BRPI0415728B1 - System for the management of a wind farm - Google Patents
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Abstract
"sistema de controle de turbina eólica". sistemas em fazendas de vento para geradores em fazendas de vento para coletar os dados para uso por um controle da fazenda de vento. a combinação de uma arquitetura principal-escravo (master-slave) de comando de supervisão e de captura de dados (scada) junto com bancos de dados locais distribuídos para o dispositivo de produção de dados dentro de uma fazenda de vento fornece uma funcionalidade para a monitoração e o controle em tempo real, assim como um processamento secundário dos dados e/ou o acesso remoto do usuário. a arquitetura permite uma monitoração e um controle aproximadamente em tempo real dos dispositivos na fazenda de vento, tanto de forma local quanto de forma remota, ao mesmo tempo em que permite arquivar de forma confiável os dados operacionais das turbinas eólicas, assim como totalizar os dados das turbinas eólicas.
Description
‘SISTEMA PARA O GERENCIAMENTO DE UM PARQUE EÓLICO" Campo da Invenção [001] A invenção se refere ao controle de diversos geradores por turbina eólica.
[002] Mais em particular, a invenção se refere ao controle e a captura de dados em um parque eólico apresentando diversos geradores por turbina eólica.
Antecedentes da Invenção [003] Historicamente, as turbinas eólicas têm sido contribuintes muito pequenos em relação à geração total de energia para as grades de suprimento de energia elétrica. Os baixos rendimentos unitários (< 100 kW) e as incertezas relativas à disponibilidade das fontes eólicas fizeram com que os geradores à turbina eólica afetassem de forma desprezível quando os operadores consideravam a segurança da grade. Contudo, os geradores a turbina eólica com capacidades nominais de 1,5 MW ou mais são ora disponíveis. Ainda mais, várias plantas de geração de energia estão instalando parques eólicos com uma centena ou mais de geradores à turbina eólica. O “bloco” da energia disponível pelos parques eólicos com geradores a turbinas eólicas de 1,5 MW é comparável a um moderno gerador de turbina a gás. Desta forma, os geradores de turbina a gás têm se mostrado cada vez mais, fontes práticas de energia para a grade de energia.
[004] Um requisito para uma produção eficiente de energia em um parque eólico é a coleta de dados. Os sistemas atuais de coleta de dados são tipicamente baseados em uma arquitetura de coleta de dados com central única e em operação contínua com uma capacidade limitada de um processamento e armazenamento inteligentes dos dados em cada turbina eólica, no plantão meteorológico ou na subestação. Este tipo de arquitetura é susceptível de falhas no sistema central de coleta de dados quando da armazenagem e do arquivamento dos dados que estão sendo produzidos pelos dispositivos no parque eólico se ocorrerem falhas na ínfraestrutura do parque eólico. Por exemplo, a perda da conexão entre o dispositivo principal de comando supervisor e de captura de dados (SCADA) e as turbinas eólicas poderia resultar na perda dos dados operacionais e na falha dos registros das turbinas eólicas.
Descrição da Invenção [005] É descrito um sistema de captura de dados e de supervisão de comando (SCADA) para gerenciar um parque eólico. O sistema SCADA inclui uma pluralidade de servidores de comunicação da turbina (TCSs) nas turbinas eólicas do parque eólico. Os TCSs coletam os dados das turbinas, armazenam localmente um primeiro subconjunto de dados e transmite o primeiro subconjunto de dados de acordo com intervalos em tempo não real. Os TCSs também transmitem um segundo subconjunto de dados por meio de uma rede do parque eólico para prover dados aproximadamente em tempo real e armazenar o segundo subconjunto de dados até uma transferência satisfatória. O sistema SCADA ainda inclui um servidor acoplado de modo a se comunicar com uma pluralidade de TCSs para fornecer sinais para controlar as turbinas eólicas, o servidor sendo utilizado para receber os dados de uma pluralidade de TCSs e para realizar o gerenciamento do banco de dados dos dados recebidos.
