Smarts pārvaldības sistēma vējparkiem: Izstrādāšana un realizācija

1.Fons

Vēja enerģijas ražošana pārveido vēja kinētisko enerģiju par mehānisko enerģiju, un tad šo mehānisko enerģiju par elektrisko enerģiju—tas ir vēja enerģijas ražošana.
Vēja enerģijas ražošanas princips ietver vēja izmantošanu, lai pagrieztu vēja generatora rotācijas lopas, kas pēc tam pārnes rotācijas ātrumu uz pārnesumu, kas pieauga, tādējādi veicinot generatora darbību, lai radītu elektroenerģiju.

Zem Ķīnas pieaugošajiem enerģijas pieprasījumiem, vēja enerģijas ražošana turpina paplašināties, un vēja parku būvniecība pastiprinās. Viena enerģijas uzņēmuma var vadīt vairākus vēja parkus, kuri bieži vien atrodas dažādos ģeogrāfiskos reģionos. Turklāt, atkarībā no to mēroga, katrs vēja parks var sastāvēt no desmitiem līdz simtiem vēja generatoriem. Ņemot vērā šīs apstākļus, katram vēja parkam ir savs enerģijas monitorings sistēma. Tomēr, vairāku vēja parku centralizēta pārvalde rada nozīmīgas grūtības. Lai risinātu šo problēmu, tiek izveidoti centralizēti kontrolēšanas centri (Central Control Centers), kas sniedz efektīvu risinājumu.

Tādējādi, kamēr tīklu un intelektuālās tehnoloģijas vēja parkos uzlabo ražošanas un pārvaldes efektivitāti, tās arī radīt jaunus uzbrukumu vektorus nelikumīgiem darījumiem. Pēdējos gados, enerģētikas nozarē bieži notiek ciberveselības incidenti, kas izvirza elektroenerģijas nozari pretī pieaugošiem drošības draudiem un izaicinājumiem.

2. Vēja Generatora Kontroles Sistēma

Vēja generatora darbībai un aizsardzībai nepieciešama pilnībā automatizēta kontroles sistēma. Šai sistēmai jābūt spējīgai automātiski uzsākt generatoru, kontrolēt lopu mehānisko piesākuma pielāgošanas mehānismu un droši apturēt generatoru gan normālos, gan nenormālos apstākļos. Papildus kontroles funkcijām, sistēma veic arī monitoringa uzdevumus—sniedz informāciju, piemēram, par darbības stāvokli, vēja ātrumu un vēja virzieniem.

Vēja generatora kontroles sistēma sastāv no trim galvenajiem komponentiem:

• Torņa pamata galvenais kontroles skapis

• Naksales kontroles skapis

• Huba kontroles skapis

Vēja Enerģijas Kontroles Vieta (WPCU) darbojas kā katra generatora galvenais kontrolētājs un ir izplatīta torņa un naksaļu iekšpusē.

2.1 Torņa Pamata Kontroles Stacija

Torņa pamata kontroles stacija, arī pazīstama kā galvenais kontroles skapis, ir vēja generatora kontroles sirds, galvenokārt sastāvotā no kontrolētāja un I/O moduļiem. Kontrolētājs izmanto 32 bitu procesoru, un sistēma darbojas uz spēcīgu reāllaika operētājsistēmu. Tā izpilda sarežģītu galveno kontroles loģiku un reālajā laikā sazinās ar naksaļu kontroles skapi, piesākuma sistēmu un konvertera sistēmu caur lauka tīklu, nodrošinot, ka generatoris strādā optimālos apstākļos.

Torņa pamata skapis ietver:

• PLC galvenā stacija

• RTU (Attālināta terminālvieta)

• Rūpnieciskais Ethernet commutators

• UPS elektrosargājs

• Pieskāriena ekrāns (lokālam monitoringam un darbībai)

• Spoguliņi, rādītāju gaismas, miniaturizētie šķēršņi, releji

• Sildīšanas elementi, ventilatori

• Kontaktbloki

2.2 Naksaļu Kontroles Stacija

Naksaļu kontroles stacija apkopo sensoru signālus no generatora, ieskaitot temperatūru, spiedienu, rotācijas ātrumu un vides parametrus. Tā sazinās ar galveno kontroles staciju caur lauka tīklu. Galvenais kontrolētājs izmanto naksaļu kontroles rāmis, lai pārvaldītu noslīpšanu un kabelu atslīpšanas funkcijas. Papildus tam, tā kontrolē palīgmotorus, eļļas pompas un dzesēšanas ventilatorus naksaļā, lai uzturētu optimālo generatora veiktspēju.

