金风MW机组控制系统介绍
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金风MW机组液压偏航及润滑控制系统
退销控制线 圈（22.2）
压力继 电器 （20）
叶轮刹车 模块（19）
余压释放换向电 磁球阀（16.1）
截止阀 （16.7）
偏航刹车 模块（16）
一、金风2.5MW机组液压系统 加油口
液位窗
接线盒
液位开关
蓄能器 油箱 手动泵
一、金风2.5MW机组液压系统
1.1 液压泵 2.5兆瓦液压站使用的是柱塞泵，柱塞泵通过液压缸作往复运动来实现吸油与压油。
二、金风2.5MW机组偏航系统及润滑系统
偏航电机为多极电机，电压等级为400V，内部绕组接线为星形。电机的轴末端装有一个 电磁刹车装置，用于在偏航停止时对电机的锁定，从而将偏航转动锁定。电磁刹车附带手动 释放装置，在需要时可人为手动释放电磁刹车。
二、金风2.5MW机组偏航系统及润滑系统
偏航减速器 减速器的作用为将偏航电机发出的高转速低扭矩动能转化成低转速高扭矩动能以驱
一、金风1.5MW机组液压系统
1.2 储能器 1.5兆瓦液压站的蓄能器是充气式皮囊式蓄能器
蓄能器是用以储存油液的压力能，在需要时能将此能量释放出来完成有用功的 装置。在液压系统中的主要作用如下：储存液压能 、 吸收压力冲击和压力脉动、 获得动态稳定性。
一、金风2.5MW机组液压系统 1.3 单向阀
金风2.5MW机组液压、偏 航及润滑控制系统
授课： *** 编订： 孙伟 修改：*** 金风大学运维学院 2014年7月29日
1
课程内容：
一、金风2.5MW机组液压系统 二、金风2.5MW机组偏航系统及润滑系统
一、金风2.5MW机组液压系统
液压系统的组成： 液压泵 储能器 单向阀 电磁换向阀 溢流阀 压力继电器 过滤器 液压表
金风MW机组整机介绍
技术参数
GW108/2000kW
额定功率：
2000kW
上网逆变输出电压： 690V
叶片： 叶轮直径： 扫风面积：
Sinoma52.5或类似叶片
108 m 9038.7m2
轮毂高度（推荐） ： 80m、100m、120m
额定转速：
14rpm
额定风速(标准空气 密度理论值)：
9.5m/s
切入风速：
切出风速(10分钟均 值) ：
变桨轴承
变桨轴承采用深沟球轴承，深沟球轴承主要承受纯径向载荷，也可承受轴向载 荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。
密封圈
与叶片联接 密封圈
与轮毂联接
三、叶轮变桨系统
变桨驱动装置
变桨驱动装置由变桨电机和变桨减器两部分组成。变桨电机是含有位置反响和 绕组温度检测传感器的伺服电动机。
变桨电机
驱动轴 变桨减速器
二、机组的整体机械构造
金风机组的主体部件图
二、机组的整体机械构造
整机侧剖视图
二、机组的整体机械构造
三、叶轮变桨系统
叶轮变桨系统组成
导流罩
变桨齿形带
变桨轴承
变桨控制柜
变桨轮毂
接近开关和 限位开关
三、叶轮变桨系统
叶轮变桨系统组成
变桨控制柜
变桨轴 承
传感器 支架
变桨驱动
齿形 带
胀紧度 调节压
板
三、叶轮变桨系统
金风1500千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
金风2.5MW机组偏航控制系统
奉献清洁能源 构建和谐企业 Build a harmonious enterprise dedicated clean energy
偏航减速器 减速器的作用为将偏航电机发出的高转速低扭矩动能转化成低转速高扭矩动
能以驱动偏航轴承。
奉献清洁能源 构建和谐企业 Build a harmonious enterprise dedicated clean energy
机组偏航角度相差与机组功率的关系
奉献清洁能源 构建和谐企业 Build a harmonious enterprise dedicated clean energy
金风2.5MW机组偏航系统的结构
偏航控制系统的机械部分主要包括4个偏航驱动机构、一个经特殊设计的带外齿圈 的四点接触球轴承( 即偏航轴承）、偏航保护以及一套偏航刹车机构。偏航刹车分 为两部分：一部分为与偏航电机轴直接相连的电磁刹车，另一部分为偏航制动器。
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尾声：
本课程就讲到这里，如果有什么问题，欢迎 大家踊跃的提出来，我们共同探讨。
同时也希望各位在各自的工作岗位上能像 雄鹰一样自由的翱翔。
奉献清洁能源 构建和谐企业 Build a harmonious enterprise dedicated clean energy
偏航减速器通过几级行星机构，将偏航电机的低扭矩高转速的驱动力转化成高扭矩 低转速的偏航驱动力，驱动整个机舱旋转的。变桨减速器也是同样的机械原理。
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2.1--金风1.5兆瓦风力发电机组控制系统介绍
Freqcon变流配置的系统 金风1500千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧二极管整 流单元
斩波升压单元 网侧逆变单元
AC
DC DC
DC DC
DC
DC
AC
主断路器
进线电缆
开关柜
Freqcon变流器
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
驱
动
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
塔架
机组主控制柜
变流控制器
I/O D 信P 号总
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
10 / 35 kV f = 50 Hz
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
620 / 690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
主电缆
电机侧二极管整 流单元
斩波升压单元 网侧逆变单元
AC