Breve Descrição dos Desenhos [006] A invenção será ilustrada a título de exemplo, e não a título de limitação, através das figuras dos desenhos que acompanham, nos quais os numerais de referências iguais se referem a elementos similares: a figura 1 é um diagrama de blocos de uma forma de realização de um sistema elétrico de um gerador a turbina eólica; a figura 2 é um diagrama de blocos de uma forma de realização de um parque eólico; a figura 3 é um diagrama de fluxo de uma forma de realização do processamento e da captura de dados de um a turbina eólica em um parque eólico; e a figura 4 é um diagrama de fluxo de uma forma de realização do processamento e da captura de dados por meio de um servidor acoplado a diversas turbina eólicas, subestações e postos meteorológicos em um parque eólico.
Descricão de Realizações da Invenção [007] As técnicas aqui descritas permitem a que os sistemas de parques eólicos com gerador de turbina eólica coletem os dados para uso, por exemplo, para o controle do gerador. Em uma forma de realização, a combinação de uma arquitetura de captura de dados e de supervisão de comando (SCADA) mestre-escravo (master-slave) com bancos de dados distribuídos localmente para o dispositivo de produção de dados em um parque eólico fornece a funcionalidade de monitoração e de controle em tempo real, assim como a visualização ao usuário, o arquivamento e a recuperação dos dados históricos, o gerenciamento da configuração, o processamento secundário dos dados, o log ou registro das falhas, o alarme e/ou o acesso remoto ao usuário. Em uma forma de realização, a arquitetura fornece uma monitoração em um controle aproximadamente em tempo real dos dispositivos do parque eólico tanto local mente quanto de forma remota, enquanto que também permite o arquivamento dos dados operacionais das turbinas eólicas individuais assim como os dados totalizados do parque eólico.
[008] Em uma forma de realização, a arquitetura utiliza um dispositivo do cliente dentro das turbinas, dentro dos postos meteorológicos e/ou dentro das subestações para prover a uma interface de comunicação (em tempo real e transferência de arquivo) entre os dispositivos e a rede local do parque eólico (LAN) ou ao host remoto. A arquitetura ainda fornece o processamento e o registro dos dados em tempo real, o histórico dos dados, o acesso aos dados via servidores e a funcionalidade de gerenciamento e de armazenagem em banco de dados. O sistema pode empregar, por exemplo, um sistema de gerenciamento do banco de dados comandado por evento e em tempo real em cada dispositivo inteligente, bem como uma estação principal de host.
[009] O desenho do sistema também pode suportar integração e uma interface de configuração do usuário para aplicações adicionais do parque eólico, tais como a redução, as aplicações relativas à energia tais como o controle do fator de potência, os sistemas de monitoração das condições e os sistemas operacionais de previsão. Em uma forma de realização, e integrado junto aos sistemas se encontra um gateway (portal) de serviços elétrico o qual fornece as opções de conectividade para as estações principais SCADA de uso elétrico, empregando os protocolos nativos. Este portal também pode incluir um banco de dados o qual permite o particionamento múltiplo do banco de dados e as capacidades múltiplas da estação principal independente. A Arquitetura mestre-escravo (master-slave) também pode permitir um ponto único central da configuração da configuração para o gerenciamento dos dados complexos e para o gerenciamento do sistema de comunicação.
[010] As arquiteturas conhecidas para o controle do parque eólico eram baseadas em uma arquitetura de coleta de dados central, única e de funcionamento contínuo com capacidade limitada de processamento inteligente e de armazenamento de dados em cada turbina eólica, no posto meteorológico e/ou na subestação. Este tipo de arquitetura era susceptível das falhas no sistema central de captura de dados durante o armazenamento e o arquivamento dos dados que estavam sendo produzidos pelos dispositivos no parque eólico, se as falhas ocorriam na infraestrutura da rede do parque eólico.
Por exemplo, as arquiteturas padrão mestre-escravo empregadas em um parque eólico e sem um banco de dados SQL distribuído em cada uma das turbinas eólicas, a perda da conectividade entre o principal SCADA e as turbinas eólicas, a LAN (Local Area NetworK) do parque eólico podería resultar na perda dos dados operacionais e em falhas nos registros pelas turbinas eólicas.
