Résumé : Source d’énergie propre, l’éolien a connu une croissance rapide de sa capacité installée ces dernières années. On distingue deux types de parcs éoliens : terrestres et en mer. Généralement situés dans des zones reculées, avec des installations dispersées et des environnements difficiles, ces parcs nécessitent un système de télésurveillance afin d’optimiser la gestion des opérations par le personnel d’exploitation et de maintenance.
Mots clés : parc éolien, système de surveillance centralisé, dispositif de mesure et de contrôle du transformateur de boîte
1. Équipements électriques pour parcs éoliens
La cabine supérieure de chaque groupe électrogène est équipée d'une turbine et d'une hélice à pales orientables. Le système permet d'ajuster l'angle d'inclinaison des pales en fonction des conditions de vent. La vitesse de rotation normale des pales est de 10 à 15 tr/min, mais elle peut être augmentée jusqu'à 1 500 tr/min grâce à un multiplicateur de vitesse pour entraîner le générateur. Un automate programmable industriel (API) est installé dans la salle des machines pour le contrôle et la collecte des données. Ces données (vitesse et direction du vent, vitesse de rotation, puissance active et réactive de la production d'électricité, etc.) permettent de contrôler le générateur en temps réel. Au sol, un transformateur de distribution est installé au pied de l'éolienne pour élever et raccorder le réseau électrique. En fonction de la puissance disponible et des conditions géographiques, plusieurs éoliennes peuvent être alimentées simultanément et connectées en parallèle pour converger vers le poste de transformation. L'électricité produite est ensuite injectée dans le réseau. Le schéma de câblage électrique du parc éolien est présenté sur la figure 1. La tension émise par le ventilateur est généralement de 0,69 kV, puis élevée à 10 kV ou 35 kV par le transformateur de distribution. Après plusieurs raccordements en parallèle, elle est connectée à la barre omnibus basse tension du poste élévateur, puis élevée à 110 kV ou plus par le transformateur principal avant d'être injectée dans le réseau électrique.
Contrairement à l'énergie éolienne terrestre, en raison de l'environnement difficile de l'énergie éolienne en mer (humidité élevée, forte densité de sel), le transformateur sec utilisé pour la suralimentation primaire est intégré dans le compartiment moteur du ventilateur d'extraction, ce qui résout non seulement le problème de l'encombrement de l'ensemble de l'unité, mais évite également la difficulté de protection causée par l'installation du transformateur à une position plus basse.
Figure 1 Schéma du câblage électrique d'un parc éolien
2. Équipements de protection, de mesure et de contrôle pour les parcs éoliens
Depuis la production d'électricité à partir d'une éolienne – transformateur d'appoint – point de confluence – poste de transformation – barre omnibus moyenne tension – transformateur principal – poste de transformation – barre omnibus haute tension – prise haute tension – raccordement au réseau, la tension doit être augmentée deux fois avant d'être injectée dans le réseau. Le réseau électrique comprend un grand nombre d'équipements électriques de types variés, et toute défaillance sur un maillon quelconque affecte le fonctionnement normal du parc éolien. Il est donc nécessaire d'installer des dispositifs de protection, de mesure et de contrôle sur l'ensemble du réseau afin de surveiller en permanence l'état de fonctionnement du parc éolien. La figure 2 présente un schéma de la configuration de ces dispositifs.
Figure 2 Schéma de configuration des dispositifs de protection, de mesure et de contrôle des parcs éoliens
2.1 Dispositif de mesure et de contrôle du transformateur de boîtier
Afin de réduire les pertes en ligne dans les parcs éoliens terrestres, un poste de transformation élévateur de type boîte de 0,69/35 (10) kV est généralement installé à proximité des éoliennes. La distance entre les éoliennes au sein du parc éolien atteint plusieurs centaines de mètres, les éloignant ainsi du centre de contrôle. Les transformateurs élévateurs étant situés en plein champ, dans un environnement naturel relativement difficile, leur inspection manuelle s'avère complexe. Le dispositif de mesure et de contrôle du transformateur de type boîte constitue l'élément central du système de surveillance du parc éolien, permettant une gestion intelligente de ce transformateur. Ce dispositif assure la protection et la surveillance à distance du poste de transformation éolien, remplissant pleinement les fonctions de signalisation, de télémétrie, de contrôle et de réglage à distance, et améliorant considérablement l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance du parc éolien.
