Системы для электроэнергетики

Автоматизированная система мониторинга работы ветроустановок на базе NI FIELDPOINT

В.Г. Клещенко, В.Н. Леньшин, Я.И. Листратов, Р.А. Сарвин
АОЗТ "ЦАТИ" в содружестве с ГУП НПП "ВЕТРОЭН"

1. Введение.

В структуре энергетики России в текущем столетии заметную роль будут играть новые, нетрадиционные источники энергии, в частности, - ветроэнергетические станции (ВЭС). Хотя абсолютные цифры вклада ВЭС в энергобаланс страны невелики, однако в ряде регионов ветроэнергетика может играть заметную и даже определяющую роль. Например, в труднодоступных и малонаселенных районах, какими являются Северная часть России и Дальний Восток, ветроэнергетика может быть наиболее оптимальным решением задачи энергообеспечения.

В 2002 году в Чукотском автономном округе вблизи г. Анадырь фирмой «ВЕТРОЭН» была построена и введена в эксплуатацию ВЭС мощностью 2.5 Мвт на базе 10 ветроэлектрических агрегатов АВЭ-250СМ производства КБ «Южное» (г. Днепропетровск, Украина). Работы по созданию автоматизированной системы управления ВЭС велись в сотрудничестве между НПФ «ЦАТИ» и НПП «ВЕТРОЭН». Непосредственно перед фирмой «ЦАТИ» была поставлена задача создания автоматизированной системы мониторинга ВЭС

2. Результаты работы.

Применительно к жестким природным условиям Чукотки создана распределенная система мониторинга работы ВЭС, объединяющей десять ветроагрегатов. Использованы аппаратные средства NI FieldPoint и среда программирования LabView.

Рис.1 Структура ветроэнергетической станции (ВЭС)

В состав ВЭС (см. рис. 1) входят:

• 10 ветроагрегатов АВЭ-250СМ мощностью 250 кВт каждый, с соответствующими АСУ ВЭУ на каждом ветроагрегате.
• Метеопост (М) - представляет собой метеовышку с датчиками измерения параметров ветра (скорость и направление).
• 2 дизель-генератора (ДГ) номинальной мощностью 500 кВт каждый.
• Пункт управления ВЭС.
• Каналы связи с АСУ ВЭУ, ДГ, М, удаленным пунктом управления (ПУ).
• Удаленный ПУ.

Возможны следующие режимы работы ВЭС:

• ВЭУ – (все или частично) работают в режиме выработки электроэнергии, ДГ – отключены;
• ВЭУ – (все или частично) работают в режиме выработки электроэнергии, ДГ – (один или два) работают в режиме выработки электроэнергии;
• ВЭУ – отключены, ДГ – (один или два) работают в режиме выработки электроэнергии;
• ВЭУ – отключены, ДГ – отключены;

Вырабатываемая ветродизельной электростанцией электроэнергия поступает в промышленную сеть 50 Гц по линии 6 кВ.

Пункт управления ВЭС включает в себя следующие элементы:

• персональный компьютер (ПК) типа IBM PC (или несколько ПК, объединенных локальной сетью);
• встроенная интерфейсная плата RS-485;
• монитор оператора;
• канал для связи с удаленным пунктом управления.

АСУ ВЭУ ветроагрегатов, система мониторинга и управления метеопостом и дизель-генераторами, а также ПУ объединены сетью промышленного интерфейса RS-485.

Персональный компьютер оператора предоставляет следующие возможности:

• обеспечение приема/передачи данных и команд управления на запуск и останов ветроагрегатов по заданному алгоритму;
• оперативное представление персоналу обработанной информации о текущем состоянии объектов ВЭС;
• предоставление на ПУ интегральных данных о количестве вырабатываемой электроэнергии, времени работы и простоев от каждого ветроагрегата.
• архивирование необходимой информации.

Предполагается также наличие мобильного ПУ, включающего в себя портативный компьютер типа NoteBook и встроенную карту интерфейса RS-485. Мобильный пункт управления позволяет выполнять задачи мониторинга и управления непосредственно на каждом объекте ВЭС.

Автоматизированная система мониторинга на базе FieldPoint обеспечивает:

• прием/передачe данных и команд управления на запуск и останов ветроагрегатов по заданным алгоритмам из Пув режиме реального времени;
• оперативное представление персоналу обработанной информации о текущем состоянии объектов ВЭС;
• предоставление операторам ПУ интегральных данных о количестве вырабатываемой электроэнергии, времени работы и простоев от каждого ветроагрегата.
• архивирование и протоколирование необходимой информации.

Предусматривается также возможность дистанционного контроля и управления ВЭС без присутствия оператора на ПУ ВЭС по любым доступным каналам связи (модем, радиомодем, выделенная линия и т.д.).

3. Оборудование.

АСУ для каждого ветроагрегата выполняется на базе оборудования модульной распределенной системы ввода/вывода сигналов FieldPoint, с использованием САУ «Парус» и коммутационно-распределительного шкафа (КРШ), находящихся в составе ветроагрегата.