[011] Estando baseado em uma única arquitetura central de captura de dados central e controle e monitoramento (isto é um único Principal SCADA), os sistemas anteriores não podiam suportar principais SCADA adicionais e independentes (isto é, dispositivos SCADA dentro dos vários componentes do parque eólico, por exemplo, nas turbinas eólicas, nas subestações e/ou nos locais meteorológicos) e bancos de dados secundários dentro do parque eólico, nem podiam estas arquiteturas suportar um a captura dos dados e o controle e o monitoramento remoto independente do principal SCADA.
[012] A figura 1 é um diagrama de blocos de uma forma de realização de um sistema elétrico de um gerador a turbina eólica. O exemplo da figura 1 fornece as tensões específicas que são típicas para os geradores à turbina eólica de classe de 1,5 MW para uso nos Estados Unidos. Podem ser empregadas outras tensões similares para os geradores à turbina eólica de 50 Hz. Em geral, as tensões mais altas são empregadas para as taxas de potência mais altas e as tensões mais baixas são empregadas para as taxas de potência mais baixas. Contudo, a arquitetura geral e aplicável para os vários tipos e tamanhos diferentes de turbinas eólicas, com tensões iguais ou diferentes.
[013] O gerador 110 fornece uma tensão AC para a grade de energia assim como para os outros componentes do sistema elétrico 100 da turbina eólica. Em uma forma de realização, o gerador 110 fornece 575 V (a qual é a tensão nominal do gerador); contudo, pode ser fornecida qualquer tensão. A energia gerada pelo gerador 110 é fornecida para uma subestação do parque eólico ou para outra instalação para a coleta da energia gerada por vários geradores a turbina eólica. O gerador 110 também fornece energia para o conversor de energia 115, o qual opera como acima descrito para a figura 2, e para o painel de distribuição de baixa tensão (LVPD) 120.
[014] Em uma forma de realização, o LVPD 120 inclui um transformador para transformar a energia a 575 V recebida do gerador 110 em energia com 120 V, 230 V e 400 V para uso na turbina eólica (120 V para os sistemas 150, 230 V para os sistemas 160 e 400 V para os sistemas 170, respectivamente). Também podem ser fornecidos outros e/ou adicionais níveis de fornecimento de tensão conforme desejado. Os sistemas do gerador a turbina eólica conectados ao LVDP 120 inclui, por exemplo, os motores e controles do sistema de passo, os controles e motores do sistema de campo, vários sistemas de refrigeração e de lubrificação, as luzes e receptáculos elétricos, os aquecedores e equipamentos diversos.
[015] Em uma forma de realização, o LVPD 120 fornece energia ao controlador da turbina 140 através de uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) 130. O UPS 130 fornece energia ao controlador da turbina 140 no caso em que o LVPD 120 não seja capaz de fornecer a energia necessária para o controlador da turbina 140. O UPS 130 pode ser qualquer tipo de fonte de alimentação ininterrupta, por exemplo, um sistema de baterias, um sistema fotovoltaico, ou qualquer outro sistema de armazenamento de energia conhecida no estado da técnica. Em uma forma de realização, o UPS 130 não apresenta capacidade suficiente para alimentar todas as cargas elétricas servidas pelo LVPD 120.
[016] O servidor de comunicação da turbina (TCS) 180 é acoplado de modo a receber energia do UPS 130. O TCS 180 também está acoplado com a rede do parque eólico 190 de modo a fornecer os dados para um dispositivo remoto, por exemplo, um dispositivo servidor o qual interage com vários TCSs em um parque eólico. O TCS 180 é acoplado ao controlador da turbina 140, assim como a outros componentes acoplamentos (não ilustrados na figura 1 por motivo de simplificação) para realizar as operações de controle e de captura de dados.
[017] O TCS ainda está acoplado com o banco de dados 185, o qual armazena os dados capturados dos componentes da turbina eólica 100. Em uma forma de realização, o TCS 180 captura os dados em tempo real e históricos dos controladores da turbina eólica e de outros dispositivos dentro da turbina eólica 100, empregando um gerenciador do banco de dados com interruptor comandado em tempo real. O TCS 180 também realiza o processamento secundário dos dados, o alarme, o gerenciamento das configurações e a compressão dos dados, armazena ou arquiva os dados em um banco de dados em tempo real e histórico no banco de dados 185.
