पनि आधारित विद्युत स्टेशनको लागि स्मार्ट मनिटरिङ्ग प्रणाली: डिझाइन र अमल

1. प्रारंभिक जानकारी

हवाको गतिज ऊर्जा लाई मैकेनिकल ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दै र त्यस मैकेनिकल ऊर्जालाई विद्युत ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दै हवा बल्टी प्रदर्शन गर्छ।
हवा बल्टी प्रदर्शनको सिद्धान्त भनेको हवाले हवा टरबाइनको ब्लेडहरूलाई घुमाउँदै, जसले गियरबॉक्सलाई घुमाउँदै घुमाउँदै फेरि उत्पादन गर्ने जनरेटरलाई चालु गर्छ।

चीनको बढेको ऊर्जा माग र अनुरूप बढेको हवा बल्टी प्रदर्शनले यसको विस्तार र विकास गरिरहेको छ। एउटा विद्युत कम्पनीले अधिकतर समय एकाधिक हवा बल्टी खेतहरूलाई संचालन गर्छ, जुन विभिन्न भौगोलिक क्षेत्रहरूमा वितरित हुन्छन्। अत्याधिक पैमानाका आधारमा, एक विशेष हवा बल्टी खेतमा दहाँसाथै द सौ बट्टाहरू हुन सक्छन्। यस प्रकारका परिस्थितिहरूले प्रत्येक हवा बल्टी खेतलाई आफ्नै विद्युत निरीक्षण प्रणाली आवश्यक बनाउँछ। तर एकाधिक हवा बल्टी खेतहरूको एकीकृत प्रबन्धन गर्न ठूलो चुनौती पैदा गर्छ। यस समस्यालाई समाधान गर्न, एकीकृत नियन्त्रण केन्द्र (Central Control Centers) स्थापना गर्ने एक प्रभावी समाधान हुन्छ।

अत्याधिक नेटवर्किङ र स्मार्ट तकनीकहरूले हवा बल्टी खेतहरूमा उत्पादन र प्रबन्धन दक्षतालाई बढाउँछ, तर यसले दुष्ट अभियानकर्ताहरूको लागि नयाँ हमलाको रास्ता बनाउँछ। छोराको वर्षहरूमा, विद्युत क्षेत्रमा साइबर सुरक्षा घटनाहरू बारम्बार घटेको छ, जसले विद्युत उद्योगलाई बढेको सुरक्षा धमकी र चुनौती दिएको छ।

2. हवा टरबाइन नियन्त्रण प्रणाली

हवा टरबाइनको संचालन र सुरक्षा गर्न एक पूर्ण ऑटोमेटिक नियन्त्रण प्रणाली आवश्यक छ। यो प्रणाली टरबाइनलाई स्वचालित रूपमा सुरु गर्न, ब्लेडहरूको मैकेनिकल पिच व्यवस्थापन तन्त्र नियन्त्रण गर्न र नियमित र अनियमित परिस्थितिमा टरबाइनलाई सुरक्षित रूपमा बन्द गर्न सक्षम हुनुपर्छ। नियन्त्रण फलकहरूको अतिरिक्त, यो प्रणाली निगर्ताको काम गर्नेछ—संचालन अवस्था, हवाको गति, र हवाको दिशा जस्ता जानकारी प्रदान गर्नेछ।

हवा टरबाइन नियन्त्रण प्रणाली तीन मुख्य घटकहरू समावेश गर्छ:

• टावर आधार मुख्य नियन्त्रण केबिनेट

• नेकेल नियन्त्रण केबिनेट

• हब नियन्त्रण केबिनेट

हवा बल्टी नियन्त्रण युनिट (WPCU) प्रत्येक टरबाइनको मुख्य नियन्त्रक छ र यसले टावर र नेकेलमा वितरित छ।