В состав АСУ ВЭУ (см. рис.2) входят:

• модульная система ввода/вывода сигналов Field Point, смонтированная на промышленный DIN-рельс.
• персональный компьютер типа IBM PC со встроенной платой интерфейса RS-485.
• линии связи по интерфейсу RS-485 (4-проводная).

Рис. 2. Структура аппаратной части АСУ ВЭУ

Модульная распределенная система ввода/вывода FieldPoint предназначена для ввода данных с территориально разнесенных источников информации, для контроля, мониторинга и управления распределенными объектами в условиях промышленной эксплуатации (от -40o до 70o). В составе FieldPoint используются модули защищенного промышленного исполнения различного функционального назначения. Удаление и замена модулей производится без отключения питания и отсоединения сигнальных проводов. Благодаря технологии Hot PnP (горячая замена) установленные модули автоматически идентифицируются системой для автоконфигурации. Модульный принцип построения FieldPoint-система может быть легко адаптирована к новым сетевым интерфейсам по мере их появления.

FieldPoint включает в себя три класса устройств, обеспечивающих гибкость конфигурации: модули ввода/вывода, терминальные блоки для подключения модулей ввода/вывода и сигнальных проводов, модули коммуникации. Модули ввода/вывода устанавливаются в терминальные блоки, содержащие клеммы для подсоединения сигнальных проводов.

Терминальные блоки являются универсальным основанием для любого модуля ввода/вывода. Они монтируются на стандартный DIN рельс или панель, которая может быть помещена в защитный пластиковый или металлический корпус. Несколько (обычно 4 или 8) установленных терминальных модулей образуя единую секцию, объединяются высокоскоростной магистралью для обмена данными между модулями ввода/вывода и коммуникационным модулем сетевого интерфейса. Сетевые коммуникационные модули обеспечивают подключение секций FieldPoint к промышленным сетям RS-485, RS-232, Foundation Fieldbus (FF), возможность горячей замены, задание состояние при включении питания, работу сторожевого (watchdog) таймера и самодиагностику.

Состав и технические характеристики оборудования распределенной системы FieldPoint приведены в таблице. Система обеспечивает необходимое число каналов ввода/вывода сигналов, установленных техническим заданием.

Состав и технические характеристики оборудования распределенной системы FieldPoint

Программное обеспечение (ПО) разработано в среде LabVIEW с использованием программного модуля DSC . Оператор ПУ имеет дело с виртуальными пользовательскими панелями мониторинга, диагностики и управления отдельными ветроагрегатами и ВЭС в целом. Передняя панель оператора представлена на рис. 3.

Рис. 3. Панель управления ВЭС

ПО работает на персональном компьютере оператора пункта управления и позволяет в режиме реального времени представлять персоналу ВЭС обработанную информацию:

• по параметрам ветра (данные метеопоста);
• по текущим значениям контролируемых параметров систем ветроагрегата;
• по статистическим данным о количестве вырабатываемой электроэнергии каждым ветроагрегатом и ВЭС в целом;
• по времени работы и простоев ветроагрегатов;

В автоматическом режиме производится архивирование этой информации на жесткий диск ПК.

4. Преимущества технологий National Instruments.

При создании автоматизированной системы ветроустановок было решено использовать оборудование NI FielPoint, поскольку оно обладает рядом важных для этой конкретной задачи характеристик:

1. Аппаратура FielPoint допускает эксплуатацию в расширенном температурном диапазоне -40..+70°С, что чрезвычайно важно для надежного круглогодичного функционирования ВЭС.

2. Система на базе FP обладает высокой степенью готовности. Как функциональные модули FP, так и контроллеры в случае неисправности можно быстро заменить на идентичные или аналогичные. Допускается режим «горячей замены», не требующий останова неповрежденной части АСУ ВЭУ. Модули имеют уникальные функции автоконфигурации, самодиагностики, функции определения сбоев и ошибок.

3. Весьма удачным решением является разделение ячейки FieldPoint на функциональный модуль и терминальную панель, что позволяет заменять функциональные модули, не производя перекоммутацию сигнальных линий.

4. Очень важно, что программная поддержка промышленного оборудования FieldPoint реализована не только для SCADA систем, но и для «лабораторных» систем программирования, таких как NI LabVIEW.

5. Система FieldPoint может функционировать под управлением контроллера с ОС жесткого реального времени автономно от центрального компьютера, что облегчает разработку программного обеспечения системы АСМ ВЭУ и увеличивает «живучесть» системы в целом.

В качестве замечания можно высказать следующее. Эксплуатация оборудования FieldPoint первого поколения выявила недостаточную вибрационную стойкость креплений функциональных модулей к терминальным панелям, однако эта проблема может быть решена с помощью соответствующих амортизационных креплений FieldPoint к несущим конструкциям объекта.

версия для печати  

Следующая страница: Система диагностики поршневых компрессоров для жестких условий эксплуатации с управлением по радиоканалу