[018] O TCS 180 também serve os dados em tempo real para um único ou vários principais SCADA empregando um protocolo SCADA de tempo real sobre a rede 190 do parque eólico. O TCS 180 ainda serve os dados históricos a um banco de dados central empregando um protocolo ODBC e fornece uma interface de usuário e de configuração através de um browser neste embutido. O TCS 180 tanto pode ser um dispositivo ou equipamento independente (p. ex., um sistema de computador ou outro dispositivo eletrônico) o qual faz a interface e se comunica com o controlador da turbina 140, ou a funcionalidade TCS 180 pode ser implementada no controlador da turbina 140.
[019] A figura 2 é um diagrama de blocos de uma forma de realização do parque eólico. O parque eólico pode incluir um número qualquer de turbina eólicas, de locais meteorológicos, etc. Os componentes do parque eólico são interconectados pela rede 200 do parque eólico, a qual pode ser de qualquer tipo de rede (p. ex., uma rede em uma área local, uma rede em uma área ampla, por conexões via cabos e/ou por conexões sem fio) conhecida no estado da técnica empregando qualquer protocolo de rede (p. ex., conhecida o estado da técnica).
[020] O local meteorológico 210 em geral inclui um ou mais sensores 212, uma unidade de captura e comando meteorológico (MCAU) 214 e um banco de dados 216. Em uma forma de realização, o local meteorológico 210 inclui uma torre com múltiplos sensores 212 para coletar os dados meteorológicos a serem empregados no controle dos geradores a turbina eólica do parque eólico. Em uma forma de realização, a torre inclui os sensores para monitorar a velocidade horizontal do vento e a direção do vento em ao menos quatro níveis acima do chão, a velocidade vertical do vento, a temperatura e a pressão atmosférica. Em formas alternativas de realização, podem ser empregados outros sensores e/ou outras configurações da torre.
[021] Em uma forma de realização, a MCAU 214 é acoplada aos sensores 212 e ao banco de dados 216 e opera como um dispositivo SCADA slave ou escravo. Como descrito com maiores detalhes abaixo, a MCAU 214 se comunica com o dispositivo principal SCADA para fornecer um sistema de captura de dados e de controle para o parque eólico. Em uma forma de realização, a MCAU 214 opera como um dispositivo de processamento e para o log ou registro dos dados comandados por evento e em tempo real que faz com que os dados capturados sejam armazenados no banco de dados 216. Os dados armazenados no banco de dados 216 podem ser mantidos por longos períodos de tempo para o arquivamento ou a apresentação dos dados históricos e/ou para outros propósitos.
[022] Em uma forma de realização, a MCAU 214 inclui um gerenciador de banco de dados o qual realiza um processamento secundário de dados em adição ao registro dos dados comandado por evento e em tempo real. O processamento secundário pode incluir, por exemplo, o alarme, o gerenciamento das configurações e/ou a compressão dos dados. Em uma forma de realização, o banco de dados 216 é um banco de dados Structured Query Language (SQL); contudo, pode ser empregada qualquer linguagem de banco de dados e/ou protocolo. O uso de bancos de dados SQL é conhecido do estado da técnica.
[023] Os dados armazenados no banco de dados 216 são periodicamente transmitidos a um servidor, que apresenta um banco de dados associado, através da rede do parque eólico 200. Em uma forma de realização, os vários bancos de dados interagem através da interface do programa de aplicação ODBC (API); contudo, também podem ser usadas outras interfaces. Várias versões do gerenciador ODBC são disponibilizadas pela Microsoft Corporation de Redmond, Washington.
[024] O local da subestação 220 em geral inclui medidores e relês 222, uma unidade de captura e comando da subestação (SCAU) 226, o banco de dados 228 e um gateway ou portal de fornecimento 224. O portal de serviços 224 fornece uma interface a uma rede externa (rede de serviços 280) a qual pode ser usada, por exemplo, por uma empresa de serviços ou por outra entidade, que controla a grade de serviços para se comunicar com os componentes do parque eólico. Alternativamente, a grade de serviços 224 pode estar localizada em um local diverso que o local da subestação 220.
