Manutenção Preditiva de Geradores Inácio Fonseca, Torres Farinha, F. Maciel Barbosa, António Simões Eólicos
Sumário: 1. Introdução aos aero-geradores 2. Recursos de energia eólica 3. Sistema integrado de Manutenção de Geradores 4. SMIT Software 5. Manutenção de aero-geradores 6. Desenvolvimentos futuros 7. Conclusões
1 Introdução aos aero-geradores
1 Introdução aos aero-geradores Como funcionam Vento Veio CA Pás do rotor Caixa de multiplicação Gerador Rede
1 Introdução aos aero-geradores The main blocks Pás do rotor Multiplicadora Veio Veio Gerador Sistema de alinhamento da cabine
1 Introdução aos aero-geradores Veios Veios servem para fazerligações entre partes mecânicas Veio de baixa velocidade Veio associado ao gerador de elevada velocidade
1 Introdução aos aero-geradores 3 pás (normalmente) Pás do Rotor Pitch (função de controlo da velocidade de rotação) Stall (Controlo por aerodinâmica) Suportam forças elevadas Tamanho de 20m a 80m Travões aerodinâmicos
1 Introdução aos aero-geradores Travões Travão de emergência O travão aerodinâmico é utilizado para reduzir a velocidade do rotor Depois, o travão de emergência será activado. Travão aerodinâmico Travão de emergência
1 Introdução aos aero-geradores Gerador Normalmente é síncrono ou assíncrono, multi-pólos,, transformando energia mecânica ca em eléctrica. ca A escolha influência o comportamento do aero-gerador e a interacção com a rede. O gerador varia de acordo com o tipo da turbina.
1 Introdução aos aero-geradores Caixa multiplicadora Razão de transformação entre o veio do rotor e o veio do gerador. Nalguns modelos recentes com geradores multi-pólos, este sistema foi retirado. A velocidade do rotor entre 10 e 60 rpm, é transformada em 1200 a 1800 rpm.
1 Introdução aos aero-geradores Anemómetros Medir a velocidade do vento e a sua direcção. A cabine é posicionada frontalmente com a direcção do vento para maximizar a energia recebida
2 Recursos de Energia Eólica
2 Recursos de energia eólica EWEA Report On-Shore 1 Germany 23,903 2 Spain 16,740 3 Italy 3,736 4 France 3,404 5 UK 3,241 6 Denmark 3,180 7 Portugal 2,862 8 Netherlan. 2,225 9 sweden 1,021
2 Recursos de energia eólica EWEA Report On-Shore
2 Recursos de energia eólica Typical Wind resources in Europe (on-shore) Copyright Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark
2 Recursos de energia eólica Typical Wind resources in Europe (off-shore) Copyright Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema Informático Informática: Servidor Linux; Base de Dados PostgreSQL; Servidor UDP/IP recepção de dados; Servidor SNTP/NTP; Servidor Ftp WebServices; Importar/exportar em formato csv/xml.
