风电控制系统

2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程（一）
开机自检： 开机自检：对于第一次上电需要该过程。机组自动检测电网、风况、环
境温度、机组本身状态（如：各种温度、压力油位、控制电源、安全链、维 护开关位置等在正常状态）；
待机：自检通过后，开始执行“制动解除”即松闸和“机舱对风”（当风 待机：
保定科诺伟业控制设备有限公司
内容简介
风力发电控制系统介绍 科诺KN-WTCS系列产品
风力发电控制系统介绍 风电机组类型-并网型
失速型（恒速恒频）
– 单速型 – 双速型
变速恒频
– 双馈式 – 直驱式 – 混合式
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组结构
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组特点
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 机组运行状态监测与显示
电网参数： 电网参数：电网的电压、频率 环境参数：风速，风向，环境温度 环境参数： 发电机： 发电机：三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，发电机转速，发电机 绕组温度，发电机前/后轴承温度 叶轮： 叶轮：叶轮转速，叶轮过速 液压系统： 液压系统：液压泵工作状态，液压油位，液压系统压力 偏航系统： 偏航系统：偏航电机工作状态，左/右偏航角度，偏航闸状态（刹车/释放） 齿轮箱： 齿轮箱：齿轮油位，齿轮油压力，齿轮油过滤，齿轮油温度，齿轮油轴承温 度 制动系统： 制动系统：高速闸状态（刹车/释放）、闸磨损 机舱： 机舱：机舱温度
适配机组功率（kW） 850
额定电压(V) 电网频率 (Hz) 中心控制器 控制方式 远程控制接口
人机界面 HMI
低温防护措施 防雷保护 冷却方式 防护等级 绝缘隔离 工作温度（℃） 海拔高度（m）
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 电气与环境使用条件
电网条件：电压，690V±10%；频率，50Hz±2% 适用电机：三相异步电机 冷却方式：柜内风扇冷却 环境条件：1）环境温度在-20℃~ +40℃之间； 2) 相对湿度不超过 95%，无凝露； 3）无易燃、易爆、腐蚀性气体，无导电性尘埃； 4）室内安装，通风良好； 5）振动＜0.5g； 6）海拔≥2000m 时，应相应降低容量使用。
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品
风力发电机组控制系统整体配置图
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 产品分类
型号说明：KN—科诺伟业公司，WTCS—风力发电机组控制系统，1500—额定功率为 1500kW，DF—双馈发电机组
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 功能特点
→ 适合多种机型(双馈、直驱、半直驱) → 模块化，结构紧凑，可靠性好，可灵活扩展 → 操作界面友好，运行参数可以灵活设置 → 变速运行控制实现最大风能捕获 → 变速变桨距协调控制，实现风电机组柔性控制 → 完备的通信接口设计(MPI, Profibus, Profinet, Ethernet) → 完善的状态监控和冗余设计，有效保护机组安全 → 远程控制功能 → 完善的维护检修设计更加适合中国风电场
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风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点
直驱式的特点
风轮直接与低速（多极）励磁同步发电机（也有利用永磁同步发电的） 相连，省去了故障多发部件相连，省去了故障多发部件-齿轮箱。电机全功率通过电力电子装置连 接到电网。利用电力电子技术可以控制系统输出的有功和无功功率，同 样也可以使机组捕获最大风能； 齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音，更是造成机械故障的主 要原因，而且为减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱 的直驱方式虽然提高了电机的设计成本，但却有效的提高了系统的效率 以及运行可靠性； 其缺点是：直驱发电机体积大而笨重 ，电机设计成本较高。
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 检测能力
为促进公司在变速恒频风电机组控制系统方面关键技术的研制，掌握自主核心技术与 创新，缩短与世界先进技术的差距，同时加快公司风电机组控制系统系列产品的批量化生 产，促进公司技术进步和产品升级，保障公司产品质量，公司建立了完善的风电机组控制 系统生产流程与检测平台。
塔架
支撑风力机的重量，同时承受风压以及风力机运行的动载荷，对其强度，刚 度要求严格。
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品