[025] Os medidos e os relês 222 pode ser qualquer combinação de medidores e de relês conhecidos do estado da técnica para uso em uma subestação. Os medidos e os relês 222 fornecem uma interface entre os geradores do parque eólico e a grade de serviços 280 assim como fornecem a funcionalidade de monitoração relacionada com o fornecimento de energia elétrica.
[026] Em uma forma de realização, a SCAU 224 inclui um gerenciador de banco de dados o qual realiza o log ou registro dos dados comandados por evento e em tempo real, o alarme, o gerenciamento da configuração, a compressão dos dados e/ou outras funções de gerenciamento. Em uma forma de realização, o banco de dados 228 é um banco de dados SQL; contudo, pode ser usada qualquer linguagem de banco de dados e ou protocolo. Os dados armazenados no banco de dados 228 é periodicamente transmitido para um servidor, comum banco de dados associado, através de uma rede do parque eólico 200. Em uma forma de realização, os vários bancos de dados interagem através da API ODBC; contudo, podem ser usadas outras interfaces.
[027] O parque eólico da figura 2 é ilustrada com duas turbinas eólicas (230, 240) por motivo de simplificação da explicação. Os parques eólicos podem compreender qualquer número de turbinas eólicas, as quais podem ser iguais ou diferentes em projeto e/ou no rendimento energético.
[028] As turbinas eólicas 230 e 240 em geral incluem unidades de captura e comando da turbina (TCS) 234 e 244, bancos de dados 236 e 246, geradores 232 e 242 e controladores de turbinas 238 e 248. Os geradores 232 e 242 são conectados a um eixo da turbina eólica 230 e 240, respectivamente, os quais são movimentados pela força do vento. Pode ser empregado qualquer gerador conhecido no estado da técnica e apto para uso em uma turbina eólica. Os controladores de turbina 238 e 248 são acoplados aos geradores 232 e 242, respectivamente, e controlam os geradores empregando qualquer técnica de controle conhecida no estado da técnica.
[029] Em uma forma de realização, os TCSs 234 e 244 incluem aplicativos de gerenciamento de banco de dados que realizam o log ou registro dos dados comandados por evento e em tempo real, o alarme, o gerenciamento das configurações, a compressão dos dados e/ou outras funções de gerenciamento dos dados. Em uma forma de realização, os bancos de dados 236 e 246 são bancos de dados SQL; contudo, pode ser usada qualquer linguagem de banco de dados e ou protocolo. Os dados armazenados nos bancos de dados 236 e 246 são periodicamente transmitidos para um servidor, comum banco de dados associado, através de uma rede do parque eólico 200. Em uma forma de realização, os vários bancos de dados interagem através da API ODBC; contudo, podem ser usadas outras interfaces.
[030] O local do servidor 250 inclui um dispositivo principal SCADA 252, o qual é acoplado com a rede 200 do parque eólico. O dispositivo principal SCADA 252 captura os dados em tempo real da MCAU 214, da SCAU 226, do TCS 234 e do TCS 244 empregando um equipamento de captura em tempo real e fornece as interfaces do operador, o alarme, as interfaces de controle, etc. O dispositivo principal SCADA 252 também captura os dados históricos da MCAU 214, da SCAU 226, do TCS 234 e do TCS 244 (conforme armazenados nos bancos de dados 216, 228, 236 e 246, respectivamente) empregando, por exemplo, os protocolos ODBC.
[031] O dispositivo principal SCADA também está acoplado ao banco de dados da rede 256, o qual realiza o armazenamento dos dados capturados pelo dispositivo principal SCADA 252. A interface de rede 254 está acoplada com o dispositivo principal SCADA 252 para fornecer uma interface com a rede externa 260. A rede externa 260 pode ser qualquer rede externa à parque eólico, por exemplo, a Internet, ou uma intranet corporativa. O dispositivo remoto 270 é acoplado com a rede externa 260 e é configurado para se comunicar com o dispositivo principal SCADA 252.
[032] Em uma forma de realização, o uso dos sistemas de gerenciamento de banco de dados comandado por evento e em tempo real e dos bancos de dados dentro de cada turbina, posto meteorológico e/ou subestação faz com que não existam perdas dos dados que estão sendo capturados dos controladores, relês, medidores e outros dispositivos eletrônicos inteligentes que estão sendo usados dentro do parque eólico. Em uma forma de realização, o uso de um banco de dados distribuído juntamente com as funções de processamento secundário dos dados fornece a capacidade para as técnicas de gerenciamento do banco de dados e de compressão dos dados dentro de cada turbina eólica, posto meteorológico e/ou subestação do parque eólico.