DC DC
DC DC
DC
DC
AC
主断路器
进线电缆
开关柜
Freqcon变流器
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
驱
动
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
塔架
机组主控制柜
变流控制器
I/O D 信P 号总
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
10 / 35 kV f = 50 Hz
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
620 / 690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
1.5兆瓦风机电控系统介绍
对于处于旷野之中高耸物体，无论怎么样防护，都不可能完全避免雷 击。因此，对于风力发电机组的防雷来说，应该把重点放在遭受雷击 时如何迅速将雷电流引入大地，尽可能地减少由雷电导入设备的电流， 最大限度地保障设备和人员的安全，使损失降低到最小的程度。金风 1.5MW风力发电机组的防雷系统就是遵循这一原则而设计的，从叶尖 到机组基础，各部分均采用了严密的防雷击保护措施（见上图），防 雷按照IEC61024标准所规定的I级保护等级要求，参照执行IEC 61400-24、DIN VDE 0127、GB50057-1994等标准金风1.5MW风力 发电机组的防雷系统，根据相应的防雷标准，我们将风力发电系统的 内外部分分了多个电磁兼容性防雷保护区。其中，在机舱、塔身和主 控室内外可以分为LPZ0、LPZ1和LPZ2三个区（如上图）。针对不同 防雷区域采取有效的防护手段，主要包括雷电接受和传导系统、过电 压保护和等电位连接等措施，这些都充分考虑了雷电的特点而设计， 实践证明这一方法简单而有效。
控制及安全保护
整个运行过程都处于主控PLC严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：计算机 系统，独立于计算机的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电 网异常、出现极限风速等故障时保护机组。对于电流、功率保护，采用两套相互独立的 保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后。电控系统会在系统恢复 正常后自动复位，机组重新启动。 具体运行过程为： A、当风速持续10分钟（可设置）超过3m/s，风机将自动启动。叶轮转速大于10.1转／ 分时并入电网。 B、随着风速的增加，发电机的出力随之增加，当风速大于12m/s时，达到额定出力，超 出额定风速机组进行恒功率控制。 C、当风速高于２２米/秒持续10分钟，将实现正常刹车（变桨系统控制叶片进行顺桨， 转速低于切入转速时，风力发电机组脱网）。 D、当风速高于28米/秒并持续10秒钟时，实现正常刹车；当风速高于33米/秒并持续1 秒钟时，实现正常刹车。 E、当遇到一般故障时，实现正常刹车。 F、当遇到特定故障时，实现紧急刹车（变流器脱网，叶片以7°/s的速度顺 桨）。
1.5WM机组主控系统介绍
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。数 字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放 大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交 流负载的双向晶闸管或固态继电器。（如图所示）
模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D 转换器。（如图所示）
模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
3.4、倍福PLC模块
KL9010是K_BUS终端端子(模块)
KL9010总线末端端子可用于总线 耦合器和总线端子之间的数据交换。 每一个站都可在右侧使用KL9010 作为总线末端端子。总线末端端子 不具有任何其它功能或连接能力。
PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上 提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
3.3、PLC输入和输出模块的基本原理
数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开 关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电 路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输 入电流一般为数毫安。（如图所示）
பைடு நூலகம்
维护模式激活 No
OR
Yes No
停机正常
Yes
维护
OR
Yes 维护模式激活 No
维护模式下电 No
机转速故障
Yes
OR
5.2 启动和并网控制
风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向主控制 器使偏航驱动机构动作，从而使风力发电机组对准风向。同时检测风速 （只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加发电机的感应电压也 逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，机组开 始启动，当机组达到一定条件时，通过全功率变流器控制的功率模块和 变流器网侧电抗器、电容器的LC滤波作用使系统输出电压等于电网电压、 频率也达到并网条件，同时检测电网电压与变流器网侧电压之间的相位 差，当其为零或相等（过零点）时实现并网发电（这些条件在金风 1.5MW机组里全部通过变流装置的控制来实现，变流装置通过锁相控制 和SPWM调制等使机组输出达到并网条件）。
金风MW机组控制系统介绍