Figure 3 Dispositif de mesure et de contrôle de la station de box d'un parc éolien
Le dispositif de protection, de mesure et de contrôle de transformateur AM6-PWC, de type boîtier, est un appareil intégré assurant la protection, la mesure, le contrôle et la communication pour répondre aux différents besoins des transformateurs élévateurs de tension pour éoliennes et photovoltaïques. Sa configuration fonctionnelle est présentée dans le tableau ci-dessous.
| Nom | Fonction principale |
| Télédétection | Mesure du courant alternatif : Courant triphasé, tension triphasée, fréquence, facteur de puissance, puissance active, puissance réactive |
| 6 canaux de courant, 6 canaux de tension | |
| Mesure en courant continu : un total de 4 canaux Alimentation standard à 2 canaux 4-20 mA ou à 2 canaux 5 V CC Résistance thermique standard à 2 canaux (système à deux ou trois fils) | |
| Signalisation à distance | 29 canaux d'entrée ouverts, dont les 10 premiers sont réservés aux entrées de signal de protection contre l'alimentation. |
| Télécommande | Sorties relais à 6 canaux pour sortie de protection ou sortie de télécommande normale |
| Protection | Protection contre les pannes de courant : Gaz léger, gaz lourd, haute température, très haute température, niveau d'huile de transformateur bas, protection conventionnelle de la soupape de décharge de pression : protection contre les courants de fuite à trois niveaux, protection contre les courants homopolaires, protection contre les surtensions, protection contre les sous-tensions ; protection contre les surtensions homopolaires |
| Communication | 2 interfaces de communication par fibre optique auto-réparatrices, pouvant former un réseau en anneau de fibre optique |
| Interface de communication Ethernet 3 canaux (en option, veuillez le préciser lors de la commande) | |
| 4 ports de communication RS485 | |
| Conversion de protocole | Interface de communication RS485 configurable à 4 canaux, configuration et conversion libres de divers protocoles |
| Enregistrer | Consignez les 35 derniers accidents et les 50 derniers rapports d'intervention |
2.2 Mesure et contrôle de la protection des lignes et barres omnibus basses tensions
Plusieurs éoliennes sont alimentées pour la première fois à 35 (10) kV, puis connectées en parallèle pour former un circuit raccordé au jeu de barres basse tension du poste élévateur. Afin d'assurer une surveillance complète, la ligne est équipée de dispositifs de protection, d'instruments de mesure et de contrôle multifonctionnels, de dispositifs de surveillance de la qualité de l'énergie et de capteurs de température sans fil permettant une surveillance en temps réel de la protection électrique, des mesures et de la température. Les jeux de barres basse tension sont quant à eux équipés de dispositifs de protection contre les arcs électriques.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| protection de ligne |  | AM6-L | protection contre les surintensités et les surtensions du circuit 35 (10) kV, protection non électrique, fonctions de mesure et de contrôle automatique. | protection de ligne, mesure et contrôle du côté basse tension de la station de surtension |
| dispositif de surveillance de la qualité de l'énergie |  | APView500 | Surveillance en temps réel de la qualité de l'énergie électrique, notamment des écarts de tension, des écarts de fréquence, du déséquilibre de tension triphasé, des fluctuations et du scintillement de la tension, des harmoniques, etc., enregistrement de divers événements liés à la qualité de l'énergie électrique et localisation des sources de perturbation. | |
| compteur d'énergie multifonction |  | APM520 | Il dispose d'une mesure complète de la puissance, du taux de distorsion harmonique, des statistiques de taux de passage de tension, des statistiques d'énergie électrique à partage temporel, d'entrées et de sorties à commutation, d'entrées et de sorties analogiques. | |
| protection contre les arcs électriques au niveau du bus |  | ARB6 | Il convient à la collecte des signaux lumineux d'arc et de courant de l'armoire de distribution, et à la commande de l'ouverture de toutes les armoires de distribution sur la ligne d'arrivée, le bus de jonction ou le bus. | Protection des barres omnibus côté basse tension de la station de surtension |
