Pamamahala ng Matalinong Pagsusuri para sa mga Wind Farm: disenyo at pagpapatupad
1. Background
Ang paggawa ng kuryente mula sa hangin ay nagsasama ng enerhiyang kinetiko ng hangin at pinalit ito sa mekanikal na enerhiya, at pagkatapos ay inilipat ang mekanikal na enerhiya sa elektrikong enerhiya—ito ang tinatawag na paggawa ng kuryente mula sa hangin.
Ang prinsipyong ito ng paggawa ng kuryente mula sa hangin ay gumagamit ng hangin upang i-rotate ang mga balahibo ng turbinang hangin, at pagkatapos ay idrive ang gearbox upang taas ang bilis ng pag-ikot, kaya nagiging epektibo ang generator na makapagtataguyod ng paggawa ng kuryente.
Sa patuloy na lumalaking pangangailangan ng enerhiya sa Tsina, patuloy na lumalaki ang paggawa ng kuryente mula sa hangin, at ang pagtatayo ng mga wind farm ay patuloy na lumalakas. Isang kompanya ng kuryente maaaring mag-operate ng maraming wind farms, na madalas nakadistributo sa iba't ibang heograpikal na rehiyon. Bukod dito, depende sa sukat, ang bawat wind farm maaaring binubuo ng puluhan hanggang daan-daan na mga turbinang hangin. Dahil dito, bawat wind farm ay may sariling sistema ng pagmomonito ng kuryente. Gayunpaman, ang sentralisadong pamamahala ng maraming wind farms ay nagbibigay ng malaking hamon. Upang tugunan ang isyu na ito, ang pagtatatag ng sentralisadong control centers (Central Control Centers) ay nagbibigay ng epektibong solusyon.
Bilang resulta, habang ang networking at intelligence sa mga wind farm ay nagpapabuti ng efisiensiya ng produksyon at pamamahala, ito rin ay naglalayong bumuo ng bagong attack vectors para sa mga mapagsamantalang aktor. Sa huling mga taon, ang cybersecurity incidents sa sektor ng kuryente ay madalas nangyayari, na nagpapakita ng lumalaking security threats at hamon sa industriya ng kuryente.
2. Wind Turbine Control System
Kinakailangan ng isang fully automatic control system para sa operasyon at proteksyon ng mga turbinang hangin. Ang sistemang ito ay dapat maaaring magsimula ng automatikong operasyon ng turbine, kontrolin ang mekanikal na pitch adjustment mechanism ng mga balahibo, at ligtas na itigil ang turbine sa normal at abnormal na kondisyon. Kasama sa mga tungkulin ng kontrol, ang sistema ay gumagampan din ng monitoring tasks—na nagbibigay ng impormasyon tulad ng operational status, bilis ng hangin, at direksyon ng hangin.
Ang wind turbine control system ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi:
Tower Base Main Control Cabinet
Nacelle Control Cabinet
Hub Control Cabinet
Ang Wind Power Control Unit (WPCU) ay nagsisilbing core controller para sa bawat turbine at nakadistributo sa loob ng tower at nacelle ng turbine.
2.1 Tower Base Control Station
Ang tower base control station—kilala rin bilang main control cabinet—ay ang core ng wind turbine control, na pangunahing binubuo ng controller at I/O modules. Ang controller ay gumagamit ng 32-bit processor, at ang sistema ay tumatakbo sa isang malakas na real-time operating system. Ito ay sumasagawa ng mahirap na main control logic at nakikipag-ugnayan nang real-time sa nacelle control cabinet, pitch system, at converter system gamit ang fieldbus, na nagse-seture na ang turbine ay gumagana sa pinakamahusay na kondisyon.
Ang tower base cabinet ay kasama:
PLC master station
RTU (Remote Terminal Unit)
Industrial Ethernet switch
UPS power supply
Touchscreen (para sa lokal na monitoring at operasyon)
Push buttons, indicator lights, miniature circuit breakers, relays
Heating elements, fans
Terminal blocks
2.2 Nacelle Control Station
Ang nacelle control station ay nagsasama ng mga signal ng sensor mula sa turbine, kasama ang temperatura, presyon, bilis ng pag-ikot, at environmental parameters. Ito ay nakikipag-ugnayan sa main control station gamit ang fieldbus. Ang pangunahing controller ay gumagamit ng nacelle control rack upang mangasiwa ng yawing at cable untwisting functions. Bukod dito, ito ay nakokontrol ng auxiliary motors, oil pumps, at cooling fans sa loob ng nacelle upang panatilihin ang optimal na performance ng turbine.