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
3、子站通信模块BK3150（总线耦合器）
PROFIBUS-DP “紧凑型”总线耦合器 BK3150 扩展了 Beckhoff 总线端子系统， 比较小巧且经济。可以连接多达 64 个总线端子；若采用端子总线扩展技术，则可连 接多达 255 个总线端子。PROFIBUS 总线耦合器具有自动波特率检测功能，速率最大 可以达到 12 Mbaud ，2 个地址选择开关用于分配地址。为了方便现场总线信号的通讯 ，提供 1 个 D-sub9 针接口。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
1、控制器CX5020
金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器CX5020带有两个独 立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个 USB 2.0 接口。 一块位于盖板 后面并可从外部拆装的可互换的 CF 卡作为CX5020的引导和存储介质，CX5020还内 置了一个1秒钟 UPS，可确保在 CF 卡上安全备份持久性应用数据，目前CX5020选 用的操作系统是 Windows CE，可以通过CERHOST 软件进行访问。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
各个子站内部及子站与主站之间的通讯结构
BX3100/ BK3150
Profibus-DP
K-Bus总线
在金风2.0兆瓦机组的控制系统中，主控制器通过现场总线Profibus-DP与各个子 站进行交互通讯，各个功能模块通过K-Bus总线进行通讯，主控制器通过PC104总线 接口进行内部通讯。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
4、子站通信模块BX3100（总线端子控制器）
BX 系列总线端子控制器由带现场总线和总线端子接口的可编程IEC 61131-3 控制器组成。另外，BX 设备配备有两个串行接口：一个用于编程，另一个供自由 使用。设备自身还配备有 2 行x 16 字符的LCD 液晶显示器、一个摇杆开关和一个 实时时钟。例如，CANopen 从站，可通过集成的Beckhoff 智能系统总线(SSB)连 接，显示一个基于 CANopen 的总线子系统。
2.1--金风2.0MW机组控制系统介绍
机组主控制柜
水冷却控制柜
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0兆瓦机组的电气控制系统的组成 电气控制系统组成
变桨系统
变流系统
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
变流器冷却系统 发电冷却系统
部分功能系统介绍---配电系统
配电变压器 90kVA干式变压器，690V/400V，二次 侧单套绕组，绝缘等级H级，自然冷却， 420kg。 过流保护 ABB S200系列微型断路器、MS系列 马达过流保护器。 触电保护 ABB F202、F204漏电保护器，接地。 浪涌保护 Phoenix电源浪涌保护器
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
2、总线供电端子KL9210
KL9210供电端子可插入输入和输出端子之间的任意位置，以构建一个电位 组，或给右侧端子供电。供电端子提供的电压最高为交流 230 V。具有诊断功能 的端子可向控制器报告电压故障或短路。在机组中主要给后续端子模块进行直流 24V供电。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
10、1通道模拟量输出端子 KL4001
KL4001 模拟量输出端子可输出 直流0 V 到 10 V 范围的信号。该端子可为处 理层提供分辨率为 12 位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电 位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行信 号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。在机组中主要用于控制变桨输 出信号。
四、主控系统的倍福PLC及KL3204 模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总线端子电路可使用 2 线 制连接技术连接传感器。整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。温度范 围可任意选定。总线端子的标准设置为：PT100 传感器，分辨率为 0.1℃。故障信 号显示灯显示传感器故障（例如断线）。KL3204 含 4 个通道。在机组中主要用于 采集温度信号。
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以太网通信网络系统 （SCADA） 人机交互监控系统 （手持终端）
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互
网络/远程监控
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍
金风2.0MW风力发电机组是基于金风1.5MW风力发电机组平台开发的新型机组。
1-叶片 2-变桨系统 3-轮毂 4-发电机转子 5-发电机定子 6-发电机开关柜 7-测风 系统 8-辅助提升机 9-偏航系统 10-底座 11-发电机散热系统 12-机舱罩 13-塔架
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---安全链保护系统
双安全链回路系统，与1.5MW回路设计的最大不同是引入了变流安全链，使其 能够成为完全独立的硬件安全输入、输出保护系统。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
