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1、风力发电机组风力发电机组 控制系统及控制系统及SCADASCADA系统系统 风力发电机组的控制系统风力发电机组的控制系统 风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统，它 必须能控制风机自动启动，控制叶片桨距的机械调 节装置及在正常和非正常情况下停机。除了控制功 能，系统用于监测以提供运行状态、风速、风向等 信息。该系统是以计算机为基础，一般具备远程控 制及监测功能。控制系统具有以下主要功能： 1、顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监 测 2、偏航系统的低速闭环控制 3、桨距装置快速闭环控制 4、与风电场控制器或远程计算机的通讯 风机运行状态划分风机运行状态划分 运行状态 1）机械刹车松开 2
2、）允许机组并网发电 3）偏航系统投入自动 4）变桨系统选择最佳工作状态 5）发电机出口开关闭合，若风速够大可以 发电，则大、小发电机的相应开关闭合 风机运行状态划分风机运行状态划分 停机状态 1）机械刹车松开 2）偏航系统停止工作 3）叶片收回至90变桨系统停止工作 4）发电机出口开关闭合，其余开关均断开 风机运行状态划分风机运行状态划分 紧急停机状态 1）机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2）计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去 激活任何机构 3）计算机仍在运行和测量所有输入信号 4）发电机出口开关和所有接触器断开 5）叶片紧急收回至90后变桨系统停止工作 6）偏航系统停止工作 风力发
3、电机组进入紧急停机状态后，除非手动进 行复位，否则无法启动。 自动运行控制要求 1、开机并网控制 当风速十分钟平均值在系统工作区域内，机 械刹车松开，叶片开始变桨，风力作用于风 轮旋转平面上，风机慢慢起动，当转速即将 升到发电机同步转速时，软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态，促使转速快 速升高，待软启动结束旁路接触器动作，机 组并入电网运行。 自动运行控制要求 对于有大、小发电机的风力发电机组组，按 风速范围和功率的大小，确定大、小电机的 投入，但大电机和小电机的发电工作转速不 一致，通常为1000r/m和1500r/m，在小电机 脱网，大电机并网的切换过程中，要求严格 控制，通常必
4、须几秒完成控制。 自动运行控制要求 2、小风和逆功率脱网 小风和逆功率停机是将风机停在待风状态， 当十分钟平均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后，风机不允许长期 在电网运行，必须脱网，处于自由状态，风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机，进入待风状 态。当风速再次上升，风机又可自动旋转起 来，达到并网转速，风机又投入并网运行。 自动运行控制要求 3、普通故障脱网停机 机组运行时发生参数越限、状态异常等普通 故障后，风机进入普通停机程序，机组收回 桨叶，软脱网，待低速轴转速低于一定值后 ，再抱机械闸，如果是由于内部因素产生的 可恢复故障，计算机可自行处理，无需维护 人员到现场，即可恢复正
5、常开机。 自动运行控制要求 4、紧急故障脱网停机 当系统发生紧急故障如风机发生飞车，超速 、振动及负载丢失等故障时，风机进入紧急 停机程序，机组在迅速收回桨叶的同时执行 机械刹车装置，迅速将风机制动，防止故障 进一步加深。 自动运行控制要求 5、安全链动作停机 安全链动作停机指电控制系统软保护控制失 败时，为安全起见所采取的硬性停机叶 片迅速变桨收回、机械刹车和脱网同时动作 ，风力发电机组组在几秒内停下来。 自动运行控制要求 6、大风脱网控制 当风速10分钟平均值大于25m/s时，风力发 电机组可能出现超速和过载，为了机组的安 全，这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片，等功率下降