Naksaļu kontroles skapis sastāv no:

• Naksaļu PLC stacija

• Barošanas modulis

• FASTBUS salīdzinājuma modulis

• CANBUS galvenais modulis

• Ethernet modulis (lokālā PC uzturēšanas piekļuvei)

• Digitālie un analogie I/O (DIO, AIO) moduļi

• Šķēršņi, releji, spēksāknī

2.3 Piesākuma Kontroles Sistēma

Lielos vēja generatoros (piecas MW vai vairāk) parasti tiek izmantotas hidrāuliskas vai elektriskas piesākuma sistēmas. Piesākuma sistēma izmanto priekšgalu kontrolētāju, lai regulētu trīs generatora lopu piesākuma aktuatorus. Kā galvenā kontrolētāja izpildes vienība, tā sazinās ar CANopen, lai pielāgotu lopu piesākuma leņķus optimālai veiktspējai.

Piesākuma sistēmai ir rezerves barošanas avots un drošības virziena ceļš, lai nodrošinātu ārkārtas apstākļos ātru apstāšanos.

Huba kontroles skapis ietver:

• Huba PLC stacija

• Servo pogu vienības

• Ārkārtas piesākuma akumulators un monitoringa vienība

• Ārkārtas piesākuma modulis

• Pārsnieguma aizsardzības relejs

• Miniaturizētie šķēršņi, releji, kontaktbloki

• Spoguliņi, rādītāju gaismas un uzturēšanas spēksāknī

2.4 Rezerves Drošības Ceļa Sistēma

Rezerves drošības ceļš ir neatkarīgs no datoru kontroles sistēmas aparatūras aizsardzības mehānisms. Pat ja kontroles sistēma neveiksmīgi nedarbojas, drošības ceļš turpina darboties. Tas savieno kritiskus defektus, kas varētu izraisīt katastrofālas sekas vēja generatoram, vienā virziena tīklā. Kad tas aktivizēts, drošības ceļš iniciē ārkārtas apstāšanos, atsekojot generatoru no tīkla, tādējādi nodrošinot maksimālu veselības aizsardzību visai sistēmai.

3. Sistēmas Arhitektūra un Funkcionālais Pārskats

Vēja parka enerģijas monitoringa sistēma sastāv no šādiem galvenajiem komponentiem:

• Vietējie Vēja Generatora Kontroles Vieta (WPCUs)

• Augstā atrums redundantais fiberoptikas Ethernet tīkls

• Attālinātās augšējās operatoru stacijas

Vietējais vēja generatora kontroles vienība ir katra generatora galvenais kontrolētājs, atbildīgs par parametru monitoringu, automātisku enerģijas ražošanas kontrolēšanu un aprīkojuma aizsardzību. Katram generatoram ir savs vietējais HMI (Human-Machine Interface) interfeiss, kas ļauj veikt vietējo darbību, komisijas un uzturēšanu.

Augstā atrums redundantais fiberoptikas Ethernet tīkls darbojas kā sistēmas datu autoceļš, nododot reālajā laikā generatora datus augšējā monitoringa sistēmā.

Augšējā operatoru stacija ir vēja parka operāciju monitoringa centrs. Tā nodrošina visaptverošu generatora statusa monitoringu, parametru brīdinājumus un reālā laika/vēsturisku datu žurnālošanu un attēlošanu. Operatori var monitoringot un kontrolēt visus generatorus no centrālās kontroles istabas.

3.1 Lauka Kontroles Slānis

Lauka kontroles slānis sastāv no šādiem galvenajiem komponentiem:

• Torņa pamata galvenais kontroles skapis

• Naksaļu kontroles skapis

• Piesākuma kontroles sistēma

• Konvertera sistēma

• Vietējais HMI (Human-Machine Interface) stacija

• Rūpnieciskais Ethernet commutators

• Lauka tīkla komunikācijas tīkls

• UPS elektrosargājs

• Ārkārtas apstāšanas rezerves sistēma

Vēja Generatora Kontroles Vieta (WPCU) lauka slānī ir katra vēja generatora galvenais kontrolētājs. Tā atbild par reālā laika parametru monitoringu, automātisku enerģijas ražošanas kontrolēšanu un aprīkojuma aizsardzību. Katram generatoram ir savs vietējais HMI interfeiss, kas ļauj veikt vietējo darbību, komisijas, derīgumu un uzturēšanu.

3.2 Centrālais Monitoringa Slānis

Centrālais monitoringa slānis ir vēja parka operāciju sirds, nodrošinot visaptverošu generatora statusa monitoringu, parametru brīdinājumus un reālā laika/vēsturisko datu žurnālošanu un attēlošanu. Operatori var monitoringot un kontrolēt visus generatorus no centrālās kontroles istabas.

Šis slānis ļauj arī uzraudzīt un kontrolēt galvenos apakšsistēmas, ieskaitot:

• Hidrāuliskā sistēma

• Meteoroloģiskā sistēma

• Elektriskā piesākuma kontroles sistēma

• Pārnesuma sistēma

• Noslīpšanas sistēma un noslīpšanas kontrolēšana

Izveidojot integrētu SCADA funkcionalitāti, centrālais monitoringa slānis nodrošina efektīvu, drošu un uzticamu veselības darbību visā vēja parkā.