[033] Em uma forma de realização, o uso de um protocolo de comunicação de tempo real junto com um protocolo LAN não de tempo real entre o principal SCADA e as turbinas eólicas auxilia de modo que os dados de controle e de monitoramento em tempo real sejam capturados de forma independente dos dados históricos das turbinas eólicas, fornecendo a um operador do sistema a capacidade de visualizar a situação da turbina, quase em tempo real, em um console do operador e tem uma pronta solicitação das ações de controle da turbina eólica que são iniciados pelo principal SCADA. Em uma forma de realização, a arquitetura também permite várias estações principal independentes tanto dentro do parque eólico quanto fora do parque eólico.
[034] Apesar de não ser ilustrado na figura 2, um parque eólico pode ser logicamente ou fisicamente dividida em diversos “parques”, os quais incluem uma ou mais turbinas eólicas. Os dados que são coletados podem ser processados e/ou apresentados em termos dos parques assim como do parque eólico como um todo ou em turbinas eólicas individuais.
[035] A figura 3 é um diagrama de fluxo de uma forma de realização do processamento e da captura dos dados de uma turbina eólica em um parque eólico. Os dados são coletados dos sensores e/ou dos componentes de um dispositivo do parque eólico 310. O dispositivo do parque eólico pode ser, por exemplo, uma turbina eólica apresentando um gerador, uma subestação, ou um local meteorológico compreendendo um posto com vários sensores. Os dados específicos coletados pelo principal SCADA local varia na dependência do dispositivo no qual está incluído. Por exemplo, em uma turbina eólica, podem ser coletados os seguintes dados: estado do controlador da turbina eólica, velocidade do vento, níveis de energia e/ou alarmes, etc. Um outro exemplo, em um local meteorológico, pode ser coletado os seguintes dados: velocidade e/ou direção horizontal do vento em várias elevações, velocidade vertical do vento, temperatura e/ou pressão atmosférica, etc.
[036] Um primeiro subconjunto de dados é transmitido em tempo real 320. Os dados são transmitidos para um servidor ou para outro dispositivo de coleta de dados empregando uma rede do parque eólico ou outro meio de comunicação. Em uma forma de realização, os dados em tempo real são transmitidos empregando um protocolo SCADA, o qual é conhecido do estado da técnica; contudo, pode ser empregado qualquer protocolo que permita uma transmissão em tempo real dos dados. Os dados são mantidos no banco de dados local até que sejam satisfatoriamente transmitidos para o servidor.
[037] Um segundo subconjunto de dados é armazenado no banco de dados local 330. Em uma forma de realização, o banco de dados local é um banco de dados SQL histórico; contudo, qualquer protocolo de banco de dados, assim como qualquer tipo de informação pode ser armazenada no banco de dados local. Em uma forma de realização, o dispositivo que coleta os dados do dispositivo do parque eólico (p. ex., da turbina eólica, do local meteorológico, da subestação) opera como um dispositivo principal SCADA com relação ao dispositivo do parque eólico. O dispositivo principal SCADA local opera como um dispositivo escravo com relação a um dispositivo principal SCADA do parque eólico, o qual pode estar localizado, por exemplo, em um local de controle do parque eólico.
[038] Em uma forma de realização, cada um dos bancos de dados locais tem a capacidade de armazenar localmente os dados por um tempo suficiente de modo a antecipar uma indisponibilidade do servidor para o qual os dados deverão ser transmitidos. Por exemplo, os dados coletados do dispositivo do parque eólico podem ser armazenados por 48 horas enquanto que um servidor pode armazenar os dados em um banco de dados por dois meses. Outros períodos de tempo podem ser usados com base, por exemplo, nas condições operacionais, etc.
[039] O principal SCADA local pode realizar o processamento dos dados sobre os dados armazenados no banco de dados local 340. Os dados do banco de dados local são transmitidos através da rede do parque eólico 350. Os dados que são armazenados no banco de dados local até serem transmitidos para o servidor. Os dados podem ser transmitidos ao final de determinados períodos de tempo, em resposta a solicitações do servidor ou em resposta a condições predeterminadas.