6、后脱网，20秒 后或者低速轴转速小于一定值时，抱机械闸 ，风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ，风机开始恢复自动对风，待转速上升后， 风机又重新开始自动并网运行。 自动运行控制要求 7、对风控制 风机在工作风速区时，应根据机舱的控制灵 敏度，确定每次偏航的调整角度。由风向标 判定机舱与风向的偏离角度，根据偏离的程 度和风向传感器的灵敏度，时刻调整机舱偏 航电机的运行状态。 自动运行控制要求 8、功率调节 当风机在额定风速以上并网运行时，一旦发 生过载，必须进行变距调节,减小风轮的捕风 能力，以便达到调节功率的目的，通常桨距 角的调节范围在090 自动运行控制要求 9、软切入控制 风力发电机组
7、组在进入电网运行时，必须进行软 切入控制。通常软并网装置主要由大功率晶闸管和 有关控制驱动电路组成。控制其目的就是通过不断 监测机组的三相电流和发电机的运行状态，限制软 切入装置通过控制主电路晶闸管的导通角，以控制 发电机的端电压，达到限制起动电流的目的。在电 机转速接近同步转速时，旁路接触器动作，将主电 路晶闸管断开，软切入过程结束，软并网成功。 风电机组工作状态及控制方法风电机组工作状态及控制方法 V V 切入风速切入风速 V V 风速风速 V V 转子最大转速下的风速转子最大转速下的风速 最佳最佳CpCp值控制：虽然最大值控制：虽然最大CpCp值在不同风速下是不相同的，但在风速一定值在不
8、同风速下是不相同的，但在风速一定 的情况下，需要使它达到最大。由上面的公式知道，只需要控制发电机的情况下，需要使它达到最大。由上面的公式知道，只需要控制发电机 的转速的转速 ，使叶尖速比值为，使叶尖速比值为 opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机 的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。 V转子最大转速下的风速 V V风速 风速V V额定风速额定风速 恒转速控制：保持额定转速，直到达到最大功率，这时 恒转速控制：保持额定转速，直到达到最大功率，这时CpCp值不一定最值不一定最 佳。佳。 V额定风速 V V风速 风速V V切出风速切出风速 恒功率控制：通过变桨距调节，保持输出功率
9、为额定值。 恒功率控制：通过变桨距调节，保持输出功率为额定值。 风力发电机组的控制目标风力发电机组的控制目标 （1）控制系统保持风力发电机组组安全可靠运行 ，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电 压恒定的交流电送入电网。 （2）控制系统采用计算机控制技术实现对风力发 电机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理， 完成机组的最佳运行状态管理和控制。 （3）利用计算机智能控制实现机组的启停及功率 优化控制，主要进行软切入、功率因数补偿控制、 大小发电机切换和额定风速以上的恒功率控制。 风机控制系统组成风机控制系统组成 塔基控制柜塔基控制柜 风机各控制功能中央处理及通讯风机各控制功能中央处理及
10、通讯 风机本地监控和操作风机本地监控和操作 机舱控制柜机舱控制柜 主控制系统的远程主控制系统的远程I/OI/O站站 偏航控制及其他辅助控制功能偏航控制及其他辅助控制功能 轮毂控制柜轮毂控制柜 机舱机舱CANCAN从站从站 变桨控制及其他辅助控制功能变桨控制及其他辅助控制功能 控制系统框图控制系统框图 塔基控制柜塔基控制柜 塔基控制柜组成塔基控制柜组成 1. PLC1. PLC主站主站 2. RTU2. RTU（远程接口单元）（远程接口单元） 3. 3. 工业以太网交换机工业以太网交换机 4. UPS4. UPS电源电源 5. 5. 触摸屏（本地监控及操作）触摸屏（本地监控及操作） 6. 6.