Ang nacelle control cabinet ay binubuo ng:
Nacelle PLC station
Power supply module
FASTBUS slave module
CANBUS master module
Ethernet module (para sa lokal na PC maintenance access)
Digital and analog I/O (DIO, AIO) modules
Circuit breakers, relays, switches
2.3 Pitch Control System
Ang mga malalaking turbinang hangin (higit sa 1 MW) karaniwang gumagamit ng hydraulic o electric pitch systems. Ang pitch system ay gumagamit ng front-end controller upang regulahin ang pitch actuators ng tatlong balahibo ng turbine. Bilang isang execution unit ng main controller, ito ay nakikipag-ugnayan gamit ang CANopen upang ayusin ang mga angle ng pitch ng mga balahibo para sa optimal na performance.
Ang pitch system ay kasama ng backup power supply at safety chain upang siguruhin ang emergency shutdown sa critical conditions.
Ang hub control cabinet ay kasama:
Hub PLC station
Servo drive units
Emergency pitch battery and monitoring unit
Emergency pitch module
Overspeed protection relay
Miniature circuit breakers, relays, terminal blocks
Push buttons, indicator lights, and maintenance switches
2.4 Backup Emergency Safety Chain System
Ang backup emergency safety chain ay isang hardware-based protection mechanism na independent sa computer control system. Kahit na ang control system ay magkaroon ng pagkakamali, ang safety chain ay nananatiling functional. Ito ay konektado sa mga critical fault conditions—na maaaring maging sanhi ng catastrophic damage sa wind turbine—sa isang single series circuit. Kapag na-trigger, ang safety chain ay nagsisimula ng emergency shutdown, na nagdidisconnect ng turbine mula sa grid, kaya napapalakas ang proteksyon ng buong sistema.
3. System Architecture and Functional Overview
Ang wind farm power monitoring system ay binubuo ng mga sumusunod na pangunahing bahagi:
Local Wind Turbine Control Units (WPCUs)
High-speed redundant ring fiber-optic Ethernet network
Remote upper-level operator stations
Ang local wind turbine control unit ay ang core controller para sa bawat turbine, responsable sa parameter monitoring, automatic power generation control, at equipment protection. Bawat turbine ay may lokal na HMI (Human-Machine Interface) para sa on-site operation, commissioning, at maintenance.
Ang high-speed redundant ring fiber-optic Ethernet ay nagsisilbing data highway ng sistema, na nagpapadala ng real-time turbine data sa upper-level monitoring system.
Ang upper-level operator station ay ang operational monitoring center ng wind farm. Ito ay nagbibigay ng comprehensive turbine status monitoring, parameter alarms, at real-time/history data logging at display. Ang mga operator ay maaaring monitore at kontrolin ang lahat ng turbines mula sa central control room.
3.1 Field Control Layer
Ang field control layer ay binubuo ng mga sumusunod na pangunahing bahagi:
Tower base main control cabinet
Nacelle control cabinet
Pitch control system
Converter system
Local HMI (Human-Machine Interface) station
Industrial Ethernet switch
Fieldbus communication network
UPS power supply
Emergency shutdown backup system
Ang Wind Turbine Control Unit (WPCU) sa field level ay nagsisilbing core controller para sa bawat wind turbine. Ito ay responsable sa real-time parameter monitoring, automatic power generation control, at equipment protection. Bawat turbine ay may lokal na HMI interface na nagbibigay ng on-site operation, commissioning, debugging, at maintenance.
3.2 Central Monitoring Layer
Ang central monitoring layer ay ang operational core ng wind farm, na nagbibigay ng comprehensive monitoring ng turbine status, parameter alarms, at real-time/history data logging at display. Ang mga operator ay maaaring monitore at kontrolin ang lahat ng turbines mula sa central control room.
Ang layer na ito ay nagbibigay din ng supervision at control sa mga key subsystems, kasama:
Hydraulic system
Meteorological system
Electric pitch control system
Gearbox system
Yaw system and yaw control
Sa pamamagitan ng integrated SCADA functionality, ang central monitoring layer ay nagse-seture na ang buong wind farm ay nag-ooperate nang epektibo, ligtas, at maasahan.