2.1 टावर आधार नियन्त्रण स्टेशन

टावर आधार नियन्त्रण स्टेशन—जसलाई मुख्य नियन्त्रण केबिनेट पनि भनिन्छ—हवा टरबाइन नियन्त्रणको मुख्य भाग हो, जसमा नियन्त्रक र I/O मॉड्यूलहरू समावेश छन्। नियन्त्रकले ३२-बिट प्रोसेसर प्रयोग गर्छ, र प्रणाली एक मजबूत वास्तविक समयको संचालन तन्त्रमा संचालन गर्छ। यो जटिल मुख्य नियन्त्रण तर्क अनुसार काम गर्छ र नेकेल नियन्त्रण केबिनेट, पिच तन्त्र, र कन्वर्टर तन्त्रसँग फील्डबस द्वारा वास्तविक समयमा सञ्चार गर्छ, जसले टरबाइनलाई अनुकूल अवस्थामा संचालन गर्छ।

टावर आधार केबिनेटले समावेश गर्छ:

• PLC मुख्य स्टेशन

• RTU (रिमोट टर्मिनल युनिट)

• औद्योगिक ईथरनेट स्विच

• UPS विद्युत स्रोत

• टचस्क्रीन (स्थानीय निगर्ता र संचालनको लागि)

• पुश बटनहरू, संकेत बुल्बहरू, छोटा सर्किट ब्रेकरहरू, रिले

• हीटिङ तत्त्वहरू, पाखहरू

• टर्मिनल ब्लाकहरू

2.2 नेकेल नियन्त्रण स्टेशन

नेकेल नियन्त्रण स्टेशनले टरबाइनबाट सेन्सर सिग्नलहरू संग्रह गर्छ, जसमा तापक्रम, दबाव, घुमाउने गति, र पर्यावरणीय पैरामिटरहरू समावेश छन्। यो फील्डबस द्वारा मुख्य नियन्त्रण स्टेशनसँग सञ्चार गर्छ। मुख्य नियन्त्रकले नेकेल नियन्त्रण रैकलाई प्रयोग गरेर यो दिशामा घुमाउने र केबल खुलाउने कार्यहरू नियन्त्रण गर्छ। अत्याधिक, यो नेकेलमा विकासीय मोटरहरू, तेल पम्पहरू, र शीतलक पाखहरूलाई नियन्त्रण गर्छ जसले टरबाइनलाई अनुकूल संचालन दिनसक्छ।

नेकेल नियन्त्रण केबिनेट समावेश गर्छ:

• नेकेल PLC स्टेशन

• विद्युत स्रोत मॉड्यूल

• FASTBUS गुलाम मॉड्यूल

• CANBUS मुख्य मॉड्यूल

• ईथरनेट मॉड्यूल (स्थानीय PC रखने लागि)

• डिजिटल र एनालाग I/O (DIO, AIO) मॉड्यूलहरू

• सर्किट ब्रेकरहरू, रिले, स्विचहरू

2.3 पिच नियन्त्रण तन्त्र

ठूलो हवा टरबाइनहरू (१ MW भन्दा बढी) अन्याथा हाइड्रोलिक वा विद्युत पिच तन्त्र प्रयोग गर्छन्। पिच तन्त्रले फ्रन्ट-एन्ड नियन्त्रकलाई प्रयोग गरेर तीन टरबाइन ब्लेडहरूको पिच अधिकारीहरूलाई नियन्त्रण गर्छ। मुख्य नियन्त्रकको एक अनुपालन युनिटको रूपमा, यो CANopen द्वारा सञ्चार गरेर ब्लेडहरूको पिच कोणहरूलाई अनुकूल रूपमा रेखांकन गर्छ।

पिच तन्त्रले बैकअप विद्युत स्रोत र सुरक्षा श्रृंखला समावेश गर्छ जसले आपत्तिजनक परिस्थितिमा आपत्तिजनक बन्द गर्न सक्षम छ।

हब नियन्त्रण केबिनेट समावेश गर्छ:

