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© ABB GroupAugust 31, 2015 | Slide 1

Atuação da automação noaerogeradorAC500 & AC500-S

Jorge Fernando P. de Lima, Agosto de 2015 – Automation & Power World Brasil

Soluções decomunicação paracontrole da planta degeração eólica

Geração hibridade energia

Cabos HVAC

Substaçãoonshore para

plantas eólicas

Estação de conversãoOffshore HVDC

SubstaçãoOffshore AC

Conjunto deAerogeradores Cabos HVAC

Cabos HVDC

Power systemsconsulting

Sistema degerenciamento

Substação automatizada,qualidade de energia esoluções optimizadas

Estação de conversãoOnshore


Introdução do sistema de energia eólicaGeração, transmissão, integração e controle

Cabos HVAC


Introdução do sistema de energia eólicaPrincipais partes de um aerogerador

Cubo

Fundação

Torre

Pá do Rotor

Nacelle


• Micro turbinas eólicas até 5kW

• Pequenas turbinas eólicas até30kW

• Médias turbinas eólicas até 200kW

• Grandes turbinas eólicas até 1MW

• Mega turbinas eólicas a partir de1MW

• Reforma

Introdução do sistema de energia eólicaClassificação

Diâmetro do rotor

Ano de inicio de operação

Capacidade em (MW)

80m

Airbus A380

0,5

0,5

1,3

1,62

4,5

57

8/10 MW

198519901991

1992

1993

1995

19971999

20012003

20052009

?


Nacelle de um aerogerador pequeno

Layout exemplo de um aerogerador de 20KW

Para todos os tamanhos de aerogeradores a ABB tem produtos para todoSistema de geração

Introdução do sistema de energia eólicaMicro, pequenos e médios aerogeradores

Introdução do sistema de energia eólicaPrincipais componentes nos aerogeradores


Drive-train

Subestação

Comunicação Linha de Potência


Geradores ABB:SCIG, DFIG, EESG & PMGHS, MS & LS (DD)³8MW, 0,69 – 12kV

Controlador ABB para turbine:PLC para controle, monitoramentoe comunicação com Sistema (SCADA)

Controle da turbine & produtos de proteção ABBSistema de Geração & Subsistemas

Motores ABB:Controles yaw & pitchRefrigeração, ventilaçãoe sistemas hidraulicosDrives ABB:Motores para controle yam

Transformadores ABBRefrigerados a ar ou a água,de 72,5 kV e 40 MVA

Conversores ABBLV até 6MW, 0.4 – 0,69kVMV até 10MW, 3,3kV

Switchgears ABB:MV 12-40.5kVHV 72.5kV

Introdução do sistema de energia eólicaTurbinas eólicas com produtos ABB


§ O controle de pitch em um aerogerador pode ter 4modos de operação

§ Região I: Inicialização§ Região II: Torque§ Região III: Pitch§ Region IV: Desligamento

§ Região I – Ângulo normal das pás e o torque écontrolado pelo rotor do gerador. Objetivo aumentara velocidade do rotor

§ Região II – O ângulo das pás são controladas coma função de torque. Objetivo atingir a máximapotência ou a potência definida para o gerador

§ Região III – O ângulo das pás são controladas coma função de controle de pitch. A velocidade do rotoré limitada ao nível definido através da mudança daangulação das pás

§ Região IV – O ângulo das pás são controladas coma função de desligamento. A velocidade do rotor édecrementada até zero. Existem diferentes tipos dedesligamentos, por exemplo, normal, rápido, paradede emergência

Introdução do sistema de energia eólicaModos de operação de um aerogerador

Requisição de potência

Velocidade do rotorVelocidadedo rotor

Região IInicialização

Região IITorque

Região IIIPitch

Região IVDesligamento

Velocidade do vento

Conversor

Sistemade Pitch

Cálculo de pitchCálculo de torque


• Sistema de controle de ângulo modernos paragrandes e mega aerogeradores tem 3 motores

• Benefícios• Possível o controle IPC (Controle individual de

Ângulo)à Menor vibração• Elevada dinâmicaà melhor eficiência

• Sistema de controle de ângulo padrão para pequenose médios aerogeradores

• Benefícios• Tecnologia consolidada• Menor custo• Fácil manutenção

Introdução do sistema de energia eólicaSistema de controle de ângulo (Pitch Control)


AC500 no sistema eólicaAC500-eCo para micro turbinas eólicas

§ Principais aplicações:• Uso para residências• Embarcações

§ Principais tarefas do PLC:• Interface Web• Controle Remoto• Recarregamento da bateria e

monitoramento• Monitoramento do Gerador

(Temperatura)§ Principais pontos para o mercado:

• Funções de software prontas• Preço

§ Oferta da ABB:• AC500-eCo• Biblioteca para Wind


§ Principais aplicações• Aplicações isoladas como sistemas de

bombeamento e torres de transmissões• Pequenas fazendas

§ Principais tarefas do PLC• Controle Pitch e Yam do aerogerador• Monitoramento da Turbina• Interface Web ou mini SCADA• Gerenciamento da geração em

operação independente como em torresde transmissão e estações detratamento de água & efluentes

§ Principais pontos para o mercado• Disponibilidade mundial• Confiabilidade• Funções de software prontas

§ Oferta da ABB• AC500• Conectividade em rede como por

exemplo a rede Profinet-I/O• Biblioteca para Wind

AC500 no sistema eólicaAC500-eCo para pequenas turbinas eólicas


§ Principais aplicações• Fazendas eólicas On-Shore ou

Off-Shore§ Principais tarefas do PLC

• Controle da Turbina• Monitoramento da Turbina• Interface com Sistema SCADA

§ Principais pontos para o mercado• Disponibilidade mundial• Confiabilidade• Interfaces com o sistema SCADA

