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1、1.5MW风机主控及电气回路,讲师：马立楠,学习实践分享 STUDY.PRACTICE.SHARE,主要内容,一、双馈机组技术介绍 二、控制系统介绍 三、通讯及安全链系统 四、重要设备软硬件 五、控制模式介绍 结合课本1.5MW双馈风力发电机组（陆上型）图纸 绘图编号S-70.1-EL.CN.00.00-A-E,一、双馈机组技术介绍,1、双馈机组运行原理 2、发电原理介绍 亚同步运行 超同步运行 3、控制策略介绍,1、双馈机组运行原理,双馈机组的运行原理,2、发电原理介绍,变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式： f1=（p/120）nrf2 式中： f1为定子
2、电压频率； p为电机的极数； nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。 由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。,亚同步运行,亚同步发电运行 nr n1时 ， （即 0S1） f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变频器提供励磁）,超同步运行,超同步发电运行 nr n1时， （即 S1） f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈电） 注：n1为发电机的同步转速。,3、控制
3、策略介绍,区域1：低于切入风速区域。一旦满足切入条件，控制启动风机。 区域2：切入风速到额定风速区域。控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。 区域3：超过额定风速区域。通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。,3、控制策略介绍,叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。 叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp。通常可取6-8 。,二、控制系统介绍,1、控制系统结构 塔底柜 机舱柜 2、控制系统硬件组成 PLC主站 塔底从站 机舱从站（20）：数字量 机舱从站（22）：模拟量 3、重要卡件介绍,1、控制系统结构,风电机组控制
4、系统的组成,塔底柜,UPS 控制器（主站） 光电转换器,电源模块,分配器,蓄电池,塔底从站 温控开关,机舱柜,24V开关 超速模块 UPS,机舱从站 光电转换器 机舱从站（22）,2、控制系统硬件组成 PLC主站,CX1500 CX1020 CX1100 KL9210 KL6904 KL9010,塔底从站,从左至右：BK3150,KL9210,KL1104（4片）,KL2134（3片）,KL1904,KL3204,KL3403,KL9010,机舱从站（20）：数字量,从左至右：BK3150,KL9210,KL1104（17片）,KL2134（8片）,KL1904（2片）2904（1片）,KL2
5、134（2片）,KL9010,机舱从站（22）：模拟量,从左至右：BK3150,KL9210,KL3404（4片）,KL5001(两片)，KL3204（6片）,KL9010,3、重要卡件介绍,PROFIBUS 现场总线主站接口：CX1500-M310 CPU：CX1020 电源模块：CX1100-0002 Profibus总线耦合器：BK3150 端子供电模块：KL9210 数字输入输出模块：KL1104、KL2134 模拟输入模块：KL3204 电网检测模块：KL3403 安全链模块：KL1904、KL2904、KL6904 差分模拟量输入模块：KL3404 SSI编码器接口端子：KL500
6、1,CX1500-M310 PROFIBUS 现场总线主站接口,LED诊断指示灯,CX1020CPU,基本CPU上包含两个以太网口（内部交换机，占用同一个MAC和同一个IP）和一个CF卡接口 附加：两个USB接口和一个DVI接口的系统接口模块CX1020-N010,CPU指示灯,电源模块CX1100-0002,CX1100-00XX主要功能为： 为CPU供电 实现端子与CPU间的数据交换 为端子出现的故障提供诊断信息,BK3150,Profibus总线耦合器,LED诊断指示灯,DpState,DpState,KL9210,一、接线 如图中所示： +24 V 口接外接电源的24V 0 V 处，接
7、外接电源的0 V PE端，接地 KL9210可以放在端子排的任意位置，它的作用是给它右方的端子提供电源，并且KL9210具有诊断功能，还可以添加熔断器,KL1104、KL2134（KL2114）、KL 3204,1104、2134： 4通道数字输入/输出模块 “0”信号电压 -3 V 5 V “1”信号电压 15 V 30 V 每一个数字量输入/输出通道都有一个对应的LED灯。如果该通道有输入/输出，则该LED灯变为绿色。没有输入/输出的时候，LED灯不亮。 3204：4通道模拟量输入端子 每一个输入通道都有一个对应的故障LED灯。正常时，LED灯不亮，如果LED灯为红色，则表示该通道的传感器
8、线路短路或者断路,KL3403,输入：三相电压、电流 计算：电压电流有效值，有功功率、视在功率、电流峰值、频率,KL1904,安全链输入端子,诊断功能-Dia1 （绿色）,诊断功能-Dia2（红色） Dia2红灯点亮表明有外部供电或者线路错误，当故障消除时红灯灭。,诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色） Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司。,KL2904,安全链输出端子,诊断功能-Dia1 （绿色）,这些故障可以通过TwinSAFE组输入信号ERR_ACK的下降沿复位,诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色） Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司