[040] Em uma forma de realização, os dados são transmitidos do principal SCADA local com uma resolução de tempo relativamente alta (p. ex., aproximadamente em tempo real, a cada segundo, a cada dois segundos, ou com uma resolução menor que segundos) e com uma resolução de tempo relativamente baixa (p. ex., diversos segundos ou minutos). Para uma turbina eólica, os dados coletados com uma resolução de tempo relativamente alta podem incluir, por exemplo, a produção real de energia, a produção de energia reativa, a velocidade do vento, o subtotal de energia, a energia total coletada, etc. Os dados da turbina eólica também podem incluir a velocidade rotacional do gerador, a temperatura do gerador, a temperatura da caixa de redução, a temperatura ambiente, a direção do vento, a tensão da fase do fator de potência e a corrente de fase para cada fase, o tempo de produção, etc.
[041] Para um local meteorológico, os dados coletados com uma resolução de tempo relativamente alta podem ser as velocidades horizontal e vertical do vento, a direção do vento, a temperatura e a pressão do ar. Para uma subestação, os dados coletados podem incluir a energia ativa total emitida pela subestação, a energia reativa total emitida pela subestação, a energia ativa total recebida pela subestação, a energia reativa total recebida pela subestação, etc. Podem ser coletados dados adicionais e/ou diferentes.
[042] A figura 4 é um diagrama de fluxo de uma forma de realização do processamento e da captura de dados por meio de um servidor acoplado a diversas turbinas eólicas, a subestações e/ou a locais meteorológicos em um parque eólico. Os dados são recebidos dos dispositivos do parque eólico 410. Os dados em tempo real são recebidos dentro de uma base contínua conforme os dados são fornecidos pela turbina eólica, pelas subestações, pelos locais meteorológicos, etc. Como supracitado, os dados em tempo real podem ser recebidos empregando um protocolo SCADA ou qualquer outro protocolo apropriado. Os dados também são coletados periodicamente como supra descritos.
[043] Os dados recebidos pelo servidor são processados e as operações de comando podem ser emitidas 420. O processamento dos dados pode ser realizado através de qualquer forma conhecida no estado da técnica. Os comandos emitidos pelo servidor ou por outro dispositivo acoplado ao servidor, podem ser usados para controlar turbinas eólicas individuais, grupos de turbinas eólicas, assim como outros dispositivos acoplados à rede do parque eólico.
[044] O servidor, ou a estação acoplada ao servidor, fornece os dados recebidos através de uma interface de controle e de domando 430. Em uma forma de realização, a interface é uma interface gráfica de usuário (GUI); contudo, pode ser fornecida qualquer tipo de interface do usuário. A interface pode ser usada para receber as entradas do usuário 440, assim como, para fornecer os dados para o usuário. Os comandos para um ou mais componentes do parque eólico podem ser gerados com base na entrada do usuário. Os comandos são transmitidos a um ou mais dispositivos alvo 450 na rede do parque eólico.
[045] O servidor, ou a estação de trabalho, ou outro dispositivo acoplado ao servidor, pode realizar o processamento dos dados, incluindo a geração dos alarmes com base nos dados recebidos. As indicações de alarme, se geradas, podem ser transmitidas para os dispositivos remotos e/ou apresentadas através da interface do usuário 460. Os dispositivos para os quais os alarmes são transmitidos podem se comunicar, através da rede do parque eólico ou através da de uma rede externa, com a rede do parque eólico.
[046] As referências na descrição a “uma forma de realização” ou similar, significa que uma característica, estrutura ou especificação descrita em conexão com a forma de realização está incluída em ao menos uma forma de realização da invenção. As aparições da frase “em uma forma de realização” em vários locais da descrição não são todas necessariamente referidas à mesma forma de realização.
[047] Na descrição supra, a invenção foi descrita com referência a formas específicas de realização desta. Contudo, deverá ficar evidente que várias modificações e variantes podem ser feitas nesta sem escapar do espírito amplo e do escopo da invenção. A descrição e os desenhos devem, desta forma, serem observadas em um sentido ilustrativo ao invés de restritivo.