| capteur de température sans fil |  | ATE400 | Surveiller la température des barres omnibus et des points de connexion des câbles du système de distribution de tension de 35 kV et moins et alerter rapidement en cas de hausse de température. | mesure de température des contacts de ligne et des barres omnibus du côté basse tension de la station de surtension |
Tableau 1 Configuration de mesure et de contrôle de la protection des barres omnibus et des lignes latérales basse tension
2.3 Mesure et contrôle de la protection du transformateur principal
Après avoir été acheminée par le bus basse tension via les éoliennes, l'énergie produite est élevée à 110 kV par le transformateur principal et injectée dans le réseau. Ce transformateur est équipé d'une protection différentielle, d'une protection de secours haute tension, d'une protection de secours basse tension, d'une protection non électrique, d'un dispositif de mesure et de contrôle, d'un système de régulation de température et d'un transmetteur de vitesse, assurant ainsi ses fonctions de protection, de mesure et de contrôle. Il est installé avec un système de contrôle centralisé.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| dispositif de protection différentielle |  | AM6-D2 | Protection différentielle des deux côtés du transformateur principal | transformateur principal de la station de surpression |
| protection de secours côté haute et basse tension | AM6-TB | Protection contre les surintensités entre phases à trois étages, protection contre les surintensités homopolaires à deux étages, protection contre les surintensités à deux étages, blocage de tension composite, protection contre les surtensions homopolaires à deux étages, commande du disjoncteur | transformateur principal de la station de surpression | |
| protection non électrique | AM6-FD | Gaz lourds, gaz légers, surchauffe, protection et alarme contre la surpression | transformateur principal de la station de surpression | |
| dispositif de mesure et de contrôle | AM6-K | Télérelève, signalisation à distance, télécommande | transformateur principal de la station de surpression | |
| transmetteur de température | ARTM-8L | Surveiller la température de l'enroulement principal et de l'huile du transformateur. | transformateur principal de la station de surpression |
Tableau 2 Configuration de mesure et de contrôle de la protection du transformateur principal
2.4 Mesure et contrôle de la protection des lignes haute tension
L'énergie électrique produite par le parc éolien est élevée à 110 kV par deux fois, puis injectée dans le réseau électrique. La ligne de 110 kV est équipée d'une protection différentielle par fibre optique, d'une protection de distance, d'une protection anti-îlotage et d'appareils de mesure et de contrôle.
| Article | Image | Modèle | Fonction | Application |
| dispositif de protection | | AM6-LD | dispositif de protection différentielle pour fibre optique de ligne | les deux côtés de la ligne |
| AM6-L2 | Distance entre phases/terre, surintensité homopolaire, localisation du défaut, etc. | ce côté | ||
| AM6-K | Télérelève, signalisation à distance, télécommande | |||
| AM5SE-IS | Dispositif de protection anti-îlotage, se déclenchant lorsque le réseau électrique externe est déconnecté du réseau électrique. | |||
| dispositif de surveillance de la qualité de l'énergie | | APView500 | Surveillance en temps réel de la qualité de l'énergie électrique, notamment des écarts de tension et de fréquence. déséquilibre de tension triphasée, fluctuations et scintillements de tension, harmoniques, etc. enregistrer divers événements liés à la qualité de l'énergie et localiser les sources de perturbation. | ce côté |
Tableau 3 Configuration de mesure et de contrôle de la protection de la ligne 110 kV
3. Système de surveillance des parcs éoliens
La plateforme de surveillance des parcs éoliens permet de contrôler et de gérer l'état de fonctionnement du parc éolien et les données en temps réel des éoliennes, d'améliorer la fiabilité et l'efficacité opérationnelle du parc éolien, de réduire les coûts de maintenance et de réaliser une gestion intelligente.
