Việc giám sát trang trại điện gió khác giám sát nhà máy đặt trong khuôn viên kín ở một điểm: các nguồn phát nằm rải trên nhiều kilômét đồi núi hoặc bờ biển, mỗi trụ là một điểm thu số liệu riêng. Quảng Trị là ví dụ điển hình cho địa hình này. Quy hoạch điện gió của tỉnh giai đoạn đến 2020 gồm bốn dự án trên địa bàn hai xã thuộc huyện Hướng Hoá với tổng công suất 110 MW, trong đó nhà máy Hướng Linh 2 có mười lăm tua bin, mỗi tua bin 2 MW.
Ba lớp số liệu của một trang trại điện gió
| Lớp | Số liệu chính | Vị trí thu | Dùng để làm gì |
|---|---|---|---|
| Lớp tua bin | Công suất phát, tốc độ rô to, góc cánh, nhiệt độ hộp số và máy phát, rung tháp, trạng thái hệ thuỷ lực | Bộ điều khiển của tua bin, đọc qua giao thức nhà sản xuất cung cấp | Phát hiện sớm hỏng hóc cơ khí, lên lịch bảo dưỡng |
| Lớp khí tượng | Tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, áp suất, mật độ không khí | Cột đo gió độc lập và cảm biến trên vỏ tua bin | Đối chiếu sản lượng thực với đường công suất công bố |
| Lớp đấu nối | Điện áp, dòng, công suất tác dụng và phản kháng, trạng thái máy cắt | Trạm nâng áp và điểm đấu nối lưới | Đối soát sản lượng bán, đáp ứng yêu cầu điều độ |
Nhiều dự án chỉ làm lớp thứ nhất và lớp thứ ba, bỏ lớp khí tượng vì cho rằng số liệu gió đã có trong bộ điều khiển tua bin. Bỏ lớp này thì không trả lời được câu hỏi quan trọng nhất khi sản lượng thấp: gió yếu hay máy chạy kém.
Môi trường trong tủ chân tháp
Tủ đặt ở chân tháp hoặc trong thân tháp phải sống trong điều kiện khác hẳn tủ trong xưởng.
- Chênh lệch nhiệt ngày đêm lớn. Tủ kim loại phơi nắng trên đồi trọc có thể vượt xa nhiệt độ không khí, rồi hạ nhanh về đêm. Thiết bị nên có dải làm việc rộng hai đầu, không chỉ chịu nóng.
- Ẩm mặn ở dự án ven biển. Không khí biển đẩy nhanh quá trình ăn mòn tiếp điểm. Chọn tủ kín có ron còn tốt, kiểm ron theo lịch, và ưu tiên thiết bị công bố dải độ ẩm rộng.
- Ngưng tụ hơi nước. Đây là nguyên nhân của phần lớn lỗi chập chờn khó tìm ở tủ ngoài trời. Xử lý bằng bộ sấy nhỏ hoặc gói hút ẩm, kiểm cùng lịch bảo dưỡng tua bin.
- Rung truyền từ tháp. Thiết bị bắt trực tiếp lên vách tháp chịu rung liên tục; nên bắt qua giá đỡ có đệm và tránh dùng ổ đĩa cơ.
- Sét. Trụ gió là điểm cao nhất khu vực. Mọi tuyến tín hiệu ra vào tủ cần thiết bị cắt lọc sét, và tuyến giữa các trụ nên là cáp quang.
Nối các trụ về phòng điều hành
Khoảng cách giữa hai trụ thường vài trăm mét tới hơn một kilômét, vượt giới hạn của Ethernet chạy cáp đồng. Cách phổ biến là chạy một tuyến cáp quang theo rãnh cáp lực đã có, đấu vòng qua tất cả các trụ rồi khép lại tại phòng điều hành. Vòng khép kín cho phép hệ tự chuyển hướng khi một đoạn cáp đứt, điều rất hay xảy ra trong giai đoạn còn thi công hoặc khi có xe cơ giới vào khu vực.
Ở mỗi trụ, một thiết bị mạng công nghiệp nhận hai sợi quang của vòng và cấp cổng đồng cho các thiết bị trong tủ. Đường truyền lên trung tâm điều độ đi riêng từ phòng điều hành, không đi chung với vòng nội bộ.
Thiết bị Advantech cho trụ và phòng điều hành
| Vị trí | Thiết bị | Đặc điểm theo tài liệu hãng |
|---|---|---|
| Nút mạng tại chân tháp | EKI-7710G-2C | 8 cổng Gigabit cùng 2 cổng kết hợp đồng hoặc quang; vòng dự phòng phục hồi dưới 20 ms; bản EKI-7710G-2CI làm việc từ -40 đến 75 độ C; hai đầu vào nguồn 12~48 VDC và một ngõ ra rơ le báo lỗi |
| Nhánh quang lẻ tới cột đo gió | EKI-2541S | Bộ chuyển đổi quang điện cho nhánh không cần cả một thiết bị mạng nhiều cổng |
| Đọc tín hiệu tương tự trong tủ chân tháp | ADAM-4117 | 8 kênh vi sai cấu hình độc lập, nhận điện áp và dòng 4~20 mA; phát hiện đứt mạch; dải nhiệt -40 đến 85 độ C; độ ẩm 5~95 phần trăm; cách ly 3.000 VDC; chống xung 1 kV trên đầu vào nguồn |
| Máy tính tại trạm nâng áp | ECU-4784 | Chứng nhận TUV theo IEC 61850-3 và IEEE 1613; 8 cổng LAN cách ly, 10 cổng truyền thông nối tiếp; nguồn dự phòng 220 V xoay chiều hoặc một chiều, tuỳ chọn 48 V; 2 khe mở rộng vào ra |
Ví dụ một trang trại mười lăm trụ
Giả thiết theo quy mô của dự án nêu ở đầu bài: mười lăm tua bin công suất 2 MW, tổng 30 MW, địa hình đồi, một trạm nâng áp và một phòng điều hành.