• हब PLC स्टेशन

• सर्वो ड्राइव युनिटहरू

• आपत्तिजनक पिच बैटरी र निगर्ता युनिट

• आपत्तिजनक पिच मॉड्यूल

• ओवरस्पीड सुरक्षा रिले

• छोटा सर्किट ब्रेकरहरू, रिले, टर्मिनल ब्लाकहरू

• पुश बटनहरू, संकेत बुल्बहरू, र रखने स्विचहरू

2.4 बैकअप आपत्तिजनक सुरक्षा श्रृंखला तन्त्र

बैकअप आपत्तिजनक सुरक्षा श्रृंखला एक हार्डवेयर-आधारित सुरक्षा तन्त्र हो जो कम्प्युटर नियन्त्रण तन्त्रबाट स्वतन्त्र छ। यदि नियन्त्रण तन्त्र विफल भइसक्छ, तर सुरक्षा श्रृंखला अझै प्रभावी रहनेछ। यो आपत्तिजनक फालतुहरू—जसले हवा टरबाइनलाई आपत्तिजनक नुकसान पुर्याउन सक्छ—को एक श्रृंखला रूपमा जोड्दछ। जब यो चालू भई जाने, सुरक्षा श्रृंखला आपत्तिजनक बन्द गर्छ, टरबाइनलाई ग्रिडबाट अलग गर्छ, जसले पूरो तन्त्रको सुरक्षा अधिकतम गर्छ।

3. तन्त्र ढाँचा र कार्यात्मक दृष्टिकोण

हवा बल्टी खेत विद्युत निरीक्षण तन्त्र निम्न मुख्य घटकहरू समावेश गर्छ:

• स्थानीय हवा टरबाइन नियन्त्रण युनिटहरू (WPCUs)

• उच्च-गति अनुकूलनीय रिंग फाइबर-ऑप्टिक ईथरनेट नेटवर्क

• दूरीभूत उच्च-स्तरीय ओपरेटर स्टेशनहरू

स्थानीय हवा टरबाइन नियन्त्रण युनिट प्रत्येक टरबाइनको मुख्य नियन्त्रक हो, जो पैरामिटर निगर्ता, स्वचालित विद्युत उत्पादन नियन्त्रण, र उपकरण सुरक्षा गर्छ। प्रत्येक टरबाइनले स्थानीय HMI (Human-Machine Interface) समावेश छ जसले स्थानीय संचालन, आयोजन, र रखने काम गर्छ।

उच्च-गति अनुकूलनीय रिंग फाइबर-ऑप्टिक ईथरनेट तन्त्रको डाटा हाइवे छ, जसले वास्तविक समयमा टरबाइन डाटालाई उच्च-स्तरीय निरीक्षण तन्त्रमा प्रसारण गर्छ।

उच्च-स्तरीय ओपरेटर स्टेशन हवा बल्टी खेतको संचालन निरीक्षण केन्द्र हो। यो टरबाइनहरूको समग्र अवस्था निरीक्षण, पैरामिटर चेतावनी, र वास्तविक/इतिहासिक डाटा लेखन र प्रदर्शन प्रदान गर्छ। ओपरेटरहरूले मध्यम नियन्त्रण कक्षबाट सबै टरबाइनहरूलाई निरीक्षण र नियन्त्रण गर्न सक्छ।

3.1 क्षेत्र नियन्त्रण तह

क्षेत्र नियन्त्रण तह निम्न मुख्य घटकहरू समावेश गर्छ:

• टावर आधार मुख्य नियन्त्रण केबिनेट

• नेकेल नियन्त्रण केबिनेट

• पिच नियन्त्रण तन्त्र

• कन्वर्टर तन्त्र

• स्थानीय HMI (Human-Machine Interface) स्टेशन

• औद्योगिक ईथरनेट स्विच

• फील्डबस सञ्चार नेटवर्क

• UPS विद्युत स्रोत

• आपत्तिजनक बन्द बैकअप तन्त्र

क्षेत्र तहमा हवा टरबाइन नियन्त्रण युनिट (WPCU) प्रत्येक हवा टरबाइनको मुख्य नियन्त्रक हो। यो वास्तविक समयमा पैरामिटर निगर्ता, स्वचालित विद्युत उत्पादन नियन्त्रण, र उपकरण सुरक्षा गर्छ। प्रत्येक टरबाइनले स्थानीय HMI इन्टरफेस समावेश छ जसले स्थानीय संचालन, आयोजन, र रखने काम गर्छ।

3.2 केन्द्रीय निरीक्षण तह

केन्द्रीय निरीक्षण तह हवा बल्टी खेतको संचालन केन्द्र हो, जसले टरबाइनहरूको समग्र अवस्था, पैरामिटर चेतावनी, र वास्तविक/इतिहासिक डाटा लेखन र प्रदर्शन प्रदान गर्छ। ओपरेटरहरूले मध्यम नियन्त्रण कक्षबाट सबै टर