• Hub PLC post

• Servodraivielemendid

• Häirepitch akku ja jälgimiselemendid

• Häirepitch moodul

• Ületähistuskaitse rele

• Väiksed lülitsed, releed, lõikupunktid

• Püsklikud, näitajad, hoolduslülitid

2.4 Varuhäireohutuskett

Varuhäireohutuskett on arvutijuhtimissüsteemist sõltumatult toimiv varaehitus. Isegi kui juhtimissüsteem läheb katki, jääb ohutuskett funktsiooniline. See ühendab kriitilised veatingimused, mis võivad põhjustada tuuliturbiinile katastroofilisi kahju, ühte sariveokesse. Kui see aktiveeritakse, käivitab ohutuskett häiretoimetluse, lahutades turbiini võrgust, nii et maksimeeritaks kogu süsteemi kaitset.

3. Süsteemi arhitektuur ja funktsioonide ülevaade

Tuuleparkide energia jälgimissüsteem koosneb järgmistest peamistest komponentidest:

• Paigalikud tuuliturbiini juhtühikud (WPCU)

• Kiirendatud ringfiber-optiline Ethernet-võrk

• Kaugema tasandi operaatori postid

Paigalik tuuliturbiini juhtühik on iga turbiini üksikjuht, vastutades parameetrite jälgimise, automaatse elektri tootmise ja seadmete kaitse eest. Igal turbiinil on paigalik inimese-masinase liides (HMI), mis võimaldab paigaliselt operatsioone, testimist ja hooldust.

Kiirendatud ringfiber-optiline Ethernet on süsteemi andmetee, mis edastab reaalajas turbiini andmeid ülemise tasandi jälgimissüsteemile.

Kaugema tasandi operaatori post on tuuleparkide operatsioonide jälgimiskeskus. See pakub täielikku turbiinite staatuse jälgimist, parameetri häirete ja reaalaja/pärandandmete logimist ja kuvamist. Operaatorid saavad jälgida ja juhtida kõiki turbiine keskkontrollitoast.

3.1 Väljakontrollitasand

Väljakontrollitasand koosneb järgmistest peamistest komponentidest:

• Torni aluse peajuhi kabinet

• Nacelle juhi kabinet

• Pitch-süsteem

• Muundussüsteem

• Paigalik HMI (inimese-masinase liides) post

• Industriaalne võrgukõrge

• Väljalinnapiiri kommunikatsioonivõrk

• UPS võimsusallikas

• Häiretoimetluse varasüsteem

Väljakontrollitasandil asuv tuuliturbiini juhtühik (WPCU) on iga tuuliturbiini üksikjuht. See vastutab reaalajas parameetrite jälgimise, automaatse elektri tootmise ja seadmete kaitse eest. Igal turbiinil on paigalik HMI-liides, mis võimaldab paigaliselt operatsioone, testimist, debugimist ja hooldust.

3.2 Keskkontrollitasand

Keskkontrollitasand on tuuleparkide operatsioonide süda, pakkudes täielikku turbiinite staatuse jälgimist, parameetri häirete ja reaalaja/pärandandmete logimist ja kuvamist. Operaatorid saavad jälgida ja juhtida kõiki turbiine keskkontrollitoast.

See tasand võimaldab jälgida ja juhtida ka olulisi alamsüsteeme, sealhulgas:

• Hüdrauliline süsteem

• Meteoroloogiline süsteem

• Elektriline pitch-süsteem

• Kardiinsüsteem

• Liikumissüsteem ja liikumise juhtimine

Integreeritud SCADA-funktsionaalsuse kaudu tagab keskkontrollitasand kogu tuuleparki efektiivse, ohutu ja usaldusväärse töö.