- Mỗi trụ có một tủ chứa nút mạng, mô-đun đọc tín hiệu tương tự và thiết bị cắt lọc sét cho các tuyến vào ra.
- Số liệu của bộ điều khiển tua bin được đọc qua giao thức mà nhà sản xuất tua bin cung cấp, không can thiệp vào phần điều khiển máy.
- Nhiệt độ hộp số, nhiệt độ máy phát và các điểm đo bổ sung của chủ đầu tư đi vào mô-đun tương tự đặt cùng tủ.
- Vòng cáp quang đi qua mười lăm trụ và khép lại tại phòng điều hành, có kiểm tra thời gian phục hồi khi cắt thử một đoạn.
- Trạm nâng áp có máy tính riêng đạt chuẩn thiết bị trong trạm, gom số liệu điện và đấu tuyến lên điều độ.
- Phòng điều hành chạy phần mềm giám sát, hiển thị theo trụ và theo toàn trang trại, lưu số liệu để đối chiếu sản lượng theo tháng.
- Số liệu khí tượng từ cột đo gió được lưu cùng mốc thời gian với sản lượng để dựng đường công suất thực tế.
Chọn thiết bị giám sát trang trại điện gió
Bốn thông tin quyết định cấu hình: số trụ và khoảng cách giữa các trụ, giao thức mà nhà sản xuất tua bin mở ra cho bên thứ ba, các điểm đo bổ sung mà chủ đầu tư muốn có ngoài số liệu của tua bin, và yêu cầu của đơn vị mua điện về tập điểm cùng giao thức gửi lên.
Cách tính sản lượng và đối chiếu hiệu suất cho nguồn tái tạo có trong bài giám sát nhà máy điện mặt trời, còn phần theo dõi tiêu thụ phía phụ tải nằm trong bài máy tính công nghiệp quản lý năng lượng. Kiến thức nền về máy tính công nghiệp dùng ngoài trời có tại chuyên mục Advantech trên IPC247. Khi cần chọn máy đặt trong tủ chân tháp, dùng công cụ chọn máy theo nhu cầu để lọc theo dải nhiệt, kiểu gắn và số cổng.
Câu hỏi thường gặp về giám sát trang trại điện gió
Trang trại điện gió cần giám sát những gì ngoài sản lượng?
Ba nhóm nữa. Nhóm khí tượng gồm tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ và áp suất không khí. Nhóm tình trạng thiết bị gồm nhiệt độ hộp số, nhiệt độ máy phát, rung tháp và trạng thái hệ thuỷ lực. Nhóm đấu nối gồm điện áp, dòng và trạng thái máy cắt tại trạm nâng áp. Thiếu nhóm thứ hai thì mọi hỏng hóc đều được biết sau khi đã xảy ra.
Vì sao nên chạy cáp quang giữa các trụ thay vì cáp đồng?
Vì khoảng cách và vì điện. Các trụ cách nhau hàng trăm mét tới hơn một kilômét, vượt giới hạn của tuyến Ethernet cáp đồng. Cáp quang cũng không dẫn điện nên tránh được chênh lệch điện thế đất giữa hai trụ và không tạo đường cho xung sét đi vào thiết bị mạng.
Thiết bị đặt trong tủ chân tháp ven biển cần lưu ý gì?
Ba điểm: dải nhiệt làm việc rộng vì tủ kín phơi nắng, khả năng chịu ẩm cao vì không khí biển ẩm quanh năm, và chống ngưng tụ do chênh lệch nhiệt ngày đêm. Mô-đun như ADAM-4117 công bố dải -40 đến 85 độ C và độ ẩm 5~95 phần trăm, đủ biên cho điều kiện này.
Máy tính đặt ở trạm nâng áp có cần chứng nhận riêng không?
Có, nếu máy đặt trong gian điều khiển của trạm. Hồ sơ dự án thường yêu cầu IEC 61850-3 và IEEE 1613 cho thiết bị trong trạm. ECU-4784 được chứng nhận TUV theo hai chuẩn này, có tám cổng LAN cách ly, mười cổng truyền thông nối tiếp và nguồn dự phòng.
Số liệu trang trại điện gió gửi về đâu?
Thường hai nơi cùng lúc: phòng điều hành của chủ đầu tư để vận hành hằng ngày, và trung tâm điều độ của đơn vị mua điện theo giao thức đã thoả thuận. Hai luồng này khác nhau về tần suất và về tập điểm, nên thiết kế cần tách rõ ngay từ đầu chứ không gộp làm một.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