Reivindicações
Claims (10)
1. SISTEMA PARA O GERENCIAMENTO DE UM PARQUE EÓLICO compreendendo uma pluralidade de turbinas eólicas (230, 240), caracterizado pelo fato de compreender: - um elemento (234, 244) de Comando Supervisor e de Captura de Dados (SCADA) em cada turbina eólica (230, 240) para capturar os dados das respectivas turbinas eólicas (230, 240), armazenar localmente um primeiro subconjunto de dados e transmitir o primeiro subconjunto de dados de acordo com intervalos em tempo não real e transmitir um segundo subconjunto de dados por meio de uma rede do parque eólico para prover dados aproximadamente em tempo real, em que o segundo subconjunto de dados é armazenado até uma transferência satisfatória; - um elemento SCADA (214) em cada um dos um ou mais locais meteorológicos (210) para capturar os dados meteorológicos; - um elemento SCADA (226) em cada uma das uma ou mais subestações (220) eletricamente conectadas com a pluralidade de turbinas eólicas (230,240); e - um servidor (252) acoplado de modo a se comunicar com os elementos SCADA da turbina eólica (230, 240), meteorológicos e da subestação (226, 234, 244, 214) por meio da rede do parque eólico (200) para receber e para armazenar os dados recebidos dos elementos em intervalos predeterminados e para realizar o gerenciamento do banco de dados (256) em relação aos dados recebidos, o servidor (252) ainda para coletar e para manter os dados atuais e históricos conforme as entradas, as condições operacionais, e as saídas da pluralidade de turbinas eólicas (230, 240),
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual os dados coletados compreendem a velocidade do vento e a produção de energia coletados de cada uma das turbinas eólicas (230, 240) de acordo com um primeiro intervalo predeterminado, os dados meteorológicos coletados de cada local meteorológico (210) de acordo com um segundo intervalo predeterminado, e os dados da subestação incluindo a produção de energia de cada subestação (220).
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual os dados coletados compreendem os dados da energia, da energia reativa, da velocidade do vento, do subtotal da energia, e da energia total coletados de acordo com um primeiro intervalo de tempo.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ainda compreender a velocidade de rotação do gerador (232, 242), a temperatura do gerador (232, 242), a temperatura da caixa de redução, a temperatura ambiente, a velocidade do vento, a direção do vento, a potência real, a potência reativa, o fator de potência, a tensão da fase e a corrente de fase para cada fase, a produção de energia, e o tempo de produção.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual os dados coletados compreendem os estados de controle coletados de cada turbina eólica (230, 240), as velocidades vertical e horizontal do vento, a direção do vento, a temperatura e a pressão do ar, a energia ativa total emitida da subestação (220), a energia reativa total emitida da subestação (220), a energia ativa total recebida pela subestação (220), e a energia reativa total recebida pela subestação (220).
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual o parque eólico é organizada em parques com o propósito de apresentar e de gerenciar, e os dados coletados compreendem a energia produzida por cada parque.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato no qual os dados em cada parque compreendem a situação operacional de uma ou mais dentre as turbinas (230, 240) de cada parque, a potência real total produzida no parque, a potência reativa total produzida no parque, e/ou o fator de potência para o parque.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma configuração do banco de dados (256) para o parque eólico para armazenar as informações que descrevem uma configuração atual dos elementos do sistema para serem usados durante a iniciação do sistema compreendendo as informações que descrevem a configuração atual do parque eólico incluindo os elementos SCADA (214, 226, 234, 244) da turbina eólica (230, 240) no parque eólico.
9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato no qual as informações de configuração ainda compreendem: as informações que descrevem cada turbina eólica (230, 240) do parque eólico, incluindo, para cada uma de tais da fonte de dados da turbina (230, 240) que descrevem que fonte de dados da turbina (230, 240) deve ser mapeada nos campos em um banco de dados (256) do sistema.
10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender a lógica de processamento (252) para processar os dados da turbina eólica para reportar a produção média de energia em uma janela de tempo, a produção de energia esperada em uma janela de tempo, e/ou a eficiência da produção em uma janela de tempo, para cada turbina eólica (230, 240) do parque eólico.
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