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema de Aquisição Hardware de alto desempenho Software LabView Aquisição com hardware específico Hardware Industrial: PLCs com Ethernet Omron, Siemens, Schneider, Hardware de baixo custo: MicroControllers Microchip ethernet e soluções CAN Filtros Adaptativos e acondicionamento de sinal 10 canais a 100 Khz máx ARM Microcontroller com time stamping na recepção e transmissão ethernet
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema de Aquisição Hardware de baixo custo: PIC18F2685 + ENC28J60 (Ethernet e CAN) 5 canais a 100 Khz máx amostragem PIC18F67J60 Apenas Ethernet Filtro adaptativo (Butterworth) Filtro adaptativo (Butterworth) Setup por software
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema de Aquisição Hardware de baixo custo: PIC18F2685 + ENC28J60 (Ethernet e CAN) 5 canais a 100 Khz máx amostragem PIC18F67J60 Apenas Ethernet Sincronização do RTC utilizando SNTP ou NTP nos nós Ethernet Os nós CAN estão também sincronizados i
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema de Aquisição sincronização de relógio 2,4 μs de diferença
3 Sistema integrado de manutenção de aero-geradores Sistema de Aquisição Bootloader no Linux + Windows Bootloader no Linux + Windows Pode enviar firmware para qualquer nó usando a gateway ethernet. Transmissão encriptada (key 87 bytes)
4 - SMIT Software
4 - SMIT Software Objectos de Manutenção Ordens de Trabalho Planeamento Técnicos Peças de Reserva Ferramentas Diagnóstico de Falhas Relatórios
4 - SMIT Software Cima: Ordem de trabalho Baixo: Módulo de Gantt
4 - SMIT Software Relação entre objectos de Manutenção
Plano de Manutenção 4 - SMIT Software
5 Manutenção de aerogeradores
5 Manutenção de aero- geradores Topicos 1. Monitorizar as correntes, a vibração do gerador e da caixa multiplicadora 2. Monitorar a velocidade do vento. 3. Da relação vento/potência verificar se o funcionamento é normal ou se existe alguma avaria 4. Análise de séries temporais utilizando técnicas de regressão para seguir a amplitude de algumas frequências.
5 Manutenção de aero- geradores Objectivo genérico num parque eólico - Maximizar a potência produzida: Dados meterológicos Prever falhas de médio e longo tempo Al it d ti i ã i i i t Algoritmos de optimização: minimizar o custo e maximizar a eficiência nos percursos
5 Manutenção de aero- geradores Hardware de Aquisição
5 Manutenção de aero- geradores Hardware de Aquisição
5 Manutenção de aero- geradores Velocidade do vento medida com anemómetros
5 Manutenção de aero- geradores Verificação da condição de operação - SVM SVM r x turbine velocity_ low_ rotor = velocity _ high _ rotor active_ power Multi- Classificação kernel function: RBF
5 Manutenção de aero- geradores Verificação da condição de operação - SVM Classificação com Classificação com Vento/Potência x r turbine A verde boa operação
5 Manutenção de aero- geradores Análise da evolução de vibrações Predição da amplitude da FFT em frequências chaves usando séries temporais
5 Manutenção de aero- geradores Análise de séries temporais Análise de tendência através de séries temporais
5 Manutenção de aero- geradores Análise de séries temporais Análise de tendência através de séries temporais
5 Manutenção de aerogeradores Análise de séries temporais geradores Análise de séries temporais [ ] [ ] ( ) [ ] ( ) + = + + = 1] ˆ[ ] [ ] ˆ[ ] ˆ[ 1 ˆ 1 ˆ k y k y m k y m k y k y k y k y α α α Método ESMSE ( ) + = + ] 1 [ ] [ ] [ ] [ k y k y m k y m k y α [ ] ( ) [ ] ( ) 2 1 ˆ ] [ 1 ˆ 1] [ + = n i y i y i y i y k n i α Alteração do alpha de forma [ ] ( ) 2, 1 ˆ ] [ 2 = = n i y i y k n i n i α alpha de forma automática n i
5 Manutenção de aero- geradores Análise de séries temporais ESMSE éo melhor algoritmo quando se verifica a qualidade da predição na totalidade do sinal
5 Manutenção de aero- geradores Análise de séries temporais
6 Desenvolvimentos futuros
6 Desenvolvimentos futuros Optimização de trajectórias de manutenção entre parques eólicos, usando funções de custo como estimativa da velocidade do vento Integração de software com interligação directa ao Labview Re-escrita do cliente SMIT em PHP para plataforma WEB. Instalação num aero-gerador em Espanha para testes
7 Conclusões
7 Conclusões Software SMIT, encontra-se totalmente consolidado ferramenta poderosa de gestão da manutenção Hardware desenvolvido de baixo custo Baseado em TCP/IP, ethernet Redes de CANbus Hardware de instrumentação profissional National + LabView Determinação de avarias Perspectiva global + perspectiva local Estado actual Estudo das Técnicas de optimização
Fim Obrigado pela atenção.