风力发电机组控制系统是整个风力发电机组安全可靠运行的核心， 其控制技术是风电机组的关键技术之一。控制系统与风力发电机组的其 余各部分密切相关，是风电机组运行的大脑，是整个机组正常可靠运行 以及实现最佳运行的可靠保证。风力发电机组控制系统的整体配置如图 所示，其中控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、 输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与变桨 系统、变流器以及中央监控系统通讯，交换信息。 控制系统主要实现正常运行控制、参数监测及监控以及安全保护及 处理等三大功能。 正常的运行控制包括机组启动/关机控制、并网控制、加热与冷却控 制、变速控制、恒功率运行控制；偏航控制以及解缆控制等。
速达到对风风速〉2.5m/s)。如风速低于启动风速3m/s，则机组处于待机状 速达到对风风速〉2.5m/s)。如风速低于启动风速3m/s，则机组处于待机状 态；
启动与并网：风轮在风的升力作用下开始旋转，当转速达到并网转速时 启动与并网：
，执行并网过程； 在中央监控室）。
启动方式：自动启动；顶部机舱启动；塔底操作面板启动；远程启动（ 启动方式：
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风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
齿轮箱
将风机叶片捕获的机械能传递到发电机，使转速发生变化。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
发电机
将传动系统输出的机械能转化成电能的装置。
直驱式永磁发电机
双馈式异步发电机
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍输出恒定频率的交 流电。 此方式提高了风能的利用率，增加了系统的柔动性，但将导致必须增加 实现恒频输出的电力电子设备，增加系统复杂性。 直驱式
双馈式
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点
双馈式的特点
双馈电机定子直接与电网相连，转子侧通过功率变换器（一般为双 PWM 交—直—交型变换器）连接到电网。该功率变换器的容量仅为 电机容量的1/4左右，并且能量可以双向流动，这是这种机型的优点。 电机容量的1/4左右，并且能量可以双向流动，这是这种机型的优点。 该种机型是利用发电机转子励磁频率、定子输出频率和转子机械频率的 关系，通过改变转子的励磁频率而使机组完成变速恒频运行，进而实现 最大风能捕获。 对电网而言，该系统利用矢量控制实现了输出的有功和无功的解偶控制 ，可以为电网输出无功，保证了输出电能质量。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程（二）
液压系统的压力控制和温度控制 ； 变速与变桨距调节： 变速与变桨距调节：跟踪最佳运行曲线，最大捕获风能； 有功功率和无功功率的解藕控制：提高输出电能品质; 有功功率和无功功率的解藕控制：提高输出电能品质; 故障检测与复位：人工手动复位和自动复位； 故障检测与复位： 偏航与解缆： 偏航与解缆：当风向改变时执行自动偏航；人工偏航包括：顶部机舱手 脱网：当机组运行自身和外部条件不满足时，机组执行脱网程序。 脱网：
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科诺KN-WTCS系列产品 技术指标
技术参数 型号 KN-WTCS-V850-DF KN-WTCS-V850-DD KN-WTCS-V1000-DF KN-WTCS-V1000-DD 1000 KN-WTCS-V1500-DF KN-WTCS-V1500-DD 1500 690±10% 50±2% 西门子S7-300可编程逻辑控制器 ＰＩ调节＋优化控制 带键盘触摸液晶显视屏，中文界面 温控器+加热器 主动能量控制技术 三级保护 风冷 IP54 有 -20~+50（常温型） -30~+50（低温型） ≦1000（1000米以上降低容量使用) KN-WTCS-V2000-DF KN-WTCS-V2000-DD 2000
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科诺KN-WTCS系列产品 菜单总体结构
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 执行标准
本产品符合 GB/T 14048.1－2000 低压开关和控制设备总则 GB/T 19568－2004 风力发电机组装配和安装 GB 50171－92 电气装置安装工程盘、柜二次回路接线施工及验收规范 GB 7251－1997 低压成套开关设备和控制设备 GB/T 4728.7.2000 电气简图用图形符号 第 7 部分：开关、控制和保护器件 GB 6995.3－1986 电线电缆识别标志 第 3 部分电线电缆识别标志 GB/T 19069-2003 风力发电机组控制器 技术条件 GB/T 19070-2003 风力发电机组控制器 试验条件 DL 400-1991 继电保护和安全自动装置技术规程
动偏航；塔底操作面板手动偏航；远程偏航。当电缆缠绕时执行解缆操作。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 控制系统的基本组成
功率柜: 功率柜:
风力发电机组的主配电系统，包括发电机与电网连接主回路、 主要是IGBT等电力电子器件组成的整流、逆变电路；电容及 主要是IGBT等电力电子器件组成的整流、逆变电路；电容及 主要控制叶片改变桨距角。 低压配电控制回路、电源变换、防雷保护回路等；
风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输 出恒定额定频率的交流电。 系统目前普遍采用，简单可靠，但是对风能的利用不充分，因为风力机只有 在一定的叶尖速比的数值下才能达到最高的风能利用率。
2012-5-6