§ Oferta da ABB• AC500• AC500-S• CMS (Sistema de Monitoramento

de Condições)§ O PLC AC500 tambem pode ser

disponibilizado em XC por exemplopara aerogeradores OffShore

AC500 no sistema eólicaAC500&AC500-S para grande e mega turbinas eólicas


AC500 no sistema eólicaAC500-eCo para micro turbinas eólicas

Matlab orBLADED (GH)

Controle Auxiliar & Monitoramento

Vibração do Nacelle Drives do YAMSistemas de Seguraça Freios do YAMPosição do Nacelle BombasTemperaturas VentiladoresUmidade AquecedoresSistemas hidráulicos Demais sistemasVelocidade do vento IluminaçãoDireção do ventoTensão, corrente da linhaCircuitos de chaveamentoDetectores de fumaçaEstado dos contatoresControle da energia

Interfaces

SCADAAcesso remotoGeração de gráficosDados de operaçãoHMI

Loops de controle

Calculo de energiaCalculo de velocidadeCalculo de carga

Controle de Pitch necessárioTorque necessário

Sistema deControle da

Turbina


§ O PLC AC500 e AC500-eCo pode serprogramado usando o IEC61113-3 pelaslinguagens: FBD, ST LD, IL, SFC e CFC

§ No Automation Builder pode ser usadotambém a programação em Código C

§ De acordo com a tarefa de automação aser realizada pode ser escolhido alinguagem de programação maisapropriada

§ O código C tem grande vantagem ao setrabalhar com cálculos matemáticos muitocomplexos e permite a operação com baseem modelos matemáticos de controlesdefinidos

§ O modelo básico de controle pode serintegrado ao PLC. Por exemplo um códigogerado através do Simulink ou MatLAB

+

AC500 no sistema eólicaProgramação com o código C


AC500 no sistema eólicoBlocos de função – Controle de pitch e YAW

AC500 no sistema eólicoSistema de Monitoramento de Condição (CMS)


Manutenção

Corretiva

Reparo Compensação

Detecção de falha

Reparo outroca

Unidade emStandby

Data agendada Operação

Calendário Horas deoperação

PeriodicamenteRepara/troca

Falhas continuasNovas soluções

Conecito deManutenção

Estratégia

Quando

Operação

Preventiva

Baseada naCondição

Evoluçãodos

parâmetros

Reparo ouTroca


AC500 no sistema eólicoCondições adversas de ambiente

Influências do ambiente

Temperatura Pressãodo Ar Salinidade VibraçõesUmidade Descarga

atmosférica

Range ampliado de temperatura

Alta imunidade a vibrações

Alta imunidade a gases corrosivos

Alta imunidade a salinidade

Alta imunidade eletromagnética (EMC)

Apto a operar em altas altitudes

Condições testadas e certificadas

InicioOperação

Operação comderating

Operação comderating

OperaçãoNormal

Outros componentes

Ex: Geradores, sistemasde seguraça e decontrole de Pitch

Exemplos:- PM595- FM502- CI506-PNIO

Ex:SCADA

AerogeradoresSensores Atuadores

Diferentes tiposde interfaces

ETH


§ Aerogeradores trabalham dentro deum parque eólico, normalmente estãoconectados a um Sistema SACADA.Para comunicação com esses parquesfoi desenvolvido as comunicaçõesIEC-61400-25

§ Perfis de comunicação IEC-61400-25

§ MMS

§ Web services

§ OPC XML-DA

§ DNP3 (* Em desenvolvimento)

§ IEC 60870-5-101/104

AC500 no sistema eólicoIntegração com o parque eólico e com SCADA

Informação em Tempo real

Informações estatísticas

Alarmes

Ajuste de Set-points

Comandos e reconhecimentos

Alarmes

Status do aerogerador e informaçõesda produção de energia

Transmissão

Transformador

Conversor

Gerador

Rotor

Nacelle

Yawing


AC500 HW /Suporte de software

Micro<

5kW

Pequenos<

30kW

Médios<

200kW

Grandes<

1MW

Mega>

1MW

Retrofit<

1MW

HW eCo AC500 AC500 AC500 AC500 AC500

Interface com SCADA deacordo com IEC 61400-25

Não é necessário Não é necessário Desejável Necessário Necessário Necessário

Controle de torque Não é necessário Necessário Necessário Desejável Desejável Necessário

Controle de YAW Não é necessário Necessário Necessário Desejável Desejável Necessário

Controle de angulaçãoPitch control (IPC)

Não é necessário Não é necessário Desejável Necessário Necessário Necessário

Controle de angulação“linear”

Não é necessário Necessário Necessário Não é necessário Não é necessário Necessário

Integração com o parque Não é necessário Não é necessário Necessário Necessário Necessário Necessário

§ Dependendo do OEM diferentes pontos são importantes, por exemplo para aerogeradores pequenos IPCnão é importante porém para grandes aerogeradores isso pode ser muito importante.

§ Biblioteca de Wind:• 1° Etapa – Controle de YAW e Controle de angulação• 2° Etapa – A ser definido

AC500 no sistema eólicoRecursos de software para aerogeradores


Modelocertificado deaerogerador

(NREL)

Software de controle deangulação, desenvolvido comMatLab e executado no AC500

AC500 no sistema eólicoIntegração com código C, Matlab, simulink ou Bladed


§ A GH (Garrad Hassan) e uma dasmaiores fabricantes de grandes e megaaerogeradores. A GH desenvolveu umsoftware de engenharia o BLADED parao desenvolvimento e simulação total deum aerogerador. GH tem listado algunscompetidores como validado em suassoluções e o AC500 é um dessesprodutos

AC500 no sistema eólicoIntegração com Bladed software (Garrad Hassan)

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