金风2.0兆瓦机组的主控制器组成
CX5020
KL9210 KL1104
金风2.0兆瓦风力发 电机组主控制系统
课程内容：
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍 二、金风2.0兆瓦风力发电机组的电气控制系统 三、机组主控制系统的组成及功能 四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理 五、金风2.0兆瓦机组内的部分模块及传感器 六、金风2.0兆瓦机组主控的软件系统 七、手持移动终端
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
各个子站内部及子站与主站之间的通讯结构
BX3100/ BK3150
Profibus-DP
K-Bus总线
在金风2.0兆瓦机组的控制系统中，主控制器通过现场总线Profibus-DP与各个子 站进行交互通讯，各个功能模块通过K-Bus总线进行通讯，主控制器通过PC104总线 接口进行内部通讯。
采用PROFIBUS-DP现场总线组网， 安全可靠。
三、机组主控制系统的组成及功能 主控系统组成
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---配电系统
配电变压器 90kVA干式变压器，690V/400V，二次 侧单套绕组，绝缘等级H级，自然冷却， 420kg。 过流保护 ABB S200系列微型断路器、MS系列 马达过流保护器。 触电保护 ABB F202、F204漏电保护器，接地。 浪涌保护 Phoenix电源浪涌保护器
机组主控制柜
水冷却控制柜
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0兆瓦机组的电气控制系统的组成 电气控制系统组成
变桨系统
变流系统
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
变流器冷却系统 发电冷却系统
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0MW风力发电机组的主控系 统以德国倍福公司生产的嵌入式PC控制 器为核心，组成了机组的PAC控制系统。
控制器实现了机组的过程控制、安 全保护、故障检测、参数设定、数据记 录、数据显示以及人工操作的功能，配 有多种通讯接口，可实现就地通讯和远 程通讯。
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---发电机冷却系统
由两个独立的散热系统 组成，每个系统主要由进风 道、出风道、离心双速电机 组成，出风道内安装有Pt100 用于监测出风口温度。两套 散热设备位于主轴两侧对称 位置。
双速电机实现冷却风扇 电机高低速运行机制——2极 高速运行、4极低速运行。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
检
输Leabharlann 组输执测
入
出
行
器
模
态
模
机
件
块
块
构
组态
数据 交换
主 控 程 序
主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作： 采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能； 对外围执行机构发出控制指令； 与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号； 与中央监控系统通讯、传递信息。
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---变流器冷却系统（水冷）
冷却控制柜中的测量控制系统以德 国贝福PLC扩展模块为控制核心。 PLC模块将传感器采集到的信号传递 给主控制器，对冷却循环系统进行实 时监控。冷却系统的运行参数和报警 信息都在主控制器中，并由主控制器 进行统一管理。主控制器与冷却控制 系统的通信采用现场总线，冷却控制 系统是主控器的扩展单元。
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
冷却系统
▲温度的采集 ▲冷却的控制 ▲故障诊断及保护
传感器
▲数字量采集 ▲模拟量采集
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0MW主控系统系统由变桨子站、机舱控制子站、低电压控制子站、水冷 控制子站、变流控制子站、轮毂测控子站和主控器组成。控制系统采用Profibus-DP 通信，主站、子站分配不同的通信地址。
开关柜
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
塔架
驱
动
1、蓝色虚线框里表示变流系统 （塔底）
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
冷却水管
散热器
KL2134 KL6041 KL9010
金风2.0兆瓦风力发电机组的主控器由CX5020、KL9210、KL1104、KL2134、 KL6021和KL9010组成。其中CX5020模块既负责DP通讯又负责机组程序的逻辑判 断，是整个系统的CPU单元。KL9210负责CPU的供电及后续模块的通讯，KL1104 是数字量的输入模块，KL2134是数字量的输出模块，KL6021是modbus通信模块 负责与电量采集模块的通信，KL9010是主站终端模块。
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍 2.0MW机组控金制风系2统00拓0千扑瓦图直驱风力发电机组系统结构图
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
620 / 690 V
10 / 35 kV
发电
主电缆
机散
AC
DC DC
热系
进线电缆 f = 50 Hz
f = 50 Hz
统
DC
AC
箱式变压器
变流器
变流控制器