9、。,诊断功能-Dia2 （红色）,该故障只能通过TwinSAFE端子断电复位,KL6904,安全链逻辑运算模块,-K2,-K4,诊断功能-Dia1 （绿色）,这些故障可以通过TwinSAFE组输入信号ERR_ACK的下降沿复位,诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色） Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司。,诊断功能-Dia2 （红色）,该故障只能通过TwinSAFE端子断电复位,KL3404,4点差分模拟量输入 -10V+10V 每一个输入通道都有一个对应的故障LED灯。正常时，LED灯亮，为绿色。 当控制器和总线耦合器之间在大于100ms的时间内没有过程数据通讯传输的
10、话，绿灯会灭掉，这时就出现了一个看门狗计时器溢出现象。,KL5001,SSI编码器接口端子 KL5001只有一个输入通道LED灯。正常时，LED灯亮，为绿色。 当控制器和总线耦合器之间在大于100ms的时间内没有过程数据通讯传输的话，绿灯会灭掉，这时就出现了一个看门狗计时器溢出现象。,二、通讯及安全链系统,1、Profibus通讯结构 Profibus总线终端器 2、安全链系统 KL1904输入信号 KL2904输出信号,1、Profibus通讯结构,Profibus接线顺序： 变流器Profibus主站 CX1500-M310塔底柜BK3150（11号站）塔底柜光电转换器机舱柜光电转换器机舱
11、柜BK3150（20号站）机舱柜BK3150（22号站）变桨系统,Profibus总线终端器,2、安全链系统,安全链是风机的最后一道保护，为一组串联的常闭接线电路，安全链动作会触发紧急停机，系统由3片KL1904，一片KL6904和一片KL2904组成。 KL1904：安全链输入模块 超速模块、扭缆开关、急停按钮、复位信号等 KL6904：逻辑运算模块 接收到复位信号时，判断所有安全链回路都闭合后，整条安全链闭合。 KL2904：安全链输出模块 安全链闭合后给释放变桨、偏航禁止的控制指令,KL1904输入信号,以下几项会触发安全链动作： 塔底的紧急停机按钮 plc紧急停机信号 机舱的紧急停机按
12、钮 叶轮速超 扭缆开关安全链动作 变桨安全链 安全链复位信号： 塔底复位按钮 机舱复位按钮,2904模块及输出,KL2904输出信号,安全链控制逻辑,四、重要设备软硬件,1、齿轮箱及冷却系统 2、发电机 3、液压站 4、偏航系统 5、滑环 6、加速振动传感器 7、超速模块 8、风向标、风速仪,机舱内基本结构,1、齿轮箱及冷却系统,风力发电机组中的齿轮箱的主要功用是将叶轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常叶轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，我公司齿轮箱的增速比例是1：100.48。 我公司风力发电机组采用的齿轮箱为两级
13、行星一级圆柱结构，主轴通过齿轮箱将能量传送到发电机。该齿轮箱的特点是结构紧凑，在同样增速比的条件下比传统齿轮箱占用空间小，有效节省了风机内的空间。同时采用了新型号的轴承以及较高的齿轮精度，保证了齿轮箱在整个工作范围内都有较高的效率，性能先进。,齿轮箱冷却系统结构图,油泵和风扇电机控制回路,压力表和散热风扇,基本控制原理,油温 5时3分钟之后，加热器停止； 低速轴转速1.2rpm或风机进入运行、发电、停机状态且油温 5 - 低速； 低速轴转速10.5rpm或油温40- 高速； 油温50，水泵启动，直到60，水空风扇启动,直到60或轴温70，空冷风扇（高速）启动，直到油温80，风机进入正常停机模式
14、； 高速轴温(叶轮、发电机侧)90，风机为正常停机模式。,发电机结构图,2、发电机,基本原理,风力发电机组采用双馈恒频异步发电机，可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能。高效率的4极双馈式发电机在运行时，既可超同步转速运行，也可亚同步转速运行，变速运行在10002017rmp之间，定子输出电压和频率可以维持不变，既可调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。,双馈发电机特点,双馈发电机的特点 由于定子直接与电网连接，转子采
15、用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4-1/3。这样，系统的总体配置费用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。,基本控制原理,发电机绕组温度80，空冷风扇启动，直到10或发电机绕组温度机舱温度10分钟后停止加热；,给偏航刹车及高速轴刹车提供压力,液压站结构图,3、液压站,控制方式,系统压力低于145bar启泵，高于160bar停泵。 偏航和解缆状态： 偏航解缆和迎风分别对应的阀置位，系统压力P4为150bar左右，偏航压力P1维持在25bar左右 高速轴刹车状态： 两阀同时复位/置位。 系统进入停机模式并且为紧急停机模式（故障等级三安全链动作），保证叶轮速度降为小于5rpm，抱闸动作；,油位油温开关,油位开关：常开触点，达到指定高度开关闭合，402DI4.1-1输入高电平（一通道亮） 油温开关：常闭触点，未达到警戒温度70度时，402DI4-8输入高电平（四通道亮） 液压加热器：温控开关控制主回路通断,4、偏航系统,偏航系统：偏航系统主要有两个功能，一是使机舱轴线跟踪变化稳定的风向，二是自动进行解缆操作。,结构原理介绍,我公司偏航系统是由偏航
