风力发电机组及其控制系统
风力发电机组的控制系统
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风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
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偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
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偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
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常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
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桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：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。
•第三：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。
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（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，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。
风力发电机组 控制系统及SCADA系统
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
► 伺服驱动单元 ► 紧急变桨蓄电池及监视单元 ► 紧急变桨模块 ► 超速保护继电器 ► 小型断路器,各种继电器及端子板 ► 各种按钮,指示灯及维护开关
轮毂控制柜功能
► 变桨及紧急收桨控制 ► 紧急收桨系统在线检测 ► 超速保护
► 轮毂速度检测
► 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制
► 轮毂温度监视
滑环装置
风机运行状态划分
► 运行状态
1）机械刹车松开 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
► 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
机舱控制柜
► 机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块（本地PC维护接口） DIO AIO模块 2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
机舱控制柜主要功能
► 手动/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） ► 润滑系统控制
温度记录模块PTAI216
温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ► 单端或差分模拟输入信号 ► 可输入2线Pt100传感器 ► 分辨率14位（AI） / 12位（ Pt100 ） ► 取样时间2.5毫秒（AI） / 600毫秒 （ Pt100 ） ► 输入与系统电隔离 ► 断线监测投入 ► 监测外部电源电压
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
风力发电机组控制技术
恒速定桨距风力发电机组存在低风速运行时风能转换效 率低的问题。在整个运行风速范围内由于气流的速度是不断 变化的，如果风力机的转速不能随风速而调整，必然要使风 轮在低风速时的效率最低。发电机本身也存在低负荷时的效 率低的问题。 变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并 网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特 性都有显著的改善。风力发电机组的变桨距系统组成的闭环 控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
1.2.2 风力发电机组安全运行的基本条件 对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化，所以 转速的控制是机组安全运行的关键。风速的变化、转速的变化、 温度的变化、振动等都会直接威胁风力发电机组的安全的运行。 1.2.2.1 风力发电机组工作参数的安全运行范围 1风速 风速的规定工作范围3~25m/s，风速超过25m/s以上时，会 对机组的安全性产生威胁。 2转速 风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统
1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统
1 概述 风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技 术是风力发电机组的关键技术之一，其精确的控制、完善的功 能将直接影响机组的安全与效率。 1.1 风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备 的安全。 发电机的结构和类型不同形成了多种结构和控制方案。风力 发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组 成。
（4）热继电器保护运行，设过热、过载保护控制装置。 （5）接地保护，设备所有零部件因绝缘破坏或其他原因可能引 起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是由风力发电机、传动系统、发电机控制系统和电网连接系统等组成的。