Le parc éolien couvre une superficie relativement étendue et les équipements sont dispersés. Le système présente des exigences élevées en matière de fiabilité des communications de données et de performance en temps réel. Si les conditions le permettent, un réseau en anneau redondant à fibre optique peut être utilisé pour la collecte et la communication des données, et la méthode sans fil LoRa peut également être employée pour la transmission des données.
Figure 4 Schéma du système de surveillance du parc éolien
Les données de l'automate programmable du ventilateur de tirage et du dispositif de mesure et de contrôle du transformateur sont transférées vers le serveur de données de la salle de contrôle via le réseau en boucle de fibre optique. Les données du système d'automatisation intégré de la station de surpression sont quant à elles transférées vers le serveur via Ethernet. Les transmetteurs, les systèmes CC et autres dispositifs intelligents sont connectés à l'unité de gestion des communications pour transférer leurs données vers le serveur.
3.1 Surveillance des parcs éoliens
L'affichage complet des paramètres de base du ventilateur de tirage de l'ensemble du parc éolien (y compris la vitesse du vent, la puissance, la vitesse, etc.) permet de suivre la production d'énergie quotidienne, mensuelle et annuelle, facilitant ainsi la surveillance en temps réel de l'état de fonctionnement du ventilateur de tirage.
3.2 Surveillance de l'équipage
Surveiller les paramètres et l'état de contrôle de chaque module de commande de l'unité, notamment : tangage, lacet, boîte de vitesses, générateur, centrale hydraulique, salle des machines, convertisseur, réseau électrique, chaîne de sécurité, couple, arbre principal, base de la tour, anémomètre, etc. Afficher de manière complète les paramètres, les défauts et les graphiques de tendance de chaque module.
3.3 Affichage des données en temps réel
Le ventilateur de tirage, les sous-stations et les autres équipements du parc éolien sont équipés de capteurs et d'appareils de surveillance qui peuvent collecter en temps réel les données électriques de fonctionnement, la température, les vibrations et d'autres paramètres de l'équipement, et donner des alertes en temps opportun en cas d'anomalies.
3.4 Gestion de l'alimentation
L'affichage des paramètres actifs et réactifs, le contrôle et le réglage de la puissance active et réactive, ainsi que d'autres fonctions, permettent de réduire efficacement les coûts d'exploitation des entreprises et de fournir des données utiles à la réalisation des objectifs de conservation de l'énergie et de réduction des émissions.
3.5 Rapport de production
Affichage et génération de rapports pour des paramètres importants tels que la puissance éolienne, les indicateurs de performance du parc éolien et l'énergie nouvelle par unité, avec statistiques de fonctionnement pour chaque équipement éolien selon la période (jour, mois et année). Les paramètres importants sont classés et comptabilisés par type de requête (jour, mois et année) et un rapport est généré.
3.6 Analyse statistique
Ce système prend en charge diverses fonctions d'analyse statistique, exploite pleinement le potentiel des données, propose des solutions d'optimisation énergétique, fournit aux gestionnaires des outils d'aide à la décision, améliore concrètement la gestion des entreprises et permet d'atteindre les objectifs d'économie d'énergie, de réduction des émissions et de production durable. Les méthodes d'analyse comprennent : les statistiques de pannes, les courbes de puissance et de disponibilité, les diagrammes de rose des vents, les rapports de puissance en fonction de la vitesse du vent, ainsi que les statistiques mensuelles et journalières d'utilisation et de temps d'arrêt.
Références :
[1] Manuel de conception et d'application des microréseaux d'entreprise Acrel. Version 2022.05
Date de publication : 6 mai 2025