11、各种按钮、指示灯、小型断各种按钮、指示灯、小型断 路器、继电器、加热元件、路器、继电器、加热元件、 风机、端子板等等风机、端子板等等 塔基控制柜塔基控制柜 PLCPLC主站系统主站系统 1.CPU1.CPU模块（带有以太网接口和模块（带有以太网接口和CAN MASTER CAN MASTER 接口）接口） . .机组控制机组控制 . .变频器控制（变频器控制（CAN BUSCAN BUS和硬接线）和硬接线） . .与与RTURTU进行数据交换进行数据交换 2.FM2.FM模块（模块（FASTBUSFASTBUS总线通讯模块）总线通讯模块） . .与机舱与机舱PLCPLC从站进行数据交换从站进行
12、数据交换 3.DIO3.DIO模块模块 . .处理各种外部开关量输入处理各种外部开关量输入/ /输出输出: :如风机起动如风机起动/ /停车、停车、 变压器高侧压开关的状态、变频器及冷却装置变压器高侧压开关的状态、变频器及冷却装置 等外部信号等外部信号 4.AIO4.AIO模块模块 . .处理各种外部模拟量信号如：变频器冷却装置的入口、处理各种外部模拟量信号如：变频器冷却装置的入口、 出口水压、变压器温度等出口水压、变压器温度等 5.5.空模块空模块 机舱控制柜机舱控制柜 机舱控制柜组成机舱控制柜组成 1.1.机舱机舱PLCPLC站站 电源模块电源模块 FASTBUSFASTBUS从站模块从站
13、模块 CANBUSCANBUS主站模块主站模块 以太网模块（本地以太网模块（本地PCPC维护接口）维护接口） DIO AIODIO AIO模块模块 2.2.塔基塔基X-YX-Y振动传感器单元振动传感器单元PCH PCH 3. 3.紧急故障继电器紧急故障继电器 4.4.各种断路器、继电器、开关等各种断路器、继电器、开关等 机舱控制柜主要功能机舱控制柜主要功能 手动手动/ /自动偏航控制包括液压刹车自动偏航控制包括液压刹车 气象站数据检测（风速、风向、温度）气象站数据检测（风速、风向、温度） 润滑系统控制润滑系统控制 发电机温度检测和保护发电机温度检测和保护 扭缆检测及控制扭缆检测及控制 与塔基与
14、塔基PLCPLC主站（主站（FASTBUSFASTBUS）及轮毂）及轮毂PLCPLC从站从站 （CANCAN）通讯）通讯 本地调试及维护接口本地调试及维护接口 轮毂锁装置轮毂锁装置 用于固定风轮用于固定风轮 使用液压闭锁装置使用液压闭锁装置 在风机停机维护时使用在风机停机维护时使用 轮毂控制柜轮毂控制柜 安装于柜体中安装于柜体中, ,分分3 3个部分个部分, ,每个部分负责一个叶片每个部分负责一个叶片 轮毂轮毂PLCPLC站站 CAN SLAVECAN SLAVE模块模块 轮毂转速编码器模块轮毂转速编码器模块 叶片角度编码器模块叶片角度编码器模块 I/OI/O模块模块(DIO,AIO)(DIO
15、,AIO) 伺服驱动单元伺服驱动单元 紧急变桨蓄电池及监视单元紧急变桨蓄电池及监视单元 紧急变桨模块紧急变桨模块 超速保护继电器超速保护继电器 小型断路器小型断路器, ,各种继电器及端子板各种继电器及端子板 各种按钮各种按钮, ,指示灯及维护开关指示灯及维护开关 轮毂控制柜功能轮毂控制柜功能 变桨及紧急收桨控制变桨及紧急收桨控制 紧急收桨系统在线检测紧急收桨系统在线检测 超速保护超速保护 轮毂速度检测轮毂速度检测 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制变桨轴承和变桨齿轮润滑控制 轮毂温度监视轮毂温度监视 滑环装置滑环装置 滑环装置的作用滑环装置的作用 1.1.轮毂供电传输轮毂供电传输 2.CAN2.CAN
16、总线传输总线传输 3.3.超速传感器安装超速传感器安装 4.4.轮毂转速传感器安装轮毂转速传感器安装 SUZLON滑环 Bachmann M1 PLCBachmann M1 PLC系统特点系统特点 可靠的硬件，适合恶劣的现场环境可靠的硬件，适合恶劣的现场环境 环境温度：存储温度环境温度：存储温度-40-40 0 0 C-70C-70 0 0 C C（低温型）运行温度：（低温型）运行温度：0-600-60 0 0 C C；相对湿度：；相对湿度：5-95%5-95% 适合于振动环境适合于振动环境 高性能的高性能的CPUCPU，大容量的存储器，大容量的存储器 intelintel 80386EX 80386EX，33MHZ,8M33MHZ,8M内存，最大内存，最大64M64M程序存储区，适合于复杂的算法