自动化控制技术在风力发电机系统中起着至关重要的作用，可以提高系统的效率和可靠性。
本文将介绍风力发电机系统的基本原理和自动化控制技术。
二、风力发电机系统的基本原理风力发电机系统的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，通过传动系统将机械能转化为电能，并将电能输送到电网中。
风力发电机通常由风轮、主轴、发电机和控制系统组成。
1. 风轮风轮是风力发电机的核心部件，它通过叶片捕捉风能并转化为机械能。
风轮通常由数个叶片组成，叶片的形状和数量会影响风力发电机的性能。
2. 主轴主轴是连接风轮和发电机的部件，它将风轮转动的机械能传递给发电机。
主轴通常由高强度的材料制成，以承受风力发电机的转动力矩。
3. 发电机发电机是将机械能转化为电能的设备。
风力发电机通常采用异步发电机或永磁同步发电机。
发电机的输出电压和频率需要与电网保持一致，因此需要通过控制系统来调节发电机的转速。
4. 控制系统控制系统是风力发电机系统的核心部分，它负责监测和控制风力发电机的运行状态。
控制系统通常包括风速测量装置、转速测量装置、电压测量装置和控制器等。
通过对测量数据的分析和处理，控制系统可以实现对风力发电机的自动化控制。
三、风力发电机系统的自动化控制技术风力发电机系统的自动化控制技术主要包括风速控制、转速控制和电压控制等。
1. 风速控制风速控制是通过调节风轮的转动速度来控制风力发电机的输出功率。
当风速较低时，风力发电机的输出功率较低，可以通过提高风轮的转速来提高输出功率；当风速较高时，风力发电机的输出功率较高，可以通过降低风轮的转速来控制输出功率。
2. 转速控制转速控制是通过调节发电机的转速来控制风力发电机的输出电压和频率。
当电网电压和频率发生变化时，控制系统可以通过调节发电机的转速来使输出电压和频率保持稳定。
风力发电机组的控制与安全系统技术要求
风力发电机组的控制与安全系统技术要求简介风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备，越来越多地被应用于能源领域。
为了保证风力发电机组的安全运行，需要进行控制和监管。
本文将介绍风力发电机组控制与安全系统的技术要求。
控制系统风力发电机组的控制系统是由控制器、传感器、执行机构等组成的，用于控制风力发电机的运行和维护。
控制器风力发电机组的控制器是核心部件，功率变换器、功率调整器、变桨器等都需要通过控制器来控制。
控制器需要支持各种常见的通讯协议，如Modbus、CAN等。
控制器需要具备以下技术要求：1.快速响应：控制器需要在短时间内响应并调节系统的状态，以保证发电机的安全运行。
2.稳定性：控制器需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：控制器需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
传感器风力发电机组的传感器用于检测风速、转速、温度等参数，为控制器提供可靠的反馈信息。
传感器需要具备以下技术要求：1.高效准确：传感器需要精确地检测各种参数。
2.可靠性：传感器需要具备较高的可靠性，以确保风力发电系统的正确工作。
执行机构风力发电机组的执行机构用于控制转子和叶片的角度，控制风力发电机的转速，从而确保风电机组能够按照预定要求工作。
执行机构需要具备以下技术要求：1.响应速度：执行机构需要具有较快的响应速度，以进行精密控制。
2.稳定性：执行机构需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：执行机构需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
安全系统风力发电机组的安全系统是通过对控制系统、电气设备、机械设备等的监测，实现风力发电机组的安全运行。
控制系统风电控制系统的安全要求主要包括以下几个方面：1.控制系统故障保护：确保控制器在故障情况下能够自动断电并防止发电机的持续运行。
2.防止电网反向流：避免电网中产生反向电流，对电气设备和控制器造成损害。
3.突发状况下的控制系统安全：应对发电机的速度和输出功率的变化，确保发电机及其附件的安全。
风力发电机组控制系统介绍课件
各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制；
辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷 却风扇等）；
小型断路器,各种继电器及端子板 偏航控制实现风机最大面积迎风；
λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） 偏航控制实现风机最大面积迎风；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 风向标工作原理：风向标内部装有一个6位的格雷码盘，利用光学原理，风向标的角度可以实现0-359°的监测。
变桨控制及其他辅助控制功能
500Kbits/s。 风机本地监控和操作
7KOhm的电位计和2个带有凸轮的限位开关。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 此二进制码被D/A转换器变成模拟电压，最后被转换成4-20mA信号输出。 各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
滑环装置
滑环装置的作用 1.轮毂供电传输 2.CAN总线传输 3.超速传感器安装 4.轮毂转速传感器
安装
油脂泵装置
润滑装置主要由油脂泵、分配器、管路、油嘴等组成。轮 毂内的润滑系统自动润滑变桨轴承和变桨齿轮。
变桨轴承（红色）及变桨齿轮油脂（棕色）。
①限位开关
②电动润油泵
锁紧销
轮毂（转子）的制动和锁紧：转子的制动和锁紧装置主 要由稀油液压站，管路、盘式制动执行机构、液压锁紧销等 组成。风机运行过程中，当平均风速高于设定值或瞬时风速 超过设定值时，轮毂处于制动或锁紧状态。在风机叶轮里进 行检查维护工作时，必须保证制动销插上，使轮毂处